什麼是金屬玻璃
金屬熔液未結晶化而凝固的非晶質合金。沒有差排，強度與彈性應變極限大。厚的稱為塊狀金屬玻璃。
日文名稱: 金属ガラス
「金屬玻璃」出現在1領域的4道練習題中（玻璃與非晶質材料等）。
這個名詞所屬的領域: 玻璃與非晶質材料
製作方法與玻璃形成能力
金屬熔液黏度低，原子迅速重新排列，因此通常一冷卻就會結晶。1960年以約10⁶ K/s急冷Au-Si合金製作出非晶質合金以來，早期的金屬玻璃是以把熔液噴到旋轉銅輪上的熔融旋淬法等製作、厚度數十µm的薄帶。1990年前後起，以Zr、Pd、Mg、Fe等為主成分的多成分合金，使臨界冷卻速度降到約1〜100 K/s，只要澆入銅模，就能製作厚度數mm到cm級的塊狀金屬玻璃。
機械性質
金屬玻璃沒有差排與晶界，因此降伏強度遠高於相同元素構成的結晶合金，Zr基約為1.8 GPa，Co基有些超過5 GPa。楊氏模數比晶體低約3成，彈性應變極限約為2%，是多數結晶金屬的數倍。另一方面，在室溫下變形集中在細的剪切帶，又沒有加工硬化，因此拉伸時幾乎不伸長就破斷。為了彌補這種脆性，正在研究分散結晶相的複合材料等。
在過冷液體區的成形與用途
加熱金屬玻璃時，超過玻璃轉移溫度Tg後成為黏度下降的過冷液體，在更高的結晶化溫度Tx結晶化。在Tg與Tx之間的溫度區，能像樹脂一樣以小的力大幅變形，因此能進行轉寫微細模具形狀的精密成形。用途包括發揮大彈性能的彈簧、運動用品與精密零件，此外，沒有磁晶異向性、矯頑力小的Fe基薄帶，用於損失小的變壓器鐵芯。
練習金屬玻璃的題目
厚度數mm以上也能成為玻璃的塊狀金屬玻璃，其容易製作之合金的條件，經驗上已知的組合（井上經驗法則）為下列何者？
- A只由2種元素組成，成分接近熔點高的純金屬，液相線溫度高
- B組合原子半徑大致相等的3種以上元素，並使元素彼此之間的混合熱成為正值
- C由3種以上元素組成，主要元素原子半徑差約12%以上且混合熱為負
查看答案與解析
正確答案：C. 由3種以上元素組成，主要元素原子半徑差約12%以上且混合熱為負
井上經驗法則是多成分、主要元素的原子半徑差約12%以上、混合熱為負這3點。大小不同的原子互相吸引而混合時，液體成為原子緊密堆積的無序排列，原子的擴散與重新排列變慢。此外，要從含有多種元素的液體生成晶體，需要大幅重新排列原子，因此晶體的成核與成長不易發生。在接近深共晶的成分下液相線溫度下降，也有幫助。原子半徑相等且混合熱為正的組合容易形成固溶體或相分離，接近純金屬的成分即使以約10⁶ K/s急冷也幾乎不會成為玻璃。
將熔液澆入銅模製作板狀的金屬玻璃。設板中心的冷卻速度與板厚d的2次方成反比，厚度1.0 mm時的冷卻速度為1.0×10³ K/s。臨界冷卻速度為10 K/s的合金，能成為玻璃的最大板厚最接近下列何者？
- A約100 mm
- B約0.10 mm
- C約10 mm
查看答案與解析
正確答案：C. 約10 mm
冷卻速度可寫成 R = 1.0×10³×(1.0/d)² K/s（d的單位為mm），因此 R = 10 K/s 的板厚為 d = 1.0×√(1.0×10³/10) = 10 mm。熱散逸到模具所需的時間與熱傳遞距離的2次方成正比，因此冷卻速度與厚度的2次方成反比。約100 mm是假設冷卻速度與厚度成反比的值，約0.10 mm是把冷卻速度之比顛倒的值。早期的金屬玻璃臨界冷卻速度約10⁵〜10⁶ K/s而很大，只能得到以熔融旋淬法製作、厚度數十µm的薄帶；多成分合金使臨界冷卻速度下降後，才能製作cm級的塊狀金屬玻璃。
常見問題
金屬玻璃經過一段時間會變成晶體嗎？
熱力學上比晶體不穩定，但在室溫下原子幾乎不動，因此實用上不會結晶化。不過長時間置於接近Tg的溫度時，會因結構鬆弛而變脆或結晶化，因此使用溫度要遠低於Tg。
金屬玻璃與非晶質合金是同樣的東西嗎？
兩者都指沒有晶體週期性的合金，幾乎以相同意義使用。有時會把加熱時顯示明確玻璃轉移、具有過冷液體溫度區的，特別稱為金屬玻璃以作區別。
為什麼多成分合金容易成為玻璃？
大小不同的原子互相吸引而混合時，液體成為緊密而無序的排列，原子運動變慢，而且要形成晶體必須大幅重新排列原子。液相線溫度下降而使約化玻璃轉移溫度變大，也有幫助。
解析中的「金屬玻璃」
早期的金屬玻璃臨界冷卻速度約10⁵〜10⁶ K/s而很大，只能得到以熔融旋淬法製作、厚度數十µm的薄帶；多成分合金使臨界冷卻速度下降後，才能製作cm級的塊狀金屬玻璃。
將熔液澆入銅模製作板狀的金屬玻璃。設板中心的冷卻速度與板厚d的2次方成反比，厚度1.0 mm時的冷卻速度為1.0×10…鋼（降伏應力0.5 GPa、楊氏模數200 GPa）約為0.25%，即使是高強度鈦合金（0.9 GPa、110 GPa）也約為0.8%，因此金屬玻璃的彈性應變極限大得多。
某Zr基塊狀金屬玻璃的降伏強度為1.8 GPa，楊氏模數為90 GPa。以 σy/E 估算的彈性應變極限，與結晶性金屬…在金屬玻璃中，剪切應力使原子的小集團協同運動，局部的自由體積增加而變軟。
關於金屬玻璃在室溫下的塑性變形，下列敘述何者正確？