非晶合金由于特有的长程无序结构表现出一系列优异的理化性能,其中高强度、高硬度等力学性能指标尤为突出,使其在小、微尺寸结构件的工程应用领域具有广阔的应用前景。然而,在非晶合金应用的探索过程中,仍存在诸多瓶颈问题,其中非晶合金的室温脆性与应变软化现象极大的阻碍了其工程应用,因此剖析非晶合金的塑性来源,探究非晶合金增塑机制便尤为重要。在此背景下,本论文以Zr-Cu-Al系非晶合金为研究对象,主要研究了制备工艺与成分优化对非晶合金组织的影响规律;对不同组织结构状态的非晶合金及其复合材料进行力学性能测试,建立组织与力学性能尤其是塑性之间的联系;针对塑性较好的具有两相结构的非晶复合材料的变形过程进行了原位观察,探究第二相粒子与剪切带的相互作用关系,阐释剪切带萌生、扩展规律;对其准静态拉伸、压缩状态下的锯齿流变行为进行分析,探究非晶复合材料变形过程的自组织临界行为。本论文旨在探究非晶复合材料的塑性起源与增塑机制,揭示非晶合金剪切带的形核、扩展规律并为非晶合金的工程应用提供理论支撑与实验依据。使用钨极电弧真空熔炼与熔体抽拉设备成功制备了Zr-Cu-Al系非晶合金,通过工艺优化与成分优化,达成Zr-Cu-Al非晶复合材料组织调控的目的;并对优化后的Zr48Cu48-xAl4Cox和Zr49Cu45Al6试样进行了组织结构表征。结果表明急冷条件下的Zr48Cu48Al4非晶合金微丝无拉伸塑性,但具有良好的弯曲塑性,样品表面出现多重剪切带;Co元素的添加促进了晶体相的形成,增加了合金对冷却速度的敏感性,并极易导致晶体相“团聚”,Co元素通过控制晶体相结构,对力学性能具备调控作用;冷却速率对组织影响剧烈,随冷速的降低,合金内部晶化程度与晶体相尺寸提升;通过晶体相含量的控制,可有效调控非晶合金的力学性能,随着晶体相含量的增加,材料表现出脆性、低强度的晶体特性;随非晶相含量增加,表现出非晶相高弹性高强度特性,只有在第二相弥散均匀分布于基体,体积分数约占50%,晶体相尺寸约50～100μm时,材料便显出优异的宏观塑性;其中Zr49Cu45Al6合金具有均匀、弥散的复相结构特征,第二相尺寸10～70μm;玻璃转化温度669 K,晶化温度771 K,微观尺度存在枝晶结构,第二相为简单立方Pm-3m结构的B2-Cu Zr相。其在拉伸力学性能测试中,表现出稳定的塑性,工程应变范围6%～14%。借助原位观测手段,对展现了优异室温塑性的Zr49Cu45Al6非晶复合材料进行了原位拉伸测试。结果表明非晶复合材料的变形过程可分为弹性阶段、硬化阶段和软化阶段三部分。在弹性阶段内,两相发生协调的弹性变形,弹性极限与第一屈服强度主要受第二相体积分数影响;硬化阶段可分为弹性-塑性变形区与塑性-塑性变形区,在此阶段内第二相率先屈服,发生不可逆的塑性变形,非晶基体在复杂的应力状态下发生弹性变形后屈服随后开始塑性变形,非晶基体与第二相发生塑性变形过程中,非晶基体自屈服后保持软化趋势,而Zr-Cu-Al非晶复合材料的第二相由于其B2结构,在应变作用下诱发马氏体相变,进而提供了加工硬化现象的可能,当B2相的加工硬化作用大于非晶基体的软化作用时,在此区间内应力-应变关系保持加工硬化趋势;而当B2相的加工硬化作用小于非晶基体的软化作用时,应力-应变关系进入软化区。非晶复合材料的剪切带萌生于两相界面处,垂直于外界应力方向萌生初始剪切带,随着同一位置的变形加剧,局部形成多重剪切带。第二相的马氏体相变提供了主要的加工硬化作用。当多重剪切带扩展,界面发生“脱黏”时,加工硬化作用不再主导变形过程,非晶基体的软化作用将促使材料软化、断裂。针对拉伸变形过程塑性区段的锯齿流变现象与压缩变形过程进行了对比分析。锯齿流变主要取决于两相相互作用与弹性能积累与释放,具体表现为剪切带的萌生与相互作用。统计方法分析非晶复合材料的锯齿流变行为展现出一个复杂、无标度的变形过程。此过程与非晶合金变形过程中的剪切滑移现象相关,通过弹性能累积的统计分析发现该过程遵从幂律关系。通过时间序列分析发现,这是一个轨迹收敛的动态自组织过程。