高真空环境是严格必需的在热压机内，以消除粉末颗粒之间的残留空气并防止金属玻璃粉末氧化。在高温下，即使是痕量的氧气也会与粉末表面发生反应，损害材料的完整性并阻止形成固体、致密的块状材料。
真空充当关键的保护罩，在清除物理固结障碍的同时，保持粉末的化学纯度。通过去除空气和防止氧化物形成，真空确保最终产品保留金属玻璃的高密度和机械强度特性。
防止氧化的关键作用
保护颗粒间结合
为了使金属玻璃粉末固结成单一固体质量，颗粒必须在其表面化学结合。氧化物会阻碍此过程。
如果在加热过程中存在氧气，每个粉末颗粒表面会形成一层薄的氧化物层。该层会阻止颗粒有效地熔合在一起，导致颗粒间结合薄弱，最终产品易碎。
防止氧化物夹杂
除了表面问题，氧化还会将称为氧化物夹杂的杂质引入块状材料。
这些夹杂物在材料的微观结构中充当缺陷。它们会降低机械性能，通常使材料变脆并降低其热稳定性。
最大化密度和结构完整性
消除残留空气
金属玻璃粉末在压制前通常松散堆积，留下充满空气的显著间隙。
高真空环境在固结过程开始前物理上清除这些捕获的空气。如果这些空气在压制过程中未被清除，它们将被困在材料内部，形成空隙和孔隙，从而大大降低最终部件的密度。
确保均匀固结
通过消除空气阻力和表面氧化物，真空使粉末颗粒在压力下更容易重新排列和变形。
这有助于更平稳的固结过程，从而得到完全致密的块状材料，准确反映原始非晶合金的性能。
真空、温度和压力的协同作用
支持过冷液态区域
固结通常发生在过冷液态区域——玻璃化转变（$T_g$）和结晶（$T_x$）温度之间的温度范围。
在此范围内，材料粘度下降，可实现优异的流动性。真空确保材料在此高度反应性、半流体状态下保持化学稳定，不会因环境暴露而降解。
提高压力效率
真空负责化学纯度和空气清除，而高压加载系统则负责致密的物理力学。真空与高压协同工作，以闭合空隙并克服硬粉末的阻力。这种组合可以在较低的温度下实现高密度结合，这对于避免不必要的结晶至关重要。
常见陷阱和权衡
部分真空的风险
“粗略”真空通常不足以固结金属玻璃。
如果真空度不够高，痕量氧气仍会导致部分氧化。这可能导致材料看起来是固体的，但内部存在薄弱点且疲劳寿命降低。
真空无法修复过热
真空可防止氧化，但不能防止过热引起的结晶。
即使在完美真空中，如果温度超过结晶点（$T_x$），非晶结构也会丢失。真空必须与精确的温度控制配对，以保持金属玻璃的独特性能。
确保工艺成功
优化建议
为了在热压金属玻璃粉末时获得最佳结果，请考虑您的具体目标：
- 如果您的主要关注点是机械强度：确保尽可能深的真空，以消除所有可能充当应力集中点的氧化物夹杂物。
- 如果您的主要关注点是最大密度：将高真空与高压加载系统相结合，以机械方式强制闭合空隙。
- 如果您的主要关注点是保持非晶状态：严格监控温度，以保持在过冷区域内，因为真空本身无法防止热结晶。
热压金属玻璃的成功依赖于绝对消除空气，以保持材料的纯度和潜力。
摘要表：
| 特征 | 真空热压中的作用 | 对金属玻璃的影响 |
|---|---|---|
| 防止氧化 | 去除氧分子 | 确保强大的颗粒间结合和化学纯度。 |
| 消除空气 | 将捕获的气体抽走 | 防止最终块状材料中的孔隙和内部空隙。 |
| 密度优化 | 降低表面阻力 | 促进均匀固结，制造高强度部件。 |
| 热稳定性 | 保护活性状态 | 安全支持在过冷液态区域内的加工。 |
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参考文献
- Pee‐Yew Lee, Chung‐Kwei Lin. Synthesis of Nanocrystal-Embedded Bulk Metallic Glass Composites by a Combination of Mechanical Alloying and Vacuum Hot Pressing. DOI: 10.3390/ma18020360
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
