引人注目的新材料--准晶材料Ⅲ%3a准晶的形成

《引人注目的新材料--准晶材料Ⅲ%3a准晶的形成》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、常州工学院学报Vol.17.No.2JournalofChangzhouInstituteofTechnologyApr.2004引人注目的新材料———准晶材料!：准晶的形成肖华星（常州工学院，江苏常州213002）摘要：叙述了准晶的生长及影响因素，介绍了国内外准晶制备的最新成果，并扼要介绍了常见准晶制备工艺、原理及优缺点。关键词：准晶；生长；制备中图分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1671-0436（2004）02-0001-06适用于准晶的生长过程。!"准晶的生长及影响因素!.#影响准晶生长的因素!.!"准晶的生长1.2.1合金成分虽然目前

2、还没有完全掌握准晶生长的规律，但目前已发现的准晶的合金系大致可以分为三初步研究结果已反映出准晶生长规律与晶体生长规类，第一类是Al-TM合金系（TM为过渡族金属），律的关系十分密切。如Al-Mn、Al-Mn-Si、Al-Mn-Sn-Fe等合金在急冷淬火过程中，准晶物质通常是伴随过饱系，这是准晶合金系中主要的合金系；第二类是M和固溶体和其它金属间化合物一起形成的。从准晶-Ti合金系（M为"族元素），如Ni-Ti、Cr-Ni-物质的形成过程来看，其液相成核至长大过程异于Si等合金系；第三类是Frank-Kasper拓扑相系，非晶合金，而基本与常规晶体一致，属

3、于一级相变过如，Mg4CuAl6、V41Ni36Si23等合金系。从结构分析的程。从相图上看，除了接近拓扑密排金属间化合物角度来考虑，一个能够形成准晶的合金系一般具有的化学成分之外，包晶反映区比共晶反应区似乎更如下特征，即能够通过快速凝固形成含有大量短程易于形成准晶物质。尽管绝大多数准晶物质是从液有序的二十面体原子团的非晶态合金，或者该合金相中直接形成的，但也发现准晶物质还可从Al固溶系的平衡结晶相含有大量的二十面体原子团（如晶体和其它合金相中经过时效或退火沉淀析出。此态的Frank-Kasper相晶胞很大，结构复杂，包含原外，在Al-Cr、Al-Mn等

4、合金中发现自非晶态向准子数很多，同时还包含具有局域二十面体对称性的晶态的转变过程。因此，准晶形成过程虽然还不太原子团），或者其平衡结构与二维10次对称准晶相清楚，但大致可以有以下4种基本情况：气体、准晶近。这些结构相似性是形成准晶的有利条件。体、溶体（熔体）、准晶体、晶体、准晶体、非晶、准不同的合金系形成的准晶类型也不同，如在Al晶体。与#~$族金属的合金系中主要生成三维5次对称晶体在生长过程中，晶面是按周期平行向外推准晶，在Al与"族金属的合金系中主要生成二维移的。与此对应，准晶体生长过程中则具有多重分10次对称准晶，而在Al-Mn等合金系中两种准晶［

5、1］数维特征，是以准周期平移向外自相似性放大生长则都可能出现。的。与晶体一样，准晶体的生长过程也遵循布拉维对一个具体的合金系来说，能否形成准晶、形成法则，即准晶体的晶面数也是有限的，最后形成的晶什么样的准晶、准晶形成的难易程度等都与合金的面往往是面网密度最大的。此外，面角守恒定律也成分有着密切的关系，准晶只能在一定范围内形成。收稿日期：2002-11-05—1—常州工学院学报2004年如在Al-Mn合金中，当Mn含量<16at%时，三维面体对称，但只显示准周期性。由此可知，冷却速度5次对称准晶的形成能力随Mn含量的增加而增较大时有利于准晶的形成。然而，由

6、于准晶的形成大；Mn含量>16at%时，三维5次对称准晶与二维是形核与长大的过程，它受原子扩散的影响，冷却速10次对称准晶竞争生长，且后者逐步取代前者；当度过高则会导致过饱和固溶体先于准晶形成，甚至Mn含量＞22.5at%时，三维5次对称准晶的形成受出现非晶。所以采用快速凝固法制备准晶合金时，［2］到抑制。另外，不同的合金元素对准晶形成能力冷却速度应控制在一个适应的范围。的影响也不同，如在Al基合金中，Mn的准晶形成1.2.5温度和压力［3］能力远大于Ni。温度对准晶形成的影响主要是通过改变结构的1.2.2原子尺寸束缚状态和结构熵来实现的。在低温下，由于

7、熵值准晶是由数目不多的原子构成的独立体系。参TS一般很小，结构的稳定性由热焓H或束缚能决加凝聚结合的元素简单，而且主要元素的原子半径定；温度增加，结构可能向具有更高结构熵的相转大小相近，并以较小的原子为中心。配位原子半径变。在准晶的随机拼砌模型中，两种以上单元随机R与中心原子半径r之比小于1.1085时易形成准地在空间排列，有多种拼砌的局部构型，从而结构的晶。如在Al-Mn准晶合金中，RAl/rMn=1.1015。稳定性由系统的熵值决定。温度增加有利于结构熵1.2.3电子结构的加大，由此可以解释一些准晶仅在高温才稳定的已有的研究发现，在Al-Mn二元系中

8、不易形现象。压力可使结构趋于更密堆。因此，对于在高成Mn-Mn近邻原子对；Al4