金属合金bi-te的介绍

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1、第一章绪论液固遗传性在很久以前已经被认识[1]。人们经过广泛地研究发现作为母相的液体结构和性质对凝固所形成的固体材料的结构和性能有重要影响[2,3]。生产中广泛应用的熔体过热处理能在很大程度上细化合金组织、提高力学性能[4-10]，与此同时，熔体过热处理细化组织的机理也得到了较大的发展。但不可否认的是，从控制熔体结构的角度来改善凝固组织仍然是经验性的，远远没有形成较为系统的理论。众多科学家一致认为今后应该加强熔体过热对液态合金结构的影响和液态合金结构与凝固组织之间联系的研究，为制定更合理更有效的熔体过热处理工艺提供理论依据

2、。因此，作为涉及多学科交叉，有广泛应用背景的液态结构研究成为凝聚态物理在工业和理论领域中最热的课题之一[11-13]。近来，对液态结构的研究已经取得重大进展，发现在一些纯金属和液态合金中存在液态结构转变[14-17]，但结构转变对合金凝固影响的研究相对较少，本文从液态结构转变的角度出发，研究熔体热历史及相关处理工艺对凝固的影响。鉴于本文工作内容主要针对液态合金结构与凝固的相关性，本章主要从熔体热历史及相关处理工艺对凝固影响的进展，包晶合金凝固的研究，物理场磁场在凝固过程控制中的应用及由此带来的一系列理论问题，以及热电材料的

3、热电效应等几个方面来综述有关研究背景与进展，以阐明本文的研究内容及意义。1.1液态金属的结构理论和研究方法到目前为止，人们对物质液态结构的认识远远落后于对固态和气态结构的认识。几个世纪前，人们已经知道结晶固体是由在三维空间周期性（长程有序性）排列的原子所组成，并且晶体中的原子位置可以用X射线等衍射方法予以确定。同样，气体热力学理论也早已解决了完全无序的气体本质。而对长程无序短程却短程有序的液体结构的确定与描述目前仍不很成熟，直至今天关于液态结构的本质仍然存在很多不同的说法[18]。由于液态具有特殊的结构、性质和变化规律，众

4、多研究学者开展了液态金属结构这方面的工作。虽说至今仍没有一个公认的、系统的、科学的理论模型[19]，但是人们还是提出了很多理论模型来描述液体的结构。其中无规密堆硬球模型，、液态金属结构的晶体缺陷模型，、液体结构及粒子间相互作用的理论描述是三种最典型的模型。无规密堆硬球模型形象地描述了液体远程无序而近程有序的特征，为奠定液体结构的统计几何基础作出了重要贡献[20]。此外，因按其统计结果获得的偶分布函数g(r)与液体Ar的衍射实验结果很好的吻合，对液体及非晶的衍射方法和结果的可信度提供了直观的证据。因此，被视为液体结构模型的一

5、个重要里程碑。但是用宏观的几何观点来说明微观的原子团簇是不合适的[21,22]，因为原子的行为是量子化的，液态金属中的原子行为是统计性的，因此必须选择更加合适的方法来描述。液态金属结构的晶体缺陷模型从不同角度定性地描述了过热度不很大的液态金属的结构特征，特别是综合模型目前仍广泛为人们所接受。但这些模型均难以进行定量计算。液体结构及粒子间相互作用的理论描述中最为典型的模型是B-G、P-Y和HCN(超网链)模型。理论计算模型虽然有一些成功的例证，但均有其局限性。因为数学处理中均采取一定程度的截断近似，不可避免地带来某些不足，粒

6、子间相互作用势的选取有着很大的随意性。因此，至今液态理论尚未趋于成熟是科学界的共识。大量的工程实践经验和研究结果表明，在接近液相线的温度范围，液体中存在着从固态遗传下来、或受固态结构影响的拓扑或化学短程序甚至中程有序结构。液体中往往存在着与其晶态结构相对应的局域有序结构（原子团簇或流动集团）。Elliott首次将液体及非晶体中的结构划分为3类：短程有序(shortrangeorder,SRO)，尺寸范围为0.2-0.5nm；中程有序(mediumrangeorder,MRO)，尺寸范围为0.5-2nm；长程有序(1ongr

7、angeorder,LRO)[23]。短程序（原子集团）作为熔体结构中的重要组成部分，对其研究和认识有着重要的意义。液态合金的短程有序结构主要遗传自固态时的晶态组织，一般分为拓扑短程有序（topologicalshort-rangeorder:TSRO）和化学短程序（chemicalshort-rangeorder:CSRO）[24]。更为有意义的是，近年来不断发现的证据表明，液态结构是多型性（Polyamorphism）的[25-27]，一些单元系液体在高压或深过冷条件下可能存在着不同的各向同性液相，10由于合金熔体的结

8、构复杂性，并且其一般处于高温，受目前的研究手段和试验技术限制，在金属和合金熔体结构方面的研究远远落后于固态的研究。现有的条件下，人们研究高温合金熔体结构主要是从结构衍射、熔体结构敏感物理量测量和模拟计算等方面展开的。目前，研究液态金属结构的实验研究方法主要分为以下几类[28]：(1)衍射技术：X射线衍射