金属玻璃（MGs）是一种非晶态固体材料，近年来，金属玻璃凭借高强度、高硬度和耐腐蚀性在高端结构件、功能器件、医疗器械、航空航天等领域实现轻量化、高精度、高可靠性的应用，然而大多数块状金属玻璃（BMGs）室温受力后易突发断裂，无法承受复杂形变，限制了它们作为结构材料的应用。
长期以来，科研人员尝试通过添加入异质结构来平衡金属玻璃的塑性和强度，而碳材料凭借高硬度、高强度和高弹性成为潜在的理想材料，重庆师范大学团队借助KYKY-6900钨灯丝扫描电子显微镜瞄准这一方向展开了突破，并最终验证了碳纳米颗粒对块状金属玻璃强度及塑性的协同增强作用。
The synergistic enhancement of strength-plasticity of Zr53Cu30Ni9Al8 bulk metallic glass by adding carbon nanoparticles
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.02.006
研究团队采用铜模吸铸法制备复合材料，按原子百分比向块状金属玻璃中添加不同含量碳纳米颗粒，经反复熔炼后快速吸铸成型，获得直径3mm的复合材料棒，通过X射线衍射仪、差示扫描量热仪及KYKY-EM6900扫描电镜等仪器测试，证明该材料中所有元素分布均匀，为后续实验奠定基础。
（a）不同纳米碳含量的块体金属玻璃的X射线衍射（XRD）图谱。（b）块体金属玻璃/碳(BMG/C)复合材料的透射电子显微镜(TEM)形貌。（c）双相界面的透射电镜图像，插图为对应区域的SAED图谱。（d）使用KYKY-6900拍摄的SEM-EDS图像。
经过室温单轴压缩测试和系列表征，实验得出核心结论：碳纳米颗粒的添加量是决定性能的关键，当碳含量达到 5%（原子百分比）时，复合材料的塑性飙升至原始金属玻璃基体的 10 倍；屈服强度分别提升了 10.8% 和 8.7%，实现了强度与塑性的协同增强。
（a）原始金属玻璃基体C0和复合材料的压缩应力-应变曲线。（b）C5和C0曲线的局部放大图。
(a) 应力降 Δσ(b) 应力降 Δσ 的统计分布(c) 弹性能密度 Δδ(d) 弹性能密度 Δδ 的统计分布
通过KYKY-6900扫描电镜观察，C5（碳含量达5%）样品的脉状花纹更密集，无明显光滑区域，表明材料在断裂前发生了大量塑性变形，是塑性良好的典型特征；而C0纯金属玻璃断裂面则以光滑区域为主，呈现脆性断裂形貌。
使用KYKY-EM6900拍摄的块体金属玻璃和融合碳纳米颗粒的块体金属玻璃的断裂侧面及表面形貌图像
当材料受力时，碳纳米颗粒如同 “微型钉子”，这些硬颗粒能有效阻碍剪切带的快速扩展，迫使剪切带发生分支、增殖，形成多级剪切带，而非集中在单一区域；而多级剪切带能大幅分散应力，避免局部能量积聚引发断裂，通过剪切带的滑移、交错消耗能量，显著提升塑性。
纳米碳含量适中及过量时的增强机理图，添加过多会导致力学性能恶化
同时，碳纳米颗粒自身硬度高、不易变形，能够提升材料整体的承载能力，从而实现强度和塑性的协同增强，为开发具有综合力学性能的块体金展残璃复合材料提供参考。
KYSEM科仪光电