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1、先进材料进展101101918人块非晶合金的研究进展摘耍条件等方面阐述了大块非晶合金的形成机制,介绍了目前常用的制备方法、大块非晶合金优异的性能和应用前景.关键词大块非晶合金,形成机制,制备,性能,应用THERESEARCHPROGRESSOFBULKMETALLIKGLASSESABSTRACTThedevelopmenthistoryandtheresearchstatusofbulkamorphousalloysareintroduced,andmethodofpreparationisdiscussedin
2、detail1Theformingmechanismsintermsofstructure,thermodynamicsandkineticsaredescribed.Thegoodpropertiesandapplicationofthebulkamorphousmaterialsarealsosummarized.KEYWORDSbulkamorphousalloys,formingmechanisms,preparation,properties,application大块非晶合金是相对于传统的低维非晶材料(
3、非晶粉、丝、薄带等)而言的,具有较大的三维几何尺寸。固态时原了在三维空间呈拓扑无序排列,表现为短程有序、长程无序,呈亚稳态结构,而且在一定温度范围内还可以相对稳定地保持这种结构。大块非晶合金是一种高性能的结构材料,也是极具潜力的功能材料。1大块非晶合金的发展历程关于非品态合金的首次报道是在1938年,Kramen通过蒸发沉积在玻璃冷基底上[1,2]发现了非晶态金属薄膜;1951年,Brenner等用电沉积法制备出了Ni-P及Co-P非晶合金,主耍用于做耐磨和耐腐蚀涂层;1958年,Turnbull等人通过对氧化物玻
4、璃、陶瓷玻璃和金屈玻璃的相似性的分析,确定了液态过冷对非晶形成的影响,预言了合成非晶的可能性,揭开了非晶研究的序幕;1960年,Duwez等采用熔体急冷法首先制得了Au70Si30非晶薄带,由于他从工艺上突破了制备非晶态金属和合金的方法,因而标志着非晶态合金这一新材料研究领域的启动。后來,Tumbull、陈鹤寿等人在Duwez小组制备的Au-Si和Pd-Si,Pd-Cu-Si非品合金屮证实了玻璃转变的存在。Turnbull先前提出的抑制过冷液体形核的理论作为非晶形成能力的判据被证明是冇效的,而且是迄今为止最冇效的判
5、据Z—。1969年陈鹤寿等将含有贵金属元素Pd的具有较高非晶形成能力的合金(Pd-Au-Si,Pd-Ag-Si等),通过B2O3反复除杂精炼,得到了直径1mm的球状非晶合金样品;1989年日本东北大学的Inoue等通过水淬法和铜模铸造法制备出毫米级的La-Al-Ni大块非晶合金;20世纪90年代初J.Masumoto和A.Inoue等发现了具冇极低临界冷速的多元合金系列,通过控制非均质形核的工艺,可在实验室里直接从液相获得大块非晶合金;1994年,根据非晶形成的三项经验法则设计出了一系列的大块非晶合金;1997年以
6、来,日木东北大学的范沧和井上明久等研究发现,在三元Zr基(Zr-Cu-Al)合金系中分别加人Pd、Ti、Ni、Nb等元素均可得到一系列的大块非晶合金;2000年以來,A.Inoue等进一步对大块非品合金的形成机制、结构、机械强度、化学特性、磁性和应用展开了广泛的研究。2008年大阪大学的TakeshiNagase,KoichiKinoshita和YukichiUmakoshi等研究了锵基非晶合金在医用材料上的应用,通过研究发现采用错基非晶合金制备的医用材料具冇高的强度和热稳定性,同时具冇良好的延展性,将其弯曲180
7、。也不断裂,是一种具有潜力的功能材料[3]o1先进材料进展2国内外研究现状我国对非晶合金的研究从1976年开始,国家科委一直将非晶合金的研究、开发、产业化列入重大科技攻关项口。“九五"期间,组建了“国家非晶微晶合金工程技术研究中心",建立了“T吨级非晶带材生产线",非晶态合金的产业化进程大大加快,现已初步形成非晶态合金科研开发和应用体系。国内关于大块非晶合金的研究主要集屮于屮科院物理所、金屈[4],现在各大学也加大了对非品的研究力度。近年来,在非晶的研究领域中,中国科学家己成为该领域的一支重要力量,国内许多研究组一
8、直在从事非晶以及相关物理问题的研究,在结构、物性、制备、应用研究等方面有较雄厚的实力。现在已经可以制备出多种冇自主知识产权的大尺寸块体非晶体,并在块体非晶结构、形成规律、力学和物理性能以及应用开发等方而做出了很多有特色的工作,引起国际同行的广泛关注和重视。屮国科学院物理研究所汪卫华研究组在非晶方面的研究近年来取得了重大进展[5],其主要工作集屮在稀土基非晶的