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本文采用熔体快淬法制备了Zr-Cu系块体金属玻璃，研究了合金成分对Zr-Cu系金属玻璃的非晶形成能力和力学性能的影响。通过成分调节，制备出了高强度、大塑性的Zr-Cu-Al三元和Zr-Cu-Ni-Al四元锆基块体金属玻璃。进而研究了锆基块体金属玻璃的尺寸效应、流变行为、结构不均匀性和晶化行为。 首先，按照共晶理论，设计和制备了Zr-Cu二元、Zr-Cu-Al三元和Zr-Cu-Ni-Al四元块体金属玻璃，研究了合金成分对非晶形成能力和力学性能的影响，结果表明，对于ZrxCu100-x二元合金，锆含量在（36~72.4at.％）范围，均能形成非晶薄带，随着Zr含量的增加，过冷液相区宽度ΔTx和约化玻璃转变温度Trg先增后减，在锆含量为50%时，ΔTx达到最大值54，非晶形成能力最强。在Zr-Cu二元合金研究的基础上，选择Zr72Cu28二元共晶成分，通过添加铝元素研究了合金化元素铝对(Zr0.72Cu0.28)100-XAlX非晶形成能力和力学性能的影响。结果表明，铝原子的添加增加过冷熔体的化学复杂性，阻碍原子的扩散从而提高了非晶形成能力。同时，非晶合金的强度和塑性也显著提高。当铝含量为12at.%时，(Zr0.72Cu0.28)88Al12合金的综合压缩性能达到最高，抗压强度达到1773MPa，塑性应变率提高到7.45%。进一步在(Zr0.72Cu0.28)88Al12三元合金的基础上，通过镍元素取代部分铜元素并调整铝含量制备出的（Zr0.72（Cu0.59Ni0.41）0.28）88Al12非晶合金具有大塑性和高强度，塑性变形率为37.5%，极限强度达到2340MPa。 其次，研究了(Zr0.72Cu0.28)88Al12三元和(Zr0.72(Cu0.59Ni0.41)0.28)88Al12四元非晶合金的尺寸效应。考察了(Zr0.72Cu0.28)88Al12三元合金的尺寸效应。直径为2mm的试样室温强度和塑性应变率分别为1585MPa和9.23%，直径为3mm的试样其抗压强度和塑性应变率分别达到1773MPa和7.45%。直径为4mm和6mm试样强度变化不大但塑性变形率几乎变为零。考察了具有室温大塑性的(Zr0.72(Cu0.59Ni0.41)0.28)88Al12非晶合金的尺寸效应，其中直径3 mm试样的压缩塑性应变率为37.5%，表现室温大塑性,直径为4 mm试样塑性应变率为8.2%，6 mm试样塑性应变率为1.0%。结果表明，随着试样尺寸增大，两种合金塑性变形率单调减小表现出明显的尺寸效应，尺寸效应与合金的冷却过程和微观结构有关，试样越小，冷却速率越高,所冻结的自由体积就越多，相应的塑性越大。制备了Cu50Zr42Al8锥形试样，研究了合金不同直径处的组织和微观力学行为，分析了尺寸效应和裂纹自愈合行为。结果表明，复合材料组织中包括非晶基体相、金属间化合物AlCu2Zr相、奥氏体B2-ZrCu相和热致马氏体B19’-ZrCu相。纳米压痕结果表明，单一非晶结构的试样心部硬而表面较软，呈现越小越软趋势，而较大尺寸的非晶复合材料由于析出相的存在，心部软而表面较硬。形状记忆晶相由TRIP效应对非晶基体增强增韧，而AlCu2Zr相析出使基体脆化。经150 ℃+10mins退火后，微观压痕产生的裂纹表现出自愈合行为。加载时，形变诱导B2奥氏体向B19’马氏体相转变并伴随着体积的膨胀，而高于逆转变温度退火，B19’转变为B2相，体积收缩并在组织应力作用下驱动裂纹愈合。 然后，本文通过对不同尺寸的(Zr0.72(Cu0.59Ni0.41)0.28)88Al12四元非晶合金锯齿流变特征参数统计，研究了锯齿流变特征参数与合金宏观塑性的关系。结果表明，非晶合金的塑性与锯齿流变特征参数之间有明显的关系，锯齿个数N的最大值越大且分布特征呈单调下降趋势，金属玻璃的宏观塑性也越大。考察了不同尺寸的(Zr0.72(Cu0.59Ni0.41)0.28)88Al12非晶合金微观结构的不均匀性及其与室温压缩力学性能的关系。在透射电镜下观察到大塑性试样中具有丰富的网状结构，对应着明显的成分不均匀分布，而脆性试样没有网状结构且成分均匀分布。网状结构的发现，证明Zr-Cu系非晶合金在微米尺度上具有结构不均匀性。我们认为网状结构是由于原子排列方式不同形成的，即非晶态合金内部存在两种不同的原子排列区域，原子排列紧密的区域（硬区）和原子排列疏松的区域（软区）。非晶合金中的软区在受力条件下更容易被激活，成为剪切带的核，诱发剪切带的萌发与产生，从而使合金在室温下具有大塑性。 最后，研究了非晶合金的晶化行为。由于非晶合金的亚稳态性质，在外部环境如温度和应力作用下会发生驰豫甚至晶化现象。本文选择Cu46Zr44Al5Nb5非晶合金作为对象，研究了Zr-Cu系非晶合金变温晶化行为和等温晶化行为。运用Kissinger法和 FWO法分别计算出各特征激活能和阶段激活能，考察了不同加热速度下晶化体积分数和晶化温度、晶化激活能的关系，并绘制了TTT曲线并计算非晶形成的临界冷却速率。结果表明，运用Kissinger法得到玻璃转变激活能Eg为231.96kJ/mol、晶化初始激活能Ex为351.39 kJ/mol、晶化峰的激活能Ep为401.36kJ/mol，Cu46Zr44Al5Nb5 BMG具有良好的热稳定性，由TTT曲线计算非晶形成的临界冷却速率约为3.985K/s。