无容器过程中P-iP系合金过冷dN-及金属玻璃形成

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1、第39卷第5期物理学报Vd．39．№．51990年5月AGTAPHYSICASINICAMay．1990无容器过程中Pd-Ni-P系合金的过冷及金属玻璃形成许应凡孙帼显陈豇王文魁●中国科学院物理研究所，北京，1000301989年6月30日收到在1．2m落营中对Pd，Ni一，-，P和PdNi⋯P台金进行了无容器过垮实验．通过在落营中充以不同的惰佳气体，从而调节过冷液滴的散热条件，研究了冷却速率对于Pd⋯Ni⋯P合金的玻璃形成、晶体成核和长大的影响．确定了在落管中形成玻璃的临界冷却速率．此外，液滴下落以前的初始温度也与玻璃形成、晶皋的

2、成孩和长大有密切联系．PACC：8l20；8120P；813DF一、引言在金属烙体的冷却过程中，为了形成金属玻璃就耍避免晶体成核和长大，使熔体达深度过冷从而冻结在玻璃态．晶体成核可以分为二类：均匀成核和非均匀成核．均匀成核是一种内禀过程，只能通过控制冷却速率来避免．非均匀成核则通常发生在坩埚器壁、，熔体内部的杂质以及表面氧化层上．从原理上讲，非均匀成核可以通过适当的实验方法加以消除，例如近年发展的落管技术便是一种有效的方法．由落管提供的无容器过程可以消除发生在坩埚壁上的非均匀成核，使得可以在冷却速率较低的情况下避免体内的非均匀成核从

3、而达到深过冷．如果台金的均匀成核率比较低，甚至可以获得大块非晶．’Pd+,Ni·oPzo台金由于其明显低的均匀成核率而引起人们极大的兴趣．利用落管技术已获得直径达到l一2171_I12的金属玻璃球．在本文中研究了Pd。NlL。P熔体在落管．中固化时的过冷、成核和长大行为，以及不同冷却速率对于镕体凝固过程的影响．此外，对Pd~3．N．sPu合金也在落管中作了下落实验，研究了P含量的减少对台金玻璃化的影响．在实验之前落管被抽成真空，然后充以不同气压的惰性气体从而改变了下落液滴的散热条件．通过对液滴的热流分析，计算了液滴在不同散热条件下的

4、冷却行为，并乖J用实验结果估计了在落管中形成Pd．oNi4。P*金属玻璃的临界冷却速率．二、实验过程合金的制各方法见文献【3]．实验用的样品成份为PdoNiP和P屯Ni，P．，．经5期许应凡等：jE容器过程中Pd—N]-P系合金的过冷及盎属玻璃形成837过冶炼之后P含量略有挥发，分析成份稍微偏离标称值．实验在I_2m落管装置上进行的台金在石英坩埚中熔化后从一小孔分散成液滴经过落管藩下．落管使用前抽成2×10Torr的真空，然后用纯的惰性气体清洗两遍，在充气第三遍后落管进入使用状态．台金用铝电阻丝分别加热到大约1050和I25OK，远

5、高于Pd。。Ni+0P：。台金的熔点(8S『()及液相线温度．对Pch0Ni．。P。台金，在以下三种气氛中进行了实验：(1)2×10Tort的真空环境；(2)分别充以600和200Torr的H气氛；(3)分别充以600和200Torr的Ar气氛．对Pd，Nh”P合金，则在I300K●时在600Tort的He气氛下进行下落实验．在落管底部用盛有适量硅油的容器收集样品．球形样品的直径在0，l一2．0mm的范围，石英坩埚滴孔的孔径范围为O．I-O．6mw，样品通过在PSPC位置灵教探捌器上的x射线衍射测量和差热分析来确定是否玻璃化．使用电

6、子探针进行了赦区成份分析．金相样品经抛光后在稀释的王水中浸蚀一5rain．在光学显微镜和扫描电子显儆镜下观察了样品的微观结构．、三、实验结果1．PN¨Pf

7、在初始温度约为1300K时下落的液滴结果均为表面光滑的小球，说明无表面生核存在．小球直径分布范围为0．1-0．8mm．下落时落管充以600Tort的He气．小球的微观结构显示出第二相从基底中析出，并呈均匀分布，此外，还有几粒大的球状杂质，示于图I(见图版I)．差热分析表明，在668K时有放热峰出现(图2曲线2)，说明有非晶相存在．X射线衍射谱表现为一宽化的非晶峰和一组尖锐的晶化峰

8、的迭加．晶化衍射线条经过指标化后均属于一面心立方结构，晶格常数为4—3．69五．温度cK)图2下落律品的差热分析曲线曲线I为Pd．。Ni．o，2．Pd．0N。PTc=647K；曲线2Pd43．JNi4s．~P⋯T668K；加热速率T；t0k／min在落管中下落的样品均为球形并且表面光滑，无表面生核存在．图3为一个非晶小球截面的微观结构(见图版1)．表1总巷了初始温度l约为l0．50K时在不同气氛和不同压力下凝固的小球的显微组织结构．从表1可见，在600Torr的He气中凝周的小球均为玻璃相，直径范围为0．1一Igmm．在200Tor

9、r的He气中凝固的小球，当直径大于I_3rail3．时，在非晶基底上出现了一些初始相，其形状为三叶型和四叶型，示于图4(见图版I)．它们的尺寸约为mx射线PSPC位置灵敏探铡器没有探测到它们，衍射谱为玻璃谱型，说明它们的体积分数大约小