非晶态材料的制备课件.ppt

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1、第4章非晶态材料的制备(Non-crystallinemetals)4.1概述4.2非晶态材料的性能4.3非晶态材料的制备方法4.4非晶态材料的加工4.6非晶态材料的应用4.7展望14.1概述非晶态金属（合金），也称金属玻璃，是指非结晶状态的金属或合金。即高温熔液以105℃/s以上的超急冷速度凝固，因而来不及结晶而形成的结构。这时在材料内部原子作不规则排列，因而产生了晶态材料所没有的性能。4.1概述24.1.1非晶态原子结构无晶面长程无序、短程有序4.1概述3径向分布函数radialdistributionfunction(

2、RDF)是以任一原子为中心在距离r处找到其他原子的几率，是距离为r处单位体积中的原子数目，为整体材料中原子平均密度。4.1概述4微观组织特点原子排列随机没有晶界和因晶界而产生的晶体缺陷宏观结构各向同性成分波动较小、元素组合范围较宽、是单相的均质固体4.1概述54.1.2非晶态的形成条件非晶态可由气相、液相快冷形成，也可在固态直接形成（如离子注人、高能粒子轰击、高能球磨、电化学或化学沉积、固相反应等）合金由液相转变为非晶态（金属玻璃）的能力，既决定于冷却速度也决定于合金成分；由固态形成需在高能辐射或机械驱动作用下也会发生非晶化转变。4

3、.1概述6冷却速度须使金属不产生晶核也不发生晶核长大晶体形成温度与时间的关系冷却速度高于临界冷却速度以上时，金属不再发生结晶C字型曲线4.1概述7临界冷却速度典型非晶态金属形成时所需要的冷却速度对于纯金属高于1010K/s对于某些合金103-106K/s4.1概述8合金成分非晶合金元素的重要性质降低熔点：合金成分一般在“共晶”点附近，使合金的熔点远低于纯金属抑制晶格排列：抑制原子移动，阻碍晶格排列，合金在冷却时被“冻结”成非晶4.1概述9Zr-Ti-Ni-Cu-Be精密器件齿轮凸轮成型条件：390℃，6.5×10-4/s齿轮约800-

4、1000秒完成，凸轮约180秒完成4.1概述10高能辐射或机械驱动除了从熔体急冷可获得非晶态之外，晶体材料在高能幅照或机械驱动（如高能球磨、高速冲击等剧烈形变方式）等作用下也会发生非晶化转变，即从原先的有序结构转变为无序结构（对于化学有序的合金还包括转为化学无序状态），这类转变都归因于晶体中产生大量缺陷使其自由能升高，促使发生非晶化4.1概述114.1.3非晶态材料的种类按元素的组合，大体上可以分为五种：1）过渡金属—半金属系列（Fe-B，Ni-P）2）过渡金属—过渡金属系列（Fe-Zr，Ni-Zr）3）过渡金属—稀土类系列（C

5、o-Gd、Ni-La）4）典型金属系列（Pd-Si、Mg-Zn）5）含有气体元素的非晶态金属（如：Fe-B-O，Fe-B-N）到目前为止所发现的非晶态金属的种类很多4.1概述12部分非晶态金属组成4.1概述13性能4.1.4非晶态材料的性能与应用在结晶态强度较差的合金，通过非晶态化，可提高强度和韧性作为软磁材料可做变压器的铁芯，其磁损耗只相当于冷轧硅钢片的1/3是音质好、长寿命的磁头材料电阻率比一般的铁基或铁镍合金高3～4倍非晶铁基合金具有很好的耐腐蚀性能，例如Fe72Cr8P13C7的耐腐蚀性能优于不锈钢某些非晶态材料的热膨胀

6、系数接近于零非晶态材料也具有良好的催化性能4.1概述14应用4.1概述154.1.5非晶态材料的发展世界上有关非晶态合金研究的最早期报道是1934年德国人克雷默采用蒸发沉积法制备出的非晶态合金。1950年，他的同胞布伦纳又声称用电沉积法制备出了Ni－P非晶态合金。1960年，美国Duwez教授发明直接将熔融金属急冷制备出非晶态合金的方法。与此同时，苏联的米罗什尼琴科和萨利也报道了制备非晶态合金的相似装置。1969年，美国人庞德和马丁关于制备一定连续长度条带的技术为规模生产非晶态合金奠定了技术基础。1976年美国联信公司利用快速凝固技术

7、生产出10毫米宽的非晶态合金带材，到1994年已经达到年产4万吨的能力。4.1概述164.2非晶态金属的基本特性微观组织特点原子排列随机无晶界以及因界晶过程所产生的晶体缺陷宏观结构各向同性成分波动较小、元素组合范围较宽、单相的均质固体亚稳态组织结构性能特点4.2非晶态金属的基本特性17晶化1）非晶态特性消失2）析出有害第二相4.2.1稳定性和晶化非晶合金的原子结构处于亚稳态，在一定条件下会向稳定状态转变，成为晶体，这个过程称之为晶化4.2非晶态金属的基本特性18广义地说，非晶合金的稳定性包括4.2非晶态金属的基本特性温度稳定性长期使

8、用时效稳定性机械冲击震动稳定性强磁场冲击稳定性等。19温度稳定性居里温度对于非晶态磁性材料来说，当温度升高时，其饱和磁通密度下降。当温度高于居里温度时，材料变成顺磁性，原有磁性能丧失。晶体化温度非晶态材料加热到晶体化