什么是金属玻璃？

一般玻璃成分通常为硅酸盐或硅的氧化物，其特点为透明、脆与非晶相之原子排列。一般金属之组成为单晶或多晶，特点为不透明且具韧性。图一说明单晶、多晶、非晶之排列示意。

单晶	多晶	非晶

图一、单晶、多晶、非晶示意

单晶为原子在一个空间格子内有规律地排列成晶体；多晶为一个空间格子内，有多种不同规律的单晶排列而成的晶体；非晶则不具任何长程有序(注1)之排列结构。而金属玻璃之本质为金属，但其晶相不同于一般状态的单晶、多晶，反之与玻璃的非晶相同，故称之金属玻璃。

如何制作金属玻璃？

传统的制备法是将金属加热，使温度超过结晶相，一般超过摄氏1000度，而后将其注入模具中，并快速冷却，使固化时原子来不及有序地排列成单晶或多晶，即可产生非晶相之金属玻璃。但此法容易造成模具损毁，且摄氏1000度的金属容易飞溅，导致成品缺陷，降低良率。故如何改良加热与降温的方式，成为降低制作金属玻璃成本的课题。

金属玻璃之特性

        金属玻璃原子间之键结仍为金属键，故保有金属的特性，如：不透明、高韧性等，且因原子排列为非晶结构，改善了原本结晶产生的内部缺陷，像是晶粒间的晶界或晶粒内的差排等问题，使其拥有比金属更高的降服强度、硬度，并有抗蚀性、耐磨耗、疲劳性佳等优点。

        金属玻璃也具优秀的可塑性。在加热金属玻璃使其成为液态的过程中，会先达到玻璃转化温度(Tg)及结晶化温度(Tx)。而温度于Tg与Tx间，又称为过冷液相区，相位转换对于温度的关系如图二所示。此时其会呈现类似液态金属之状态，可塑性极高，可藉由吹塑形成普通金属无法实现之外型，虽然材料成本较高，但加工费却相当于塑料一样低廉，且其强度较一般钢铁高出2倍。

图二、过冷液相区示意

金属玻璃之应用

块状金属玻璃拥有优良的机械性质，强度与硬度皆较钢、钛高出数倍；抗永久变形能力也优于普通金属。常使用于高尔夫球杆，其将冲击力传递给高尔夫球的表现较钛合金优异，金属玻璃的球头可传递约90%，钛合金仅约70%。另外导磁性的金属玻璃也能应用于电子科技领域，其具高导磁率、低铁损等优势，目前已被广泛应用于传感器及变压器铁芯等领域。

金属玻璃应用限制

虽非晶相的特性给金属玻璃带来许多优点，增加不少应用领域，也因其拥有玻璃特性，延展性表现较差，于高应力下容易变形，会于晶体中产生剪切带而迅速断裂，此为金属玻璃块材于应用上的一大瓶颈。另一方面，金属玻璃之体积，因加热、降温之技术限制，目前尚无法制造大型金属玻璃块，也限制了其他应用的可能性。

金属玻璃发展趋势

金属玻璃的独特优势，已获得国内外产、学界的重视，其加工上的发展，已出现高速加温与冷却的方法，可于毫秒内达到制程的温度，再于毫秒内冷却为非晶相之金属。另也发展出薄膜的应用，其是由溅镀、脉冲雷射蒸镀等方式制备而成，此法可保有块材之优点，且可降低应力造成的断裂、又有低摩擦力之表面特性，但此技术尚有许多发展空间。目前已有应用于生医、半导体、微机电产业之例子。

参考文献：

[1] 薛承辉(民104)，“金属玻璃之发展与应用”，台大校友双月刊，3月号

[2] 何镇扬、叶名仓(民98)，“金属玻璃(Metallic Glass)”，科学Online

[3] 中国钢研战略所(民108)，“金属玻璃在生活中的应用”，壹读

[4] 沙莉编译报导(民100)，“坚固耐用又廉价 新技术制作金属玻璃”，大纪元