第二章 非晶态材料制备课件.ppt

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1、第二章非晶态材料制备2.1非晶态材料的基本概念和性质非晶态材料的制备2.2非晶态材料的形成理论2.3非晶态材料的制备原理与方法有序态和无序态2.1.1非晶态材料的基本概念晶体有序（食盐、钻石、普通的钢铁），气态、液态、非晶态属于无序。非晶体与晶体都是由气态、液态凝结而成的固体，由于冷却速率不同，造成结构的迥然不同。晶体是典型的有序结构，原子有规则地排列在晶体点阵上形成对称性；非晶态与气态、液态在结构上同属无序结构，它是通过足够快的冷却发生液体的连续转变，冻结成非晶态固体。单晶体、多晶体、微晶体和非晶体长程有序和短程有序晶体：长程、短程均有

2、序；非晶体：长程无序，短程有序按照晶粒的大小，固体的层次：单晶体（雪花）、多晶体（金属，晶体内部有序）、微晶体（小晶体）、纳米晶体和非晶体。晶体有熔点，非晶态无熔点，是一个范围。非晶态的定义非晶多晶单晶非晶态材料，顾名思义，就是指非结晶状态的材料。它是对高温熔液以每秒10万摄氏度的超急冷方法使其凝固因而来不及结晶而形成的，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。非晶态的定义1.以不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。2.从熔体冷却，在室温下还能保持熔体结构的固态物质状态，称为非晶态，也称为“过冷的液体”

3、。3.一般认为，组成物质的原子、分子的空间排列不呈周期性和平移对称性，晶态的长程有序受到破坏，只有由于原子间的相互关联作用，使其在小于几个原子间距的小区间内（1~1.5nm），仍然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序，这样一类特殊的物质状态统称为非晶态。形象描述：什么是非晶态材料？固态的液体！冻着的液体！非晶固体的原子类似液体原子的排列状态，但它与液体又有不同：液体分子很易滑动，粘滞系数很小；非晶固体分子是不能滑动的，粘滞系数约为液体的1014倍，它具有很大的刚性与固定形状。液体原子随机排列，除局部结构起伏外，几乎是完全无序混乱；非

4、晶排列无序并不是完全混乱，而是破坏了长程有序的周期性和平移对称性，形成一种有缺陷的、不完整的有序，即最近邻或局域短程有序（在小于几个原子间距的区间内保持着位形和组分的某些有序特征）。非晶态别名“过冷的液体”“金属玻璃”“无定型材料”“快速凝固材料”非晶态的基本特征只存在小区间内的短程有序，而没有任何长程有序；其衍射花样没有表征结晶态的任何斑点和条纹；升温时会发生明显的结构相变，是一种亚稳态材料；晶化结构弛豫非晶的结构弛豫和晶化都是结构失稳时产生的变化，非晶的结构稳定性主要取决以下因素：合金组元的种类和含量：组元种类和含量的变化会改变原子键

5、合强度和短程有序程度。凝固冷速：冷速越高，金属玻璃的自由能就会越高，相应的结构稳定性会越低，在一定条件下越容易产生结构弛豫和晶化。选择适当的凝固冷速对保证金属玻璃稳定性十分重要。其它一些因素也能影响金属玻璃的结构稳定性：退火温度一定时，组态熵较大的合金晶化激活能较大，非晶发生结构弛豫或晶化所需激活能越大，非晶结构就越稳定。玻璃形成能力(GFA)较强的合金形成的非晶结构稳定性较高，共晶成分或接近共晶成分的合金GFA很强，它们形成的非晶稳定性一般都很高。中子辐照可使极细晶粒非晶化，消除非晶合金晶化时非均匀形核媒质，提高非晶合金的稳定性。2.1

6、.2非晶态材料的分类到目前为止，人们已经发现了多种非晶态材料，发展了多种方法与技术来制备各类非晶态材料。从广泛意义上讲，非晶态材料包括普通的低分子非晶态材料、传统的氧化物和非氧化物玻璃、非晶态高分子聚合物等。从材料学的分类角度分析，非晶态材料的品种很多，主要包括：非晶态合金非晶态半导体材料非晶态超导体非晶态高分子材料非晶态玻璃1.非晶态合金（金属玻璃）①后过渡的金属－类金属（TL－M系）②TE－TL系③ⅡA族金属的二元或多元合金后过渡金属：ⅦA族、ⅧA族、ⅠB族贵金属类金属：Si、P等Pd80Si20Ni80P20Au75Si25Cu-T

7、i33~70,Ni-Zr33~42,Ta-Ni40~70Ca-Al12.5~47.5,Sr70Mg30,Ca-Pd2.1.2几类典型的非晶态材料非晶态合金也叫金属玻璃，它既有金属和玻璃的优点,又克服了它们各自的弊病。如玻璃易碎,没有延展性。金属玻璃的强度却高于钢,硬度超过高硬工具钢,且具有一定的韧性和刚性,所以,人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”。金属玻璃水果盘金属玻璃具有光泽，可以弯曲，外观上和普通金属材料没任何区别，但金属玻璃中原子的排列杂乱，因而赋予了它一系列全新的特性。2.非晶态半导体材料四面体配置的非晶态半导体硫

8、系非晶态半导体例如非晶Si和Ge主要成分是硫系元素（硫、硒、碲），包括二元系As2Se3和多元系的As81Se21Ge80Te18等共价四面体3.非晶态超导体最初发现：Bi（6.1K）和Ga（