材料的亚稳态上课讲义.ppt

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1、材料的亚稳态9.1.1纳米晶材料的结构纳米晶材料（纳米结构材料）是由（至少在一个方向上）尺寸为几个纳米的结构单元（主要是晶体）所构成。纳米晶材料是一种非平衡态的结构，其中存在大量的晶体缺陷。纳米材料也可由非晶物质组成由不同化学成分物相所组成的纳米晶材料，通常称为纳米复合材料。9.1.2纳米晶材料的性能纳米晶材料不仅具有高的强度和硬度，其塑性韧性也大大改善。纳米晶导电金属的电阻高于多晶材料，纳米半导体材料却具有高的电导率，米铁磁材料具有低的饱和磁化强度、高的磁化率和低的矫顽力纳米材料的其他性能，如超导临界温度和临界电流的提高、特殊的光学性质、触媒催化作用等也是引人

2、注目的。9.1.3纳米晶材料的形成纳米晶材料可由多种途径形成，主要归纳于以下四方面。（1）以非晶态（金属玻璃或溶胶）为起始相，使之在晶化过程中形成大量的晶核而生长成为纳米晶材料。（2）对起始为通常粗晶的材料，通过强烈地塑性形变（如高能球磨、高速应变、爆炸成形等手段）或造成局域原子迁移（如高能粒子辐照、火花刻蚀等）使之产生高密度缺陷而致自由能升高，转变形成亚稳态纳米晶。（3）通过蒸发、溅射等沉积途径，如物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电化学方法等生成纳米微粒然后固化，或在基底材料上形成纳米晶薄膜材料。（4）沉淀反应方法，如溶胶一凝胶（sol-gel

3、），热处理时效沉淀法等，析出纳米微粒。9.2准晶态9.2.1准晶的结构准晶的结构既不同于晶体、也不同于非晶态。准晶结构有多种形式，就目前所知可分成下列几种类型：a．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。b．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。c．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。9.2.2准晶的形成准晶

4、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。9.2.3准晶的性能到目前为止，人们尚难以制成大块的准晶态材料，最大的也只是几个毫米直径，故对准晶的研究多集中在其结构方面，对性能的研究测试甚少报道。但从已获得的准晶都很脆的特点，作为结构材料使用尚无前景。准晶的密度低于其晶态时的密度，这是由于其原子排列的规则性不及晶态严密，但其密度高于非晶

5、态，说明其准周期性排列仍是较密集的。准晶的比热容比晶态大，准晶合金的电阻率甚高而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。9.3.2非晶态的结构非晶结构不同于晶体结构，它既不能取一个晶胞为代表，且其周围环境也是变化的，故测定和描述非晶结构均属难题，只能统计性地表达之。在非晶态合金中异类原子的分布也不是完全无序的，如B－B＄近邻原子对就不存在，故实际上非晶合金仍具有一定程度的化学序。9.3.3非晶合金的性能1．力学性能非晶合金的力学性能主要表现为高强度和高断裂韧性非晶合金的强度与组元类型有关，金属一类金属型的强度高（如Fe80B20非晶），而金属一金属

6、型则低一些（如Cu50Zr50非晶）。非晶合金的塑性较低，在拉伸时小于l％，但在压缩、弯曲时有较好塑性，压缩塑性可达40％，非晶合金薄带弯达180o也不断裂。2．物理性能非晶合金一般具有高的电阻率和小的电阻温度系数前非晶合金最令人注目的是其优良的磁学性能，包括软磁性能和硬磁性能。此外，使非晶合金部分晶化后可获得10～20nm尺度的极细晶粒，因而细化磁畴，产生更好的高频软磁性能。有些非晶合金具有很好的硬磁性能，其磁化强度、剩磁、矫顽力、磁能积都很高，例如Nd－Fe－B非晶合金经部分晶化处理后（14～50nm尺寸晶粒）达到目前永磁合金的最高磁能积值，是重要的永磁材料

7、。3．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。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢