在发现多组分块状玻璃形成物之后，科学家们已经对形成的基础机制进行了许多讨论。块体金属玻璃合金的优异的玻璃形成能力通常归因于多组分体系中原子堆积密度的增加。由于金属键没有方向性，合金的总能量取决于合金的体质密度。更致密的填充代表着更低的能量，从而使金属材料拥有更高的稳定性。在所知的块体金属玻璃合金系中，无不是利用合金原子间的尺寸差别，使玻璃结构中的空隙可以被体积小的原子填充，因而提高了合金系整体的体质密度。除了考虑堆积密度之外，多组分体系的优秀玻璃形成能力也可通过“模糊原理”[25]来解释，即涉及的元素越多，合金可以选择的可行的晶体结构的机会越低，因此玻璃形成的机会越大。Inoue教授[26]及其合作者总结了3条大块非晶合金体系的实验规律：(1)合金由3种以上组元组成；(2)各组元原子尺寸差别较大, 一般大于12%；(3)各个组元之间具有负的混合热。

1.3.2  制备

块体金属玻璃的制备技术按其原理可分为凝固法和固化法两类。凝固法利用了块体金属玻璃极强的玻璃形成能力，采用较低的冷却速度将熔体直接凝固成大块非晶材料。固化法即粉末冶金技术[27]，主要利用多组元合金体系的过冷液相稳定性高，粘滞流动性好的特点，在过冷液相区采用热压或温挤的办法将非晶粉末压制成非晶合金。目前常用的大块非晶合金的制备方法中，金属模铸造法与非晶条带直接复合爆炸焊接法具有很强的产业化可行性，而金属模铸造法中的铜模吸铸法是制备块体金属材料最常见的方法[28]。

1.4  锆基块体非晶合金

锆基块体非晶合金是第二代金属玻璃的代表，具有极强的非晶形成能力，能在较低的冷却速率(<103 K/s)下用铜模铸造法制备，也常用水淬法和机械合金化法制备。

1.4.1  性能特征

同晶态合金相比，锆基块体非晶合金的杨氏模量较低，但最大弹性应变量很大(可达2.0%)，拥有高弹性极限和极高的弹性比功(比性能最好的弹簧钢的弹性比功大8倍以上)[29]，同时还具有远高于不锈钢的强度(显微硬度为6 GPa，屈服强度为1900 MPa[5])、高的断裂韧性和疲劳强度等优异的力学性能。锆基非晶合金容易在过冷液相温度区间精确成型[29]。除了在含氯离子的溶液中外，锆基块体非晶合金具有优异的耐腐蚀性能[29]。

1.4.2  应用

基于这些特性，锆基块体非晶合金首先被用于制造高尔夫球具。这种球杆不仅强度很高，而且具有特殊的回弹与振动性能，能传递99%的能量到球上[30]。用锆钨非晶/晶体复合材料做成的穿甲弹头可以达到很高的密度、强度和模量，弹头有自锐效应，还具有贫铀弹头的高绝热剪切敏感性，环境相容性好，是制造穿甲弹的“绿色”材料[31]。此外，锆基块体非晶合金还可应用于制造电子产品如移动电话[32]，笔记本电脑[5]等的外壳和零部件，制作产品的防伪标签[5]、制作手术刀[32]等医疗器械和航空航天设备[29]等。

1.4.3  晶化过程

许多锆基金属玻璃的结晶过程伴随着纳米晶体的形成。虽然这种现象看起来与BMG强大的玻璃形成能力相悖，但BMG形成体系在过冷液相区退火时形成纳米晶粒是一种普遍现象。Inoue 等将加入Pd、Au、Ag、Pt、Ti 或Nb 等元素的Zr-Cu-Al 系非晶合金，通过退火处理，获得了均匀分布在非晶体基体上的纳米晶粒［33,34］。

了解这些非晶合金的结晶现象，使得我们能够通过微结构控制(如通过控制体积分数和结晶相的类型)来合成具有独特的机械和磁性性能的新材料。我们可以通过使用特定的热处理工艺，来控制非晶态合金的晶化过程，制备非晶/纳米晶复合材料[35]，也可以使用非晶晶化法来制备晶粒为nm尺寸的超细多晶材料[36]。