金属玻璃作为一种快速凝固形成的合金体系,在其玻璃相结构中必定含有许多结构缺陷,被称之为金属玻璃的非均匀结构。这些非均匀结构在变形过程中形成一种变形单元体在微观尺度上配合宏观应变行为,这为解释金属玻璃的变形机制提供了理论基础。然而,关于非均匀结构和变形单元体的研究还处于观察表征阶段,如何有效调控变形单元的尺寸和分布,进而改善金属玻璃的宏观机械性能,依然缺少一个类似于晶体缺陷控制的理论和方法。因此,本文通过外场(应力、温度、离子辐照)对金属玻璃的结构进行激发,观察非晶相结构的响应行为,探索非均匀结构演化和变形单元体开动对金属玻璃宏观机械性能的作用机理。其主要研究内容如下:研究了非均匀结构对不同强度金属玻璃塑性流变行为的影响。引入数学和统计方法表征金属玻璃在点加载(纳米压痕)过程中间歇性的塑性变形过程,研究了初始塑性发生的极限剪切应变,揭示了特征应变突变与变形单元的大小密切相关,且随着硬度的降低,变形单元会发生堵塞—流通的转变。加载速率不会影响塑性流变的动力学形态。利用重离子辐照对金属玻璃非均匀结构进行调控。通过结构表征、微米柱压缩、透射电镜原位拉伸实验、纳米压痕实验以及基于自由体积模型的理论分析,充分有力地证明了低剂量的离子辐照能够增加金属玻璃的自由体积分数,并使得非晶结构更加均匀,进而增强其塑性变形能力。离子辐照为材料改性提供了一种有效的方法。研究了低温对金属玻璃非均匀结构的影响。同步辐射结果表明低温可以诱导金属玻璃的结构转变。第一最近邻原子层发生反常膨胀,导致了变形单元的起源从中程有序畴转变为短程有序畴,变形单元的激活体积在较宽的温度区间(57 K-193 K)内呈正相关的关系,据此提出金属玻璃的微观塑性变形机制。Eshelby’s夹杂物理论分析表明,反常膨胀产生的应力场使得拉伸时剪切转变区周围存在压应力,提高了剪切带的稳定性,从而导致了金属玻璃的剪切强韧化。研究了非均匀结构对金属玻璃裂纹扩展的影响。以典型韧性和脆性金属玻璃为研究对象,通过高分辨透射电镜原位拉伸实验直观实时地观察了裂纹扩展行为,揭示出裂纹尖端的孔洞形成机制为裂纹扩展的主导机制。电子束辐照在裂纹前端原位引入纳米晶,能够有效地抑制裂纹尖端孔洞的形成和裂纹尖端的进一步锐化,从而阻止裂纹的扩展。该结果加深了对金属玻璃的塑性变形机理和断裂行为的理解。上述研究的开展,不仅为进一步理解金属玻璃非均匀结构和变形单元在外场激发下(离子辐照后或环境温度)的演化规律,深刻认识金属玻璃变形的基本原理提供有效的实验和理论基础,而且为金属玻璃在极端条件下(如强辐照环境和低温环境)的使役性能预测提供实验依据,同时对推进金属玻璃这一先进材料的工程化应用具有重要的理论与实际意义。