准晶材料制备技术.ppt

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1、第六章准晶材料制备技术6.1准晶概述图6.1二维图形密排晶体的旋转对称只能有1、2、3、4、6等5种旋转铀准晶的电子衍射图1984年,美国国家标准局Shechtman和我国科学家郭可信教授等相继在Al-Mn和Ti-V-Ni合金中观测到五次对称电子衍射图的相,它不具有传统晶体学的对称性.这种新的结构被称为准晶体。准晶体的发现郭可信（1923-2006）中国科学院院士1984/85年：发现五重旋转和Ti-V-Ni二十面体准晶；1987年国家自然科学一等奖；1987年：首先发现八重旋转对称准晶；1988年：首先发现稳定的Al-Cu-Co十重旋转对称准晶及

2、一维准晶；1997-2000年：获得准晶覆盖理论的实验证据。《准晶研究》《电子衍射图在晶体学中的应用》《高分辨电子显微学》晶体的结构是高度有序化的,它具有以原胞周期性排列为特征的程平移序和满足晶体学点群为标志的最近邻价健长程指向序.相反地,非晶固体却不具备这种晶体长程相关性.准晶体作为一种被新发现的晶体结构形态,在结构特征上是处于两者之间的.物理学定义：准周期晶体,简称称准晶体,是一种同时具有长程准周期平移有序和非晶体学旋转对称性的固态有序相，是一种新型的固态结构。准晶的结构，即不同于非晶态材料，也不同于传统的晶态材料，它是一种不具有平移对称性，却

3、具有旋转对称性的新型结构材料。（a）两种菱形单元构成的二维penrose拼图（b）傅里叶变换正多边形在二维空间中的拼砌（正三角形、正方形、正六边形、正五边形和正七边形）拼砌单元的三雄模型准晶的结构既不同于晶体，也不同于非晶态，其原子分布不具有晶体的平移对称性，但仍具有一定的规则，且呈长程的取向性有序分布，故可认为是一种准周期性排列。不能用晶胞表示，由两种三维拼砌单元，按一定的规则使之配合地拼砌成具有周期性和5次对称性。目前，尚难以制成大块的准晶态材料，最大的也只是几mm直径，故对准晶的研究多集中在其结构方面。但从已获得的准晶都很脆的特点，作为结构材

4、料使用尚无前景。准晶的特殊结构对其物理性能有明显的影响：高电阻、低热导率、低磨擦系数、良好的耐磨性和抗氧化性、高硬度、高温塑性等优异性能，使之适于作为表面防护涂层。准晶材料的特性一、准晶是一种亚稳相，结构易发生弛豫在加热过程中原子位置会发生一定的变化，结构发生弛豫，弛豫热一般为0.1~0.2kJ/mol。由较高冷却速率得到的准晶的稳定性较高，弛豫热也较高，约达0.4kJ/mol。弛豫温度与准晶的成分、结构有关，一般在340-640K。准晶在结构弛豫时，性能也发生相应的改变，例如Al84Mnl6准晶在结构弛豫后弹性模量约增加1％。准晶材料的特性二、物

5、理性能1、密度——低准晶的密度低于其晶态时的密度。比经过退火后得到的相同成分晶态相的密度约低2%。由其原子排列的规则性不如晶态紧密，但密度高于非晶态。准晶材料的特性2、导电性——电阻率高晶体：电阻率最高只有数十μΩcm；非晶体合金：电阻率最高也只有几百μΩcm,准晶：电阻率非常高：如在液氦下Al2Cu2Li：900μΩcmAl2Cu2Ru：1000～3000μΩcmAl2Cu2Fe系：1300～11000μΩcmAl2Pd2Re系：达1Ωcm以上。准晶材料的特性准晶合金的电阻率高，电阻温度系数则甚小,其电阻随温度的变化规律也各不相同。准晶的电阻率对

6、结构的完整性十分敏感，准晶结构越完整电阻率越高。此外,准晶的电阻率具有负的温度系数，即电阻率随温度的升高而下降。准晶材料的特性3、导热性——准晶材料的导热性较差1）与金属材料（银429、铜401、金317、铝237、铁80W/mK）相比，准晶的导热率都很低，在室温下准晶的导热率，要比普通的铝合金低两个数量级，可以与常见的隔热材料ZrO2（3W／mk（20-400°）相媲美。2）准晶材料具有负的温度系数，随着温度升高而下降。热扩散系数和比热容均随着温度升高而增大。3）准晶样品质量越好，结构越完善，其导热性能就越差。4）结构复杂的准晶类似相的导热性能接

7、近于准晶。准晶材料的特性3、表面特性（1）氧化行为特性：绝大多数为铝系准晶。Al活泼元素极易氧化。研究发现，相同条件下，准晶相表面的氧化现象明显低于铝合金和相近成分的晶体相。当准晶在室温下长期暴露在干燥空气中时，氧化层平均厚度为20～30A。在潮湿空气和较高温度下氧化层会进一步加深（厚度约为60～70A），并且化学成分也因此而变化，表层铝的原子百分比随之增大了（Al可达90wt%）。（2）不粘特性：准晶材料的不粘性，实质上是热力学中润湿性的问题，与准晶的表面能有关。研究发现，准晶的最外层原子没有重构现象和准晶在费米能级处的电子态密度很低造成其表面能

8、很低。（3）摩擦特性：准晶的显微硬度比合金高，摩擦系数为合金的1/3，具有一定的应力塑性。准晶材料的特性准晶材料的特性4、