现代新型材料与纳米材料非晶合金ppt课件.ppt

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1、现代新型材料与纳米材料NewMaterialsandNanometer-Materials（6）材料科学与工程学院刘颖教授主讲第六讲非晶合金AmorphousAlloy2主要内容非晶态合金的发展非晶态合金的结构非晶态合金的性能非晶态合金的制备非晶态合金的应用3自然界中各种物质按不同物理状态可分为有序结构和无序结构两大类。晶体为典型有序结构，气体、液体以及非晶态固体都属于无序结构。人们最先认识的非晶固体是玻璃等非金属物质，所以玻璃在一定程度上成为非晶材料的代名词。石英玻璃41970年，杜韦兹创立快速凝固技术，从Au-Si合金熔体中制备了非晶合金，非

2、晶概念才开始与固态金属与合金联系在一起，常用金属玻璃(metallicglass)来表示非晶合金。随着更多非晶合金的发现以及它们所具有的各种独特性能的揭示，非晶已不仅作为合金在快速凝固中出现的一种亚稳相，还成为一类重要的功能材料。非晶合金带材5非晶态合金的发展61845年，沃茨将镍的磷化物溶液分解在铁基体上获得镍的沉积物，这种沉积物很可能就是人类第一次获得的非晶态金属，但当时由于还没有发现X射线衍射技术，因此未能得到证实。历史上有关非晶合金的第一次报导是克拉模在1934年用蒸发沉积制得的。1947年，布伦列等人用电解和化学沉积获得Ni-P和Co-

3、P的非晶薄膜，发现其有高硬度、耐腐蚀特性，可用作金属表面的防护涂层，这是非晶材料最早的工业应用，但并末引起广泛注意。71958年，安德森提出：当晶格无序度超过一定临界标准后，固体中的电子长程扩散将会消失。同年，在美国阿尔弗雷德召开了第一次非晶态固体国际会议。从此，非晶物理与材料的研究成为材料科学的一个重要分支。1960年，古贝蒙维从理论上预示非晶固体具有铁磁性：晶态固体的电子能带过渡到液态时不会有任何基本形式的改变，这意味着能带结构更依赖于短程序，而不是长程序，电子之间的交换作用与短程序相关，与晶格结构并无必然的联系。因此，短程序的非晶固体应具有

4、铁磁性。81965年，马德和诺维克在真空沉积的Co-Au合金薄膜中发现了非晶的铁磁性。1970年，杜韦兹等用喷枪法将70%Au-30%Si液态金属高速急冷制成非晶合金，这种方法使工业化大规模生产非晶合金成为可能。1973年，美国生产出具有很好导磁和耐蚀性能的非晶铁基合金薄带，非晶合金的研究和应用受到世界各国广泛的重视。非晶Fe基带材9我国非晶合金的研究开始于七十年代中期。1982年，我国建立非晶合金牌号，批量(50kg/次)生产宽度为50-100mm的薄带并制成大功率变压器、开关变压器等铁芯。用非晶材料制成磁头可用于录音、录像；用于各种传感器的非

5、晶圈丝、薄带及薄膜也研制成功；非晶薄膜用于磁记录技术方面也取得重大成果。非晶磁头10非晶态合金的结构特征11非晶体与晶体都是由气态、液态凝固而成，由于冷却速率不同，形成的结构也迥然不同。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，形成非晶态固体。晶体非晶体气体晶体、非晶体、气体原子排列示意图12非晶原子的排列状态类似液体原子，但它与液体又有不同之处：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，具有很大的刚性

6、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的；非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）。13非晶材料在微观结构上具有以下基本特征：存在小区间的短程有序，在近邻或次近邻原子键合具有一定规律性，但没有任何长程有序。温度升高，非晶材料会发生明显的结构转变，是一类亚稳态材料。亚稳态转变到自由能最低的稳定态需克服一定的能量势垒，因此亚稳态在一定温度范围内可长期稳定存在；当温度超过一定值Tc(晶

7、化温度)后，发生稳定化转变，形成晶态合金。14非晶结构的亚稳性不仅包括温度达到Tc以上发生的晶化，还包括低温加热时发生的结构弛豫。在低于晶化温度Tc退火时，非晶合金内原子相对位置会发生较小变化，非晶合金的结构逐步接近有序度较高的理想结构，使其总能量降低，同时引起非晶合金密度、比热、电阻、弹性模量等物理性能产生相应变化，这种结构变化称为结构弛豫；在高于晶化温度Tc退火时，由于热激活能增大，非晶合金克服稳定化转变势垒，形成自由能更低的晶态，晶化转变涉及原子长程扩散，所需激活能比结构弛豫高，非晶合金的许多物理性能也产生较大变化。15非晶晶化结晶与合金熔

8、液凝固结晶类似，也是一个形核和长大的过程。晶化是固态反应，受原子在固相中的扩散支配，晶化速度没有凝固结晶快；非晶比熔体在结构上更接近晶态