材料合成与制备方法第二章非晶态材料制备 ppt课件

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非晶态材料的制备课件

非晶态材料的制备课件

20世纪末至今
随着科技的发展,非晶态 材料的应用领域不断扩大 ,成为材料科学领域的重 要分支。
02
非晶态材料的制备方法
气相沉积法
物理气相沉积法
利用物理方法(如真空蒸发、溅射等 )将材料从固态转化为气态,然后沉 积在基底上形成非晶态薄膜。
化学气相沉积法
通过化学反应将气态前驱体转化为非 晶态材料,通常需要在较高的温度和 压力下进行。
燃料电池
非晶态材料可以作为燃料电池的电极材料,提高 电极的催化活性和稳定性。
储能电池
非晶态材料具有较高的能量密度和快速的充放电 能力,可用于制造高能电池。
在电子信息领域的应用
集成电路
非晶态材料具有优良的导电性和稳定性,可以用于制造集成电路 中的金属导线。
电子器件
非晶态材料可以用于制造电子器件的电极和半导体层,提高器件性 能和稳定性。
绿色可持续发展
在非晶态材料的制备过程中,需要关 注环保和可持续发展,开发低能耗、 低污染的制备方法,以实现绿色生产 。
THANKS
感谢观看
非晶态材料内部原子排列相对较 为规整,存在一定的短程有序结 构,这使得非晶态材料具有一定
的物理和化学性能。
无明显的界面
非晶态材料内部原子排列较为连 续,没有明显的界面或晶界存在 ,这使得非晶态材料在某些方面
具有更好的性能。
04
非晶态材料的应用前景
在新能源领域的应用
太阳能电池
非晶态材料可以用于制造高效、低成本的太阳能 电池,提高光电转换效率。
非晶态材料的应用领域
01
02
03
机械工程
用于制造耐磨、耐腐蚀的 零部件,如轴承、齿轮等 。
电子工程
用于制造电子元器件,如 非晶态金属薄膜、非晶态 半导体等。

《非晶材料制备技术》课件

《非晶材料制备技术》课件

非晶材料在生物医学领域的应用
1 人工关节
非晶材料可以用于制造耐 磨、生物相容性好的人工 关节。
2 医疗器械
非晶材料可以用于制造医 疗器械,如心脏支架和人 工耳蜗。
3 药物传递
非晶材料可以用作药物传 递系统的载体,提高药物 的稳定性和缓释性能。
非晶材料在机械制造领域的应用
航空航天
非晶材料在航空航天制造中应用 广泛,可提供轻量化和高强度的 零件。
非晶材料制备技术
非晶材料是一种具有非晶结构的材料,具有独特的性质和广泛的应用。本课 程将讲解非晶材料的制备技术以及其在不同领域的应用。
什么是非晶材料?
非晶材料是一种无序排列的原子结构,没有长程有序性。其特点包括高硬度、 高强度、高韧性、良好的耐腐蚀性等。
非晶材料的制备方法
1
气相沉积法
2
利能
一些非晶材料具有很好的导电性能,可以应用 于电子元件的制造。
防腐蚀性能
非晶材料具有良好的耐腐蚀性能,可用于制造 防护涂层和耐腐蚀结构。
非晶材料在电子领域的应用
电路板
非晶材料可以用于制造高密度的 电路板,提高电子设备的性能。
微芯片
非晶材料在微芯片制造中具有广 泛应用,可提供更高的集成度和 更快的速度。
面,形成非晶结构。
3
熔融淬火法
通过快速冷却熔融金属,使其形成无序 的非晶结构。
磁控溅射法
通过电弧加热金属,将金属离子喷射在 基底上并形成非晶结构。
非晶材料的性质和应用
力学性能
非晶材料具有卓越的强度和硬度,适用于制造 高强度零件和结构。
磁性能
一些非晶材料表现出优异的磁性能,可用于制 造磁性元件和传感器。
汽车制造
机器人组装线

材料制备技术 7.3非晶态材料的制备.ppt

材料制备技术 7.3非晶态材料的制备.ppt
非晶态材料的制备
2020/2/1
1
非晶的结构
晶体和非晶体都是真实的固体,基本的区别 在于它们微观的原子尺度结构上的不同。在晶体 中原子的排列具有长程有序。相反在非晶态固体 中没有长程序,原子的排列极其无序
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
非晶态材料的特性
1. 高强度、高韧性
高强度、高韧性是金属玻璃的宝贵性质。
对于金属材料,通常是高强度、高硬度,但是韧 性较差。
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非晶态材料的应用
形状记忆合金之所以具有“记忆智能”,是因为它 们都有自己特定的转变温度。以镍钛合金来说,它 的转变温度在40℃左右,在40℃以上时它很坚硬, 强度也很高;在40℃以下时,它相当软,强度低, 可以方便地做成各种形状。这样当我们需要它“记 住”某种形状时,可以先把它做成那种形状,进行 “热处理”,让它牢牢记住。在转变温度以下它很 软,可以随意变形,若要它恢复原形,只要加热到 转变温度以上就行了。人们已经发现了几十种形状 记忆合金,大多数含镍元素。
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非晶态材料的特性
4.超导电性 由于超导合金较脆,不易加工成磁体和传输
导线。1975年Duwez首先发现La-Au非晶态合 金具有超导性,后来又发现了许多其他非晶 态超导合金。
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非晶态材料的特性
5. 非晶半导体的光学性质
非晶态半导体可分为离子型和共价型两大类。一类 包括卤化物玻璃、氧化物玻璃,特别是过渡金属 氧化物玻璃。另一类是元素半导体。如非晶态Si、 Ge等。这些非晶态半导体呈现出特殊的光性质。
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非晶态材料的特性
(3)光致发光性质 6. 其他性质 非晶态材料具有室温电阻率高和负的电阻温

4.4非晶材料制备技术课件

4.4非晶材料制备技术课件
10
4. 非晶态材料结构模型
1.25
<2 >200,000 <2×10-6 560 80
9
以非晶态硅太阳能电池发展为例,研发单晶硅太阳能电
池耗资数十亿美元,该电池转化率高,但成本高昂,无法广 泛推广。1975年开始研发掺杂非晶硅太阳能电池,转化率不 断提高。如果转化率提高到 10~12%,就可以代替单晶硅太 阳能电池;如果组件成本能够再降低,就可以与核能相抗衡。 金属玻璃材料也受人瞩目,它比一般金属的强度还要大,例 如非晶态 Fe56B56 的断裂强度达到 370kg· mm-2 ,是一般玻璃 钢强度的 7倍,已接近理想晶体的水平,并具有好于金属的 弹性、弯曲性、韧性、硬度和抗腐蚀性,此外还具有良好的 电学性能。
2
2 .非晶微观结构上的特征
(1)只存在小区间范围内的短程有序,在近程或次近邻的
原子间的键合(如配位数、原子间距、键角、键长 等)具有某种规律性,但没有长程序; (2)非晶态材料的X-射线衍射花样是有较宽的晕和弥散的 环组成,没有表征结晶态特征的任何斑点和条纹,用 电子显微镜也看不到晶粒间界、晶格缺陷等形成的衍 衬反差; (3)当温度升高时,在某个很窄的温度区间,会发生明显 的结构相变,因而它是一种亚稳相。 由于人们最为熟悉的玻璃是非晶态,所以也把非晶态称 作无定形体或玻璃体(Amorphous or Glassy States)
7
在电力领域,非晶得到大量应用。例如铁基非晶合
金的最大应用是配电变压器铁芯。由于非晶合金的工频
铁损仅为硅钢的1/5-1/3,利用非晶合金取代硅钢可使配 电变压器的空载损耗降低 60 %- 70 %。因此,非晶配电
变压器作为换代产品有很好的应用前景。在“九五”期
间,我国自行建成了年生产能力 1000 吨的非晶带材生产 线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁芯生产线,这为 在我国大力推广节能型非晶配电变压器奠定了良好基础。

材料合成与制备(材料概论) ppt课件

材料合成与制备(材料概论)  ppt课件
可塑成型基于坯料有可塑性,有雕塑、拉坯、印 坯、旋压、滚压、注射、挤制、压制、车坯和轧 膜等成型操作。一般希望可塑坯料有一个较高的 屈服值和较大的延伸变形量,使坯料被可塑成各 种形状而不变形开裂。可塑成型坯料含水量一般 在16%以上。
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3.5 成型
可塑成型的 典型工艺流 程如图所示。
②成型:泥料或熔液借助于外力或模具,成为具 有一定尺寸、形状和强度的坯体或制品的过程。
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3.5 成型
③成型加工:将各种状态的原料转变成具有固定形状制品 的工艺过程。
成型加工通常包括两个过程: Ⅰ.使原料变形或流动并取得需要的形状; Ⅱ.进行固化以保持所取得的形状成为制品。 材料成型加工工艺是将材料通过成型加工转变成实用性制
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3.5 成型
☆教材错误:P22表2-5各类材料的主要成型方法中 水泥没有“注浆成型”。
材料成型方法有数十种之多,主要有压制法、可塑 法、注浆法、振动法、热压法、熔铸法、拉制法、 喷吹法、等静压法、压延法、流延法、挤压法、注 射法等。最常用的是压制法、可塑法和注浆法,其 余方法实质上是这三种方法的特殊应用。
品的工程技术。由成型与加工两部分组成。
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3.5 成型
二、材料的成型特性 材料的成型特性主要表现为可流动性和可塑性变形
性。 ①可流动性:材料在加热作用下或添加溶剂时表现
出来的流动性。 ②可塑性变形性:材料在加热作用下或添加溶剂、
增塑剂等助剂时,同时受外力作用下,表现出来的 塑性变形行为。 ③材料成型方法的成型特性分类:根据材料的成型 特性,成型方法可分为自由流动成型、受力流动成 型、受力塑性成型和其他成型。

非晶合金的形成机制与制备方法 ppt课件

非晶合金的形成机制与制备方法  ppt课件

混合熔点Tm'可表示为
Tm ' TmTM TM X TM TmM X M
TmTM 为过渡金属的熔点;TmM 为类金属的熔点;XTM为过渡金属的摩
尔分数;XM为类金属的摩尔分数。
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2. 尼尔森判据
定义合金的升华焓
H s
H
TM s
X TM
H
M s
Xm
H
TM s
为过渡金属的升华焓;
H
M s
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真空蒸镀法示意图
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(2)溅射法: ➢ 利用在1.3-0.1Pa真空下,电离的离子撞击阴极
靶材得到具有较高动能的溅射原子,使其附着 到阳极基板上而获得薄膜。 ➢ 优点:有较高的沉积速率,约1-10nm/s,可制 备合金膜; ➢ 缺点:基板温度上升快。
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溅射法示意图
第三类是金属元素和金属元素的组合。前者是ⅡA、ⅡB、 ⅢB、ⅣB金属,后者是贵金属和稀土金属,它们形成诸如 Gd-Co、Nb-Ni、Zr-Pd、Ti-Be等非晶态材料。
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3.非晶态的形成过程
过热熔体 B 过 冷 熔 体 C 非晶固体
(稳定相)
(亚稳相)
(亚稳相)
E
A


D
(稳定相)
E:结晶过程;C:非晶形成过程 ;D:非晶晶化过程
为类金属的升华焓
尼尔森判据: 当0≤Xm≤0.40 及Tg/Tm≥0.50时, 可形成非晶态合金。
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3. 戴维斯判据改进
熔体淬火形成非晶态合金的判据为: 当J/W <0.032及(J-0.1)/W>0.0044时,易形成非

非晶态合金制备综述ppt课件

非晶态合金制备综述ppt课件

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单辊急冷法(MS 法)
将合金熔体喷射到一个快速转动
的冷却铜辊表面,形成薄而连续的非 晶合金条带。将合金样品置于石英 管底部,调节石英管位置,使合金样 品处于感应圈中部,启动中频电源, 利用感应加热熔化合金样品,启动铜 辊,调节其转速并设定值后,降低石 英管,高压氩气推动合金熔体至冷却 铜辊表面,剥离气嘴中喷出的高压气 流将铜辊表面的合金条带吹离铜辊, 便可制得连续的非晶合金条带。
气相沉积法只能制备薄膜样品,并且需要精密的高真 空设备和监控装置。
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2.4 化学还原法
还原金属的盐溶液,得到非晶态合金。由该法制备的非晶 态合金组成不受低共熔点的限制。
化学还原法的基本原理是:用还原剂KBH4 (或NaBH4) 和 NaH2PO4 分别还原金属的盐溶液,得到非晶态合金。
2.1 液滴喷射技术
• 该技术也称为雾化技术。其原理是用高压气体或液体将连 续的液态金属流击碎为液滴。这种技术尤以 Duwez的 “枪”法最有代表性。
• 该技术的成功之处在于: ① 限制了熔融金属的量 ② 快速雾化成小的液滴 ③推进雾化液滴流越过一个小距离和短时间间隔与淬火基 体进行快速冲击,以释放出热量越过结晶与长大过程进而 快速凝固。
微晶模型
不连续 模型
连续 模型
聚集团模型等
连续无规则 网络模型
硬球无规则 密堆模型等
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2、非晶态合金制备工艺
• 非晶态材料制备主要以快冷凝固技术为主。快冷凝固又包 括急冷技术和大过冷技术。
• 急冷技术就是将熔融液态金属以液滴形式或以柱状流、带 状流形式传递到高导热能力介质上,以获得极高的冷却速 度,从而得到非晶态金属物质。这种技术包括液滴喷射技 术、急冷块体高速旋转技术(CBMS技术)、双辊快淬技术、 平面流动铸造技术(PFC技术)、熔融金属拉拔技术以及 Pisto—Anvil技术等 ;

材料合成与制备 课件

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2、应变退火法生长晶体
(1)应变退火法制备铝单晶 (2)应变退火法制备铜单晶 (3)应变退火法制备铁晶体
烧结就是粉末或压坯在低于主要组分熔点 温度下加热,使颗粒间产生连接,以提高制品 性能的方法。
烧结过程中晶粒长大的推动力主要是由 残余应变、反向应变和晶粒维度效应等因素 影响。 烧结仅用于非金属材料中的晶粒长大。
①特定结构的坩埚; 用于制作坩埚的材料通常是派拉克斯玻璃、外 科尔玻璃、石英玻璃、氧化铝、贵金属或石墨材 料。 ②热梯度炉体; ③程序控温设备; ④坩埚传动设备。
特定结构的坩埚?
晶体各向异性决定了晶体不 同取向的晶体生长速率不同,
生长过程中必然形成晶体的竞
争生长。
晶体生长的几何淘汰示意图
若有许多呈不同取向的
1.2.1 定向凝固法(坩埚下降法)
1925年,布里奇曼(Bridgman)提出通过 控制过冷度定向凝固已获得单晶的方法; 1949年,斯托克巴格(Stockbarger)进一 步发展了这种方法; 故这种生长单晶的方法又称Bridgman — Stockbarger方法,简称B-S方法。
定向凝固技术原理:
(1)长大的驱动力
驱动力来自总界面能的下 降。晶粒长大是通过晶界迁 移来实现。
晶界移动的驱动力属于化 学力。化学力的来源是系统 自由能的降低。具体讲有两 种情况: 相邻晶粒的能量差 界面曲率
铝晶粒长大的晶界迁移 1 — 迁移前晶界位臵 2 — 迁移后晶界位臵
晶粒的正常长大(即均匀长大)
(2)晶界迁移的规律 若晶粒长大到一定程度,晶界可变为平直状,晶界 迁移便趋停止。因此,再结晶后的晶粒长大有一定 的限度,不会无限粗化。 a. 弯曲晶界总是趋向于平直化即晶界向曲率中心移 动,以减少表面积,

《非晶材料制备技术》课件

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02
非晶材料的制备方法
气相沉积法
物理气相沉积法
利用物理方法(如真空蒸发、溅射等) 将材料气化,然后在基体上凝结形成非 晶态薄膜。
VS
化学气相沉积法
利用化学反应生成非晶态材料,通常在高 温下进行,可以制备连续的非晶带材。
液相急冷法
快淬法
将熔融状态的合金或化合物迅速冷却,通过 快速冷却抑制晶体形成,获得非晶态材料。
喷铸法
总结词
一种制备非晶合金薄片的方法
详细描述
喷铸法是一种制备非晶合金薄片的方法,通过将金属熔体以高速喷溅到冷却表面上,使 金属熔体在冷却过程中形成非晶态结构。这种方法可以获得具有优异性能的非晶合金薄
片材料。
甩带法
总结词
一种制备非晶合金丝材的方法
详细描述
甩带法是一种制备非晶合金丝材的方法,通 过将金属熔体甩到旋转的冷却轮上,使金属 熔体在快速冷却过程中形成非晶态结构。这 种方法可以获得具有优异性能的非晶合金丝
THANK YOU
感谢各位观看
粉末冶金法
总结词
通过将金属粉末进行烧结、熔炼、挤压等工艺,制备出 非晶复合材料。
详细描述
粉末冶金法是一种制备非晶复合材料的方法,通过将金 属粉末进行烧结、熔炼、挤压等工艺,制备出非晶复合 材料。该方法具有制备工艺灵活、可制备形状复杂的非 晶复合材料等优点,广泛应用于非晶复合材料的制备。
化学共沉淀法
应用价值
合金成分优化是非晶材料研究的重要方向,对于 推动非晶材料的应用具有重要意义。
表面处理技术
01 总结词
采用表面处理技术可以提高非 晶材料的表面质量和性能。
02
详细描述
非晶材料在应用过程中,其表 面质量对于性能的发挥至关重 要。表面处理技术如喷涂、电 镀、化学镀等可以有效改善非 晶材料的表面状态,提高其耐 磨、耐腐蚀等性能。

材料合成与制备

材料合成与制备
举例单晶材料及应用:
鸽血红(纯红色)红宝石 粉红色红宝石 蓝色蓝宝石 黄色蓝宝石 绿色蓝宝石 紫色蓝宝石 帕德马蓝宝石 变色蓝宝石
Cr3+ Cr3+ /Fe/Ti Fe2+/Ti4+ Fe3+、色心 Fe3+、Fe3+/ Ti4+ Cr3+/Fe2+/Ti4+、 Fe2+/Fe3+ 色心/Cr3+、 Fe3+ Fe、Ti、Cr
火,会出现晶粒的反常长大。这个过程就像在再结晶 后,细小、均匀的等轴晶粒中又重新发生了形核和长 大,故又称之为“二次再结晶”。
异常长大后(20min) 异常长大前(5min) Fe-3%Si合金在1100℃退火组织
晶粒的异常长大
二次再结晶特征:
❖驱动力来自界面能或表面能的降低。 ❖不需要重新形核,是以一次再结晶后的某
退火是将金属或合金加热到适当温度,保持一定时 间,然后缓慢冷却的热处理工艺。
1.1.1 形变再结晶理论
冷变形后材料经重新加热进行退火之后, 其组织和性能会发生变化。观察在不同加热温 度下变化的特点可将退火过程分为回复、再结 晶和晶粒长大三个阶段。
回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结 构和性能变化的阶段;
2. 晶粒长大
晶粒长大可以通过现存 晶粒在退火时的生长或 通过新晶粒成核,然后 在退火时生长的方式发 生,焊接一颗大晶粒到 多晶试样上,并且是大 晶粒吞并临近的小晶粒 而生长,就可以有籽晶 的固-固生长,即
形核-焊接-吞并
再结晶后的晶粒长大
再结晶刚完成后,得到的是细小的等轴晶粒。如果 继续提高退火温度或延长保温时间,便会发生晶粒互 相吞并而长大的现象,称为“晶粒长大”。

材料合成与制备方法第二章非晶态材料制备 ppt课件

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3. 软磁特性
铁基 铁-镍基 钴基
代替硅钢片用于变压器、电机铁芯 代替坡莫合金制作电子器件 制作非晶态磁头
与传统的金属磁性材料相比,非晶合金原
子排列无序,没有晶体的各向异性,电阻率高。 因此具有高的导磁率、低的损耗,是优良的软 磁材料。
作为变压器铁芯、互感器、传感器等,可 以大大提高变压器效率、缩小体积、减轻重量、 降低能耗。
第二章 非晶态材料制备
“非晶态合金是一种高新技术材料,具有卓 越的物理、化学和力学性能,是电力、电子、计 算机、通讯等高新技术领域的关键材料,市场需 求大,产业化前景非常广阔,而且它的发展和应 用可带动一批相关领域的技术进步和协同发展”
“材料领域的金娃娃”
❖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。
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)。
非晶形成能力
是不是所有的材料都 能形成非晶态?
玻璃形成的能力几乎是凝聚态物体的普 遍性质,只要冷却速率足够快和冷却温度足 够低,几乎所有的材料都能够制备成非晶态 固体。
相对于处于能量最低的热力学平衡态的 晶体相来说,非晶态固体是处于亚稳态,这 是正确的,但是注意,要回复到晶体相,在 一般动力学已是达不到的,如玻璃一旦形成 就能够保持实际上无限长的时间。在标准温 度和压强下,石墨是稳定的热力学相,可是 亚稳的金刚石仍然可永久保存。

《材料的制备方法》PPT课件

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电弧蒸发装置
工作原理:
在电弧蒸发壮装置中,使 用欲蒸发的材料制成放电 的电极。在薄膜沉积时, 依靠调节真空室内电极间 距的方法来点燃电弧,而 瞬间的高温电弧将使电极 端部产生蒸发从而实现物 质的沉积。控制电弧的点 燃次数或时间就可以沉积 出一定厚度的薄膜
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16
激光蒸发装置
工作原理: 使用高功率的激光束作为能源进行薄膜的蒸发沉积
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5
电弧炉即是用这种原理熔炼金属的工业炉.
在真空环境下的电弧炉就是真空电弧炉.真空 电弧熔炼采用大电流低电压,属于短弧操作,。 一般电弧电压为22~65V,对应弧长为20~ 50mm
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6
感应炉
加热线圈通入变 频电流产生的磁 力线集中在被加 热物上,由电磁 的感应作用,产 生涡旋电流,将 被加热物加热
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7
用交流电流流向被卷曲成环状的导体(通常为铜管),由 此产生磁束,将金属放置其中,磁束就会贯通金属体,在 与磁束自缴的方向产生涡电流(旋转电流),于是感应电 流在涡电流的影响下产生发热,用这样的加热方式就是感 应加热。
感应加热时在距离感应线圈越近,产生的涡流越大,引 起的热效应了越大。
感应线圈是一般用一圈或数圈的铜管来做,一般采用水 冷的方式对线圈进行冷却。
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•在溅射装置中引入磁场,既可以降低溅射过程 的气体压力也可以在同样的电流和气压的条件下 显著提高溅射的效率和沉积的速率
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反应溅射装置
化合物是在原子沉积的过程中,由溅射原子与活性气 体分子在衬底表面发生化学反应而形成
在通入Ar气的同时通入相应的活性气体,从而抑制化 合物的分解倾向,另一方面,也可以采用纯金属作为 溅射靶材,但在工作气体中混入适量的活性气体,例 如O2、N2、NH3、CH4、H2S等,使金属原子与活性 气体在建设心阴极蒸发装置
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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. 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。
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
1. 只存在小区间内的短程有序,而没有任何长程有序; 2. 其衍射花样没有表征结晶态的任何斑点和条纹; 3. 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。
2.1.2 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:
1. 非晶态合金 2. 非晶态半导体材料 3. 非晶态超导体 4. 非晶态高分子材料 5. 非晶态玻璃
❖ 长程有序和短程有序 晶体:长程、短程均有序; 非晶体:长程无序,短程有序
❖ 单晶体、多晶体、微晶体和非晶体 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。
Cu
MoSi 2
Cu2O
120h
❖ 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半导体材料
① 四面体配置的非晶态半导体 例如非晶Si和Ge
② 硫系非晶态半导体 主要成分是硫系元素(硫、硒、碲),
共价四面体
包括二元系As2Se3和多元系的As81Se21Ge80Te18等
第二章 非晶态材料制备
“非晶态合金是一种高新技术材料,具有卓 越的物理、化学和力学性能,是电力、电子、计 算机、通讯等高新技术领域的关键材料,市场需 求大,产业化前景非常广阔,而且它的发展和应 用可带动一批相关领域的技术进步和协同发展”
“材料领域的金娃娃”
❖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。
Ca-Al12.5~47.5, Sr70Mg30, Ca-Pd
❖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”。
❖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
非晶态材料的制备
2.1 非晶态材料的基本概念和性质
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
2.1.1 非晶态材料的基本概念 ❖ 有序态和无序态
❖ 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。 晶体有序(食盐、钻石、普通的钢铁 ), 气态、液态、非晶态属于无序。
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)。
• 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。
2.1.2 几类典型的非晶态材料
1. 非晶态合金(金属玻璃)
① 后过渡的金属-类金属(TL-M系)
后过渡金属:ⅦA族、ⅧA族、ⅠB族贵金属 类金属:Si、P等
Pd80Si20 Ni80P20 Au75Si25
② TE-TL系 Cu-Ti33~70, Ni-Zr33~42, Ta-Ni40~70 ③ ⅡA族金属的二元或多元合金
CPS
60h
0.5h
20
40
60
80
100
2θ/(°)
❖ 非晶态的定义
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
多晶
单晶
❖ 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。
3. 非晶态超导体
最初发现:Bi(6.1K)和Ga(8.4K)膜具有超导电性
关于非晶态超导材料的研究可以追溯到 20 世纪 50 年代,当时有两 位德国科学家发现在液氮冷却的衬底上蒸发得到的非晶态 Bi 和 Ga 膜具有超导性,临界温度分别为 6.1 K 和 8.4 K。但它们升温到 20~30 K 时就发生晶化,故在室温下无法保持为非晶态,这就给这些 材料的进一步研究和应用带来了困难。
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