§2-6 非晶态固体的结构.ppt

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1、§2-6非晶态固体的结构非晶体：质点（原子、离子、分子）在三维空间的无规则排列。SiO2的排列（a）石英晶体（b）石英玻璃晶体：长程、短程都有序。非晶体：短程有序、长程无序。非晶态合金的性能力学性能：非晶合金的力学性能主要表现为高强度、高断裂韧性、低的拉伸塑性和较好的压缩、弯曲塑性。物理性能：非晶合金一般具有高的电阻率、小的电阻温度系数、优良的磁学性能，包括软磁性能和硬磁性能。如Nd－Fe－B非晶合金经部分晶化处理后是重要的永磁材料。化学性能：许多非晶态合金具有极佳的抗腐蚀性，这是由于其结构的均匀性，不存在

2、晶界、位错、沉淀相。以及在凝固结晶过程产生的成分偏析等能导致局部电化学腐蚀的因素。非晶态固体树脂橡胶玻璃硅酸盐玻璃硼酸盐玻璃石英玻璃金属玻璃半导体玻璃一.玻璃的概念和通性液体过冷液体晶体玻璃体慢冷快冷ACBMEFDV、QTTmKTg物质内能和体积随温度的变化冷却方法：将熔体慢速冷却，相变成晶体。将熔体快速冷却，变成玻璃体。玻璃的通性各向同性：玻璃内部的折射率、导电性、硬度、热膨胀系数等性能具有各向同性。介稳性：能量不是最低态，具有晶化的倾向，但常温速度缓慢，所以，玻璃处于介稳态。渐变性：熔融态向玻璃态的转变

3、没有固定的玻璃化温度。连续性：物理、化学性质随温度连续变化。二.玻璃的结构1.微晶学说玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数“微晶”分散在无定形介质中；“微晶”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成，可以是独立原子团或一定组成的化合物和固溶体等微观多相体，与该玻璃物系的相平衡有关；“微晶”不同于一般微晶，而是晶格极度变形的微小有序区域，在“微晶”中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大；从“微晶”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界线。优点：强调玻璃结构的不均匀性、不连续性及有序性等特

4、征，成功地解释了玻璃折射率在加热过程中的突变现象。尤其是发现微观不均匀性是玻璃结构的普遍现象后，微晶学说得到更为有力的支持。缺点：对玻璃中“微晶”的大小与数量尚有异议。微晶大小根据许多学者估计波动在0.7～2.0nm之间，含量只占10％～20％，0.7～2.0nm只相当于2～1个多面体作规则排列，而且还有较大的变形，所以不能过分夸大微晶在玻璃中的作用和对性质的影响。微晶的化学成分还没有得到合理的确定。2.无规则网络学说玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶体的网络不

5、同，玻璃的网络是不规则的、非周期性的，因此玻璃的内能比晶体的内能要大。由于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级，玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多，因此它们的结构单元（四面体或三角体）应是相同的，不同之处在于排列的周期性。如石英玻璃和石英晶体的基本结构单元都是硅氧四面体[SiO4]，各硅氧四面体[SiO4]都通过顶点连接成为三维空间网络。但在石英晶体中硅氧四面体[SiO4]有着严格的规则排列；而在石英玻璃中，硅氧四面体[SiO4]的排列是无序的，缺乏对称性和周期性的重复。石英晶体合与石英玻璃结构比较优点

6、：强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀性、连续性及无序性等方面结构特征。这可以说明玻璃的各向同性、内部性质的均匀性与随成分改变时玻璃性质变化的连续性等基本特性。缺陷：近年来，随着实验技术的进展，积累了愈来愈多的关于玻璃内部不均匀的资料，例如首先在硼硅酸盐玻璃中发现分相与不均匀现象，以后又在光学玻璃和氟化物与磷酸盐玻璃中均发现有分相现象。用电子显微镜观察玻璃时发现在肉眼看来似乎是均匀一致的玻璃，实际上都是由许多从0.01～0.1μm的各不相同的微观区域构成的。§2-7准晶体1984年底，D.Shechtm

7、an等人在急冷凝固的Al-Mn合金中发现了具有五次旋转对称但并无无平移周期性的合金相。这种无平移同期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。一.准晶的结构既不同于晶体、也不同于非晶态。具有多种形式，就目前所知可分成下列几种类型：一维准晶：这类准晶相常发生于二十面体相或十面体相与结晶相之间发生相互转变的中间状态，故属亚稳状态。二维准晶：它们是由准周期有序的原子层周期地堆垛而构成的，是将准晶态和晶态的结构特征结合在一起。二十面体准晶：可分为A和B两类。A类以含有54个原子的二十面体作为结构单元；B类则以含有137个原

8、子的多面体为结构单元；A类二十面体多数是铝-过渡族元素化合物，而B族极少含有过渡族元素。二.准晶体的制备准晶的形成过程包括形核和生长两个过程，故采用快冷法时其冷速要确当控制，冷速过慢则不能抑制结晶过程而会形成结晶相；冷速过大则准晶的形核生长也被抑制而形成非晶态。此外，其形成条件还与合金成分、晶体结构类型等多种因素有关，并非所有的合金都能形成准晶，这方面的规律还有待进一步探索和掌握。快速淬火：在高速旋转铜轮上淬火熔