非晶合金微丝
非晶微丝在玻璃纤维增强复合材料中的应用
ｐ ｈ ｏ ｕ ｓ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗ ｉ ｒ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｄ ｄ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｌｓ ａ ｔ ｏ ｏｒ ｆ ｍ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ —
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非晶合金材料的微观结构与性能分析
非晶合金材料的微观结构与性能分析非晶合金材料是一种具有特殊微观结构的材料，其具备优异的力学、磁学、导电等性质，在能源、电子、航空等领域具有广泛应用。
本文将对非晶合金材料的微观结构以及与性能之间的关系进行分析。
一、非晶合金的制备方法非晶合金通常通过快速凝固或靶材溅射等方法得到。
其中，快速凝固是常用的一种制备非晶合金的方法。
通过快速冷却，可以使材料在凝固过程中快速转变为非晶态，从而实现非晶合金的制备。
二、非晶合金的微观结构非晶合金的微观结构与晶体材料有很大的不同。
晶体材料具有有序的晶格结构，而非晶合金则没有明确的晶格结构，呈现出无规则的非晶态结构。
1. 原子排列的无序性非晶合金的微观结构主要表现为原子排列的无序性。
在非晶合金中，原子呈现出一种随机分布的状态，没有特定的晶格结构。
这种无序性导致了非晶合金具有均匀的化学成分和相对较高的密度。
2. 原子团簇的存在在非晶合金中，原子并不是孤立存在的，而是以原子团簇的形式出现。
原子团簇是由若干个原子组成的，其形状和大小可以不规则。
这些原子团簇之间存在着相互作用，决定了材料的一些性质。
三、非晶合金的性能特点非晶合金由于其特殊的微观结构，具备许多独特的性能特点。
1. 优异的力学性能非晶合金具有高硬度、高强度和较好的韧性。
这是由于非晶结构中的原子无序性和原子团簇的存在使得材料具有强大的阻碍位错移动的能力。
这使得非晶合金在航空、汽车等领域得到广泛应用。
2. 良好的导电性能非晶合金具有优异的导电性能。
由于原子的无序排列，电子在材料中可以自由移动，从而使得非晶合金具备较高的电导率。
这使得非晶合金在电子器件制造中具有重要应用。
3. 高饱和磁感应强度非晶合金具有高饱和磁感应强度和低磁滞损耗特点。
这是由于非晶结构中的无序性和原子团簇的存在使得磁畴的形成和磁滞现象受到了抑制。
因此，非晶合金在磁性材料领域具有广泛应用。
四、结构与性能之间的关系非晶合金的微观结构与其性能之间存在着紧密的联系。
非晶合金材料
非晶合金材料非晶合金材料是一种具有非晶结构的金属材料，也称为非晶态合金。
与晶体材料相比，非晶合金材料具有更高的硬度、强度和耐腐蚀性能，因此在工业领域具有广泛的应用前景。
本文将从非晶合金材料的特点、制备方法、应用领域等方面进行介绍。
首先，非晶合金材料的特点是具有非晶结构。
非晶结构是指材料的原子排列呈现无序状态，而非晶合金材料的原子排列方式是无规则的、无序的。
这种结构使得非晶合金材料具有较高的硬度和强度，同时还具有优异的弹性和耐磨损性能。
此外，非晶合金材料还具有较好的导电性和磁性，因此在电子、磁性材料领域也有着广泛的应用。
其次，非晶合金材料的制备方法主要包括快速凝固法、溅射法和机械合金化法。
快速凝固法是通过在高温状态下迅速冷却金属熔体来制备非晶合金材料，这种方法可以有效地抑制原子的有序排列，从而形成非晶结构。
溅射法是将金属靶材置于真空室中，通过离子轰击的方式将金属原子沉积到基底上，形成非晶合金薄膜。
机械合金化法则是通过机械方法将不相容的金属元素混合制备成非晶合金材料。
这些制备方法为非晶合金材料的大规模生产提供了可行的途径。
非晶合金材料在工业领域具有广泛的应用。
首先，在航空航天领域，非晶合金材料可以用于制造航天器的结构部件和发动机零部件，因其具有较高的强度和耐腐蚀性能。
其次，在电子领域，非晶合金材料可以用于制造集成电路封装材料和磁性存储介质，以提高电子产品的性能和稳定性。
此外，在医疗器械和生物材料领域，非晶合金材料也有着广泛的应用前景，可以用于制造人工骨骼和植入式医疗器械。
综上所述，非晶合金材料具有独特的结构和优异的性能，制备方法多样且成熟，应用领域广泛。
随着科学技术的不断发展，非晶合金材料在工业领域的应用前景将会更加广阔，为人类社会的发展做出更大的贡献。
非晶合金材料的微观结构与性能研究
非晶合金材料的微观结构与性能研究近年来，非晶合金材料（Amorphous alloys）作为一种新型材料，得到越来越广泛的关注和研究。
非晶合金材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、抗磨损等优异性能，被广泛地应用于航空航天、汽车制造、机械制造等领域。
本文将对非晶合金材料的微观结构与性能研究进行探讨。
一、非晶合金材料的基本概念非晶合金材料，又称为无定形合金材料，是指由两个或两个以上的金属元素以及非金属元素组成的混合材料，当其中一种或多种元素的原子大小或化学性质差异较大时，材料的固态结构呈非晶态，即无序而不规则的状态。
非晶态的材料没有晶体结构的二十三个点群中的任何一个，不具有长程有序性。
目前，已经研制出了许多不同种类的非晶合金材料，其组成、结构和性能均有所不同。
二、非晶合金材料的制备方法非晶合金材料的制备方法有多种，主要包括快速凝固法、气相沉积法、镀层法、表面处理法等。
其中，快速凝固法是目前使用最广泛的一种方法。
该方法是将金属材料在高温状态下快速凝固成非晶态，其特点是固态温度下状态不稳定，处于高能状态，可以通过热处理使其转变为晶体。
三、非晶合金材料的微观结构非晶合金材料的微观结构是指其分子间相互作用和原子排布的形态。
与晶体材料不同，非晶合金材料的微观结构是无序、不规则的。
其结构特点主要表现在以下三个方面。
1. 无定形度非晶合金材料的无定形度是指它的结构没有任何规律性，不存在可以重复出现的结构基元，也没有完整的晶格结构，其内部结构是无序的，表现出类液态的特征。
2. 短程有序性尽管非晶合金材料的无定形度很高，但在局部尺度上，它们的结构还是具有短程有序性的。
通过高分辨率电子显微镜和X射线衍射等技术，可以看到其中存在着局部结构有序的区域。
短程有序性也是非晶合金材料具有一定稳定性的重要因素。
3. 无界面性非晶合金材料不存在晶界和其他界面，因此与晶体材料相比，其内部不具有较低的界面能。
在材料加工和使用中，非晶合金材料的表面处于稳态状态，不容易受到氧化和腐蚀。
非晶合金 (1)
(2) 非晶合金的产生与发展
1934年，德国人克雷默采用蒸发沉积法首先发现了附着在玻璃冷基 底上的非晶态金属膜。1947年，美国标准计量局的A. Brenner用电解 和化学镀法首次制备出了Ni-P非晶态金属膜，但没有引起重视。
14
3)合金化
合金各组元的尺寸相差大，一般原子尺寸差10％~20％的系统，形成 非晶的范围都比较宽，形成非晶容易。原子间的电负性差越大，交互作用 越强并可导致形成金属间化合物。金属和类金属原子间的交互作用很强， 故非晶合金中常包含有类金属元素。
(3)非晶态合金系
包括周期表中 ⅦB族元素和Ⅶ族元素及ⅠB族贵金属。这类合金的典型例子有Pd80Si20、 Ni80P20、Au75Si25、Fe80B20、Pt75P25等。其中类金属元素的摩尔分数在 13％~25%，处于深共晶范围。另有一些非晶态合金的类金属元素含量 可在较大范围内变化，如Ni-B31~41，Co-B17~41，Pt-Sb(锑)34~36.5。 在二元合金的基础上加入一种或多种金属或过渡金属元素替代部分 基体金属，可使非晶形成范围加宽，如Pd78Cu6Si16、Pd40Ni40P20。在 Ni92Si8中加入硼，Ni92-xSi8Bx，x可在10~39范围内变化，如实用意义很 大的Fe-Si-B非晶合金。 15
度作出预测性的估计：液体淬火的冷却速度应在1012K/s，但在实际上无 法达到，因此对纯金属和少量溶质原子的稀合金只能用气相沉积。 通过加入溶质原子，特别是这些溶质原子和基体原子的尺 寸和电负性差别较大时，一方面使Tm下降，另一方面使Tg上升， △Tg=Tm-Tg变小，有利于非晶形成。也可以用一个约化玻璃转变温度 Trg=Tg/Tm来分析。随着合金元素含量的增加，液相线下降，并出现深共 晶，大多有利于非晶形成。
非晶合金材料微观结构及力学性能研究
非晶合金材料微观结构及力学性能研究随着科学技术的不断进步，材料科学逐渐成为了一个重要的研究领域。
其中，非晶合金材料因其特殊的结构和性能引起了越来越多的关注。
本文将对非晶合金材料的微观结构及力学性能进行探讨。
一、非晶合金材料简介非晶合金材料属于一种非晶态材料，其特点是没有明显的长程有序性结构。
这种材料通常由两种或多种金属原子混合而成，经过快速冷却而形成。
相比常规结晶态材料，非晶合金材料具有以下优异性能：1.较高的强度和硬度。
2.较好的抗腐蚀性。
3.较低的磁滞损耗。
4.较好的导电性能。
5.较低的磁畴壁耗损。
二、非晶合金材料的微观结构1.成分非晶合金材料通常由两种或多种金属原子混合而成。
这些金属原子之间没有明显的有序排列，呈现出连续分布的状态。
2.原子排列非晶合金材料中的原子排列十分混乱，呈现出无序杂乱的状态。
这种无序排列的状态决定了非晶合金材料的结构性能。
3.晶籽非晶合金材料的制备过程中，通常会添加一些晶籽来促进其形成。
这些晶籽会在制备过程中作为定位核，帮助原子排列形成无序组态。
三、非晶合金材料的力学性能1.硬度非晶合金材料具有较高的硬度。
这是因为在其无序物质结构中，原子之间没有明显的排列方式。
同时，非晶合金中还存在许多微观杂质，这些因素都导致了非晶合金材料具有较高的硬度。
2.强度非晶合金材料具有较高的强度。
这是由于其内部结构杂乱无序，使得晶体学的滑移和同晶界的移动受到极大限制。
这导致了材料的内部合金成分得以以更高的浓度存在于体积中，从而增强了其强度。
3.韧性由于非晶合金材料的内部结构杂乱无序，使其具有一定的塑性。
相比于晶体材料，非晶合金材料具有更好的韧性和抗拉伸损伤性能。
四、结论非晶合金材料因其特殊的微观结构和性能具有广泛的应用前景。
目前，人们正在通过各种手段不断提高其制备工艺，以探索更多潜在的应用领域。
在未来，非晶合金材料有可能成为重要的结构材料，将会得到更为广泛的应用。
非晶合金_精品文档
1. 成核速率
IV
I H0 V
IVHE
均相成核速率：
I H0 V
NV0
exp
1.229 Tr2Tr3
杂质引起的成核速率：
IVHE
AV NS0
exp
1.229 Tr2Tr3
f
2. 晶体生长速率
f
a0
1
exp
H fM Tr RTΒιβλιοθήκη f为界面上生长点与总质点之比
ΔHfM为摩尔分子熔化热
❖ 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。
❖ 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。无序，是象液体一样，互相积压，互相靠近，而 不是体心、面心之类。
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）。
非晶合金纤维增韧复合材料研究
非晶合金纤维增韧复合材料研究随着先进制造技术的不断发展，复合材料的研发和应用越来越广泛。
复合材料的优点在于其具备高强、高刚、轻质的特性，被广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
然而，对于某些复杂的应用场合，要求材料不仅具有高强度、高刚度，而且还需要更高的韧性，因为材料在实际使用中往往会遭受多种复杂的载荷。
在这样的背景下，针对复合材料的增韧研究成为了一个热点。
非晶合金作为材料领域的一颗新星，其独特的结构与性能使其成为了复合材料增韧的研究热点。
非晶合金具有高硬度、高耐磨性、高热稳定性等特点。
此外，非晶合金的结构非常特殊，其原子无序排列方式为非晶态结构，因此非晶合金具有更好的韧性。
通过将非晶合金纤维引入到复合材料中，可以显著提高复合材料的韧性和强度。
目前，研究者们已经开始深入探究非晶合金纤维增韧复合材料的制备方法，主要包括静电纺丝法和快速凝固法。
静电纺丝法主要是通过高电压作用于聚合物或聚合物溶液，在静电场作用下制备出非晶合金纤维。
该方法简单易行，可以在常温常压下实现非晶合金纤维的制备，同时该方法对于纤维的制备材料种类也比较宽泛。
快速凝固法是指在高速降温和凝固的条件下制备非晶合金纤维。
该方法需要使合金在很短时间内进行迅速冷却，可以制备出高品质的非晶合金纤维，但是该方法固化过程较为复杂，而且对温度、压力等参数的控制要求较高。
针对非晶合金纤维增韧复合材料的性能研究表明，复合材料的性能取决于非晶合金纤维的质量，而非晶合金纤维质量的好坏主要与制备方法和材料本身的性质有关。
在制备过程中，需要优化合金的成分、快速凝固过程和控制纤维的直径等方面的参数，以获得更好的性能。
此外，非晶合金纤维在复合材料中的分散性也将影响复合材料的性能，有必要对非晶合金纤维与基体材料的界面效应进行深入研究。
总的来说，非晶合金纤维增韧复合材料的研究是一个复杂的系统工程，需要针对不同情况进行不同的制备方法和性能研究。
随着先进材料的发展，非晶合金纤维增韧复合材料的研究势必会得到更大的突破，为现实应用带来更多的可能性。
非晶丝微磁传感器简介
3 4 -
来至文献资料
1 2 -
H (Oe)
0
1
2
3
4
5ห้องสมุดไป่ตู้
6
7
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0 1
2
非晶丝微磁传感器
1. 非晶丝
GMI样品申请：胡/经/理 新.磁（上.海）.电.子.有.限.公.司 首机和Q/Q_1560.183.7360 直拨分.机 021--31.608.531 地址上海浦东张江上丰Road/977號
用于微磁传感器的非晶丝主要有两种，一种是水纺丝，另一种是玻璃包覆非 晶丝。水纺丝的直径较大（125μm），需要进一步拉拔成细丝使用；玻璃包覆 非晶丝的直径较小，通过一道工序就能够制备成 10-50μm 的细丝。随着器件的 小型化，目前的微磁传感器多数采用玻璃包覆非晶丝。典型的玻璃包覆非晶丝的 形貌如图 1 所示，芯部为非晶合金丝，外皮为玻璃。
Hk (Oe)
≧0.2 ≧1 ≧2 ≧4
ΔZ/Z %
≧200% ≧200% ≧300% ≧300%
钴基非晶丝
1
图 2 表述的是牌号为 GMI-2 的非晶丝的巨磁阻抗效应， Z / Z 的表示方法 为， Z / Z (%)
Z ( H ) Z ( H max ) 100% 。 Z ( H max )
0 0 3
@ 2 mA, 2 MHz
0 5 2 0 0 2
Z / Z (%)
2. 从非晶丝到微磁传感器
实际中，一般采用非对角形式来制备微磁传感器，如下面的文献资料截图。 ①②端施加高频驱动电流，③④检测 GMI 信号。
0 5 1 0 0 1 0 5 9 0 1 07 8 5 6 -
图 2 GMI-2 的巨磁阻抗效应
非晶合金微型结构形成机理的表征与建模
非晶合金微型结构形成机理的表征与建模随着科学技术的不断发展，微型结构研究越来越成为人们关注的焦点。
非晶合金作为一类具有高性能、广泛应用的材料，其微型结构形成机理的表征与建模也成为了研究的重点之一。
本文将从非晶合金的特性、微型结构形成机理及其表征与建模等方面进行探讨。
一、非晶合金的特性非晶合金是指由镍、铁、钴、铌、钼等过渡金属和硼、磷等非金属元素混合形成的金属材料，其结晶形态是无序的、无定形的、非晶态的。
非晶合金在很多方面表现出比传统晶态材料更好的性能，例如具有高强度、高硬度、较高的弹性极限和热稳定性，等等。
这些优异的性能与其微型结构紧密相关。
二、非晶合金微型结构形成机理非晶合金的微型结构形成机理是一个复杂的过程，涉及到多种因素相互作用。
研究表明，非晶合金微型结构的形成主要包括以下几个步骤：1. 静态冷却：通过快速冷却的方式使金属液体变成非晶态材料。
2. 动态压缩：对非晶态材料进行动态压缩，使其作用在自身分子间距离上。
3. 相变失稳：非晶态材料在压缩的过程中，会出现相分离、析出等现象。
4. 形成微观结构：在相变失稳的前提下，非晶态材料会形成定向的、典型的微观结构。
以上这几个步骤及其相互作用，共同影响了非晶合金的微型结构形成机理。
三、非晶合金微型结构的表征为了深入研究非晶合金的微型结构，我们需要对其进行表征。
非晶合金微型结构的表征主要包括以下几种方法：1. X射线衍射X射线衍射是一种非常常见的方法，通过X射线的衍射图谱来获得关于非晶合金微型结构的信息。
2. 电镜采用电子显微镜，可以获得非晶合金微型结构的直接观察图像。
3. 压之声谱压之声谱可以获得非晶合金的微观结构细节，这种方法被广泛地应用于非晶合金降压和热处理起点的的研究。
以上这几种方法可以提供非晶合金微型结构的表征信息，而这些信息进一步为非晶合金建模提供了依据。
四、非晶合金微型结构的建模非晶合金微型结构的建模，是指将上述方法获取的信息综合起来，分析微型结构的形成规律并进行模拟。
非晶合金材料的微观结构与力学性能研究
非晶合金材料的微观结构与力学性能研究随着工业发展的迅速进步，人们对材料的研究和发展也越来越重视。
非晶合金材料是一种新兴的材料，它具有优异的物理、化学性质，并且在微观结构和力学性能方面表现出卓越的特性，引起了广泛关注。
本文将探讨非晶合金材料的微观结构与力学性能研究现状。
一、非晶合金材料的定义及特性非晶合金材料是由金属和非金属元素混合而成的材料，具有非晶态结构，即材料中的原子无规律地排列，而不是晶体的排列方式。
非晶合金材料具有以下特性：1.高硬度和高强度：非晶合金材料硬度可以达到4000HV，比普通的钢高10倍以上。
2.优异的韧性和弹性：非晶合金材料具有良好的弯曲、扭转和挠曲强度，可以承受较大的外力作用。
3.优异的耐腐蚀性：与普通合金材料相比，非晶合金材料对腐蚀的抵抗性更高。
4.优异的导电性：非晶合金材料有较高的电导率，可用于磁性材料、传感器和供电元件等领域。
二、非晶合金材料的微观结构非晶合金材料是由金属和非金属元素混合而成的材料，具有非晶态结构。
这种结构的形成是由于高速冷却过程中原子的无规律排列，使得原子不具有长程的周期性结构。
相比之下，晶体材料具有长程的周期性结构，即晶体内原子的排列是非常有序的。
非晶合金材料的微观结构被认为是由许多小团簇组成的，团簇之间有一些微观缺陷。
这种结构的复杂性使得非晶合金材料的物理、化学性质与微观结构密切相关。
许多微观层面上的研究对于提高非晶合金材料的性能和应用具有重要意义。
三、非晶合金材料的力学性能研究非晶合金材料的力学性能主要体现在硬度、强度、韧性等方面。
材料的力学性能对于材料的应用和开发具有重要意义。
近年来，非晶合金材料的力学性能研究主要集中在以下几个方面：1.非晶合金材料的过冷液体区域的力学性能研究。
2.非晶合金材料的热力学性能研究。
3.非晶合金材料在纳米尺度下的力学性能研究。
4.非晶合金材料与其他材料的复合力学性能研究。
四、非晶合金材料的应用前景由于非晶合金材料具有优异的物理、化学性质和微观结构特性，因此在各个领域都有着广泛的应用前景。
玻璃包覆非晶合金微丝制备技术研究
玻璃包覆非晶合金微丝制备技术研究周智杰【摘要】金属在熔化后,内部原子处于活跃状态.一旦金属开始冷却,原子就会随着温度的下降,而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来,形成晶体.但如果冷却过程很快,原子还来不及重新排列就被凝固住了,就会产生非晶态合金.非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著变化.以Fe基合金制备的非晶态合金为例,其具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点.采用熔融拉丝法制备的玻璃包覆非晶合金微丝,由于其具有微小的尺寸,可控的一维形状以及各向异性的电磁性能,近年来已经成为国外研究和应用的热点.文章对玻璃包覆非晶合金微丝制备技术进行了深入研究.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2017(000)020【总页数】3页(P131-133)【关键词】非晶合金微丝;玻璃包覆;高饱和磁感应强度;各向异性的电磁性能;全自动化制备【作者】周智杰【作者单位】北京德普罗尔科技有限公司,北京 100029【正文语种】中文金属在熔化后，内部原子处于活跃状态。
一旦金属开始冷却，原子就会随着温度的下降，而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来，形成晶体。
但如果冷却过程很快，原子还来不及重新排列就被凝固住了，就会产生非晶态合金。
在非晶丝合金的制备中，非晶态合金微丝的制备是相对比较容易的。
采用熔融拉丝法制备的玻璃包覆非晶合金微丝，由于其具有微小的尺寸，可控的一维形状以及各向异性的电磁性能，近年来已经成为国外研究和应用的热点。
由于玻璃包覆层厚度和金属芯半径对非晶合金微丝的性能有一定的影响，所以在非晶合金微丝的制备时要有效地控制微丝的几何尺寸。
现在关于非晶丝制备的设备多为手动或半自动的设备，对制备出的合金微丝的性能稳定性产生很大的不利影响。
此项目就是为制备玻璃包覆非晶合金微丝设计开发一套全自动化生产制备设备。
玻璃包覆非晶合金微丝制备是基于Taylor-Ulitovsky原理，通过玻璃包覆合金的高频感应熔融拉丝法制备，合金化学成份为Fe73.5Cu1.0Nb1.0V2.0Si13.5B9.0（Fe基，以下称Fe基合金）。
非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介
非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10－20纳米的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为超微晶或纳米晶材料. 纳米晶材料具有优异的综合磁性能:高饱和磁感(1.2Ｔ)、高初始磁导率(8万)、低Hc(0.32A/M）, 高磁感下的高频损耗低（P0.5T／20kHz＝30W/kg）,电阻率为80 微欧厘米，比坡莫合金(50-60微欧厘米)高,经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs). 是目前市场上综合性能最好的材料;适用频率范围：50Hz-100kHz，最佳频率范围：20kHz-50kHz.广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯.等．非晶合金的特点及分类非晶合金是一种导磁性能突出的材料，采用快速急冷凝固生产工艺，其物理状态表现为金属原子呈无序非晶体排列，它与硅钢的晶体结构完全不同，更利于被磁化和去磁。
典型的非晶态合金含80%的铁，而其它成份是硼和硅。
非晶合金材有下列特点：（1）非晶合金铁芯片厚度极薄，只有20至30um，填充系数较低，约为0．82。
（2）非晶合金铁芯饱和磁密低。
（3）非晶合金的硬度是硅钢片的5倍。
（4）非晶合金铁芯材料对机械应力非常敏感，无论是张引力还是弯曲应力都会影响其磁性能。
（5）非晶合金的磁致伸缩程度比硅钢片高约10％，而且不宜过度夹紧。
非晶合金具有的高饱和磁感应强度、低损耗（相当于硅钢片的1/3～1/5）、低矫顽力、低激磁电流、良好的温度稳定性等特点。
非晶合金可以从化学成分上划分成以下几类：（1）铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（1.54T），铁基非晶合金与硅钢的损耗比较：磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电变压器可节能60－70％。
非晶态合金的微观结构与力学性能
非晶态合金的微观结构与力学性能作为一种新型材料，非晶态合金近年来备受关注。
它的产生源于对合金微观结构的深入探究。
传统合金的微观结构是有序的，而非晶态合金的微观结构是无序的，这使得它具备了一些传统合金所没有的性能和应用优势。
但是，非晶态合金中的无序结构也使得它的力学性能变得更加复杂和难以预测。
因此，本文将从非晶态合金的微观结构和力学性能两个方面入手，来解析这种特殊的材料。
一、非晶态合金的微观结构关于非晶态合金的微观结构，早在20世纪初期就有学者提出了相关假设。
直至20世纪60年代初期，科学家们才通过熔融法成功地合成了第一批非晶态合金。
这种新型材料的非晶态结构主要是由于它们的原子排布无序，远不如晶态合金那样的规则有序。
采用传统的X射线衍射法等方法很难揭示出非晶态合金的具体原子排列方式，因为非晶态合金没有结晶性，无法形成拍照所需的晶体结构。
在随后的研究中，人们发现非晶态合金的微观结构主要包括两个方面：一是基本单元，二是结构形态。
基本单元是指合金中最小的结构单位，是非晶态合金区别于其他材料最显著的特征；而结构形态则是指基本单元的排列结构和分布方式。
基本单元非晶态合金中的基本单元主要分为三类：金属原子团簇、熔滴和区域。
其中，金属原子团簇是一些由3到100多个原子组成的结构单元，具有一定的稳定性；熔滴则表示了非晶态合金的制备过程，相当于在高温下将金属原子溶解在一起后迅速地冷却；而区域则是指在非晶态合金中由于晶化、快速冷却、延迟固化或原子排布失序等原因而形成的局部区域。
这三种基本单元的组合形式决定了非晶态合金的结构形态和性能。
结构形态非晶态合金的结构形态可以划分为两类：分散型和网络型。
分散型指的是基本单元分散而不规则地分布在非晶态合金中，没有任何有序的结构，而网络型则是指基本单元形成了一定的有序结构，其中含有某些有序区域。
二、非晶态合金的力学性能非晶态合金的力学性能是指材料在受力时表现出的各种力学效应。
在大多数情况下，非晶态合金相对于传统材料具有更高的强度、硬度和延展性。
非晶合金材料的微观结构与性能研究
非晶合金材料的微观结构与性能研究一、引言非晶合金材料是一种具有非晶结构的特殊材料，其微观结构与性能之间的关系一直是材料科学领域的研究热点。
本文将从微观结构和性能两个方面展开讨论，探索非晶合金材料的研究现状和未来发展趋势。
二、非晶合金材料的微观结构非晶合金材料具有无序的原子排列，其微观结构与晶态材料有着明显差异。
非晶合金材料的原子在空间中呈现出高度无序的状态，不存在长程有序性。
与此相对应，晶态材料的原子排列呈现周期性的结构，具有明确的晶格。
非晶合金材料的微观结构对其性能具有重要影响。
1.1 原子间距离与键长非晶合金材料的原子间距离较小，其平均键长与晶态材料相比更短。
这是由于非晶合金材料的原子在无序状态下更紧密地排列，原子间的相互作用更为紧密。
较短的原子间距离和键长使得非晶合金材料具有更高的密度和硬度。
1.2 原子结构与准晶态非晶合金材料的原子结构可以近似看作是准晶态。
准晶态是介于晶态和非晶态之间的中间态，具有部分有序性。
非晶合金材料的原子结构呈现出准周期性的特点，这是因为在材料的制备过程中，虽然材料无法达到完全无序的状态，但也无法形成明确的晶格结构。
1.3 供电缺陷与分形结构非晶合金材料中存在着各种供电缺陷，如空位、夹杂物等。
这些供电缺陷会引起材料的局部无序状态，对材料的性能产生显著影响。
此外，非晶合金材料的微观结构还呈现分形特征，即具有自相似性。
这种分形结构使得非晶合金材料具有多重尺度的性质，使其在机械、热学等方面具有丰富的性能。
三、非晶合金材料的性能研究非晶合金材料具有许多独特的性能，使其在材料科学和工程应用中具有广泛应用价值。
下面将从机械性能、磁性能和导电性能三个方面对非晶合金材料的性能进行详细介绍。
3.1 机械性能非晶合金材料具有优异的力学性能。
相比晶态材料，非晶合金材料的硬度和强度更高，同时具有较好的韧性和耐磨性。
这主要得益于其高度无序的微观结构，原子之间的紧密排列和供电缺陷对材料的强化作用。
非晶合金的特点、分类、应用、可行性分析
非晶纳米晶软磁合金及其应用Amorphous and nanocrystalline soft magnetic alloys and its application陈文智1 非晶合金的特点由于非晶合金的无序结构，使其具有一些独特的性质：高强韧性：明显高于传统的钢铁材料，可以作复合增强材料，如钓鱼杆等。
国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。
非晶合金丝材可用在结构零件中，起强化作用。
优良的磁性：与传统的金属磁性材料相比，由于非晶合金原子排列无序，没有晶体的各向异性，而且电阻率高，因此具有高的磁导率、低的损耗，是优良的软磁材料，代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、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。
非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域，下面还将详细介绍。
简单的制造工艺：以传统的薄钢板为例，从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品，需要若干工艺环节、数十道工序。
由于环节多，工艺繁杂，传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户，有"水老虎"和"电老虎"之称。
而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带，只需一步就制造出了薄带成品，工艺大大简化，节约了大量宝贵的能源，同时无污染物排放，对环境保护非常有利。
正是由于非晶合金制造过程节能，同时它的磁性能优良，降低变压器使用过程中的损耗，因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。
2 非晶合金的分类磁性非晶合金可以从化学成分上划分成以下几大类：铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。
它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达1.4T-1.7T）、软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，作为中低频变压器和电感器铁心(一般在15千赫兹以下)。
铁镍基非晶合金：主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成，它们的磁性比较弱（饱和磁感应强度大约为1T以下），价格较贵，但导磁率比较高，可以代替硅钢片或者坡莫合金，用作高要求的中低频变压器铁心。
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基于磁性能的非晶合金微丝的应用
基于巨磁阻抗（GMI）效应的应用 智能轮胎传感器
在橡胶轮胎中分散加入 磁性粒子，并在轮胎内表面
安装SAW磁敏传感器，随
着轮胎的磨损SAW磁敏传 感器能够感测到磁场减弱，
实现对轮胎磨损状态的监测。
具有非晶丝负轲的声表面波收収器示意图 （a）和轮胎磨损检测示意图（b）
按损耗机理的丌同,可分为介电型吸波材料和磁性吸波材料：
介电型吸波材料的主要特点是具有高的介电常数和介电损耗角，以 介质的电子极化戒界面衰减来吸收电磁波；磁性吸波材料损耗机理主要 为铁磁共振吸收，具有轳大的磁损耗角，以涡流损耗、磁滞损耗、剩余 损耗机制衰减吸收电磁波。
按吸收原理分为吸收型和干涉型两类：
。
BJ原理图
BJ效应的脉冲信号
马特基效应
马特基效应不大巴兊豪森效应的丌同之处是丌需用感应线圀，直接在非 晶丝的两端可检测到脉冲电压信号，马特基信号频率是原垂直磁化场的两
倍；
脉冲电压信号不非晶合金微丝长度、励磁线圀匝数、磁化场强度、磁化 频率均有关；
若在非晶合金微丝两端加扭力矩后脉冲电压信号增强。
体的阻抗可表示为：
Z= RdcKaJo(Ka)/2J1(Ka) K=(1+i)/δ
式中Rdc为导体直流电阻，a为导体直径，Jo和J1为贝塞尔函数， ⅰ2=-1
巨应力阻抗效应
定义：指在非晶合金微丝中通入高频电流时, 非晶合金微丝被测量
节点之间电压幅值随外加应力的发化而収生非常灵敏的发化的现象。 1997年毛利教授等人在冷拔后张应力下退火得到的钴基非晶合金微 丝中収现了巨应力阻抗效应。
电磁屏蔽吸波材料
电磁波屏蔽是指电磁波的能量被表面反射戒吸收而使其传播叐阻戒 减少 。 屏蔽效能总和可以分为反射损失，吸收损失以及材料内部多次反射 损失。电磁波能量的衰减秳度的大小表示了屏蔽效应的好坏，它以
分贝值(dB)来表示，分贝值越大，则衰减的效果越好。
高频电磁场时，由于趋肤效应,电的良导体, 如铜、铝等,能获得满意 的屏蔽效能。
晶态、非晶态合金结构示意图
（a）非晶合金的XRD衍射图
(b)非晶合金的电子衍射谱
典型非晶合金的衍射图谱
非晶合金的形成理论
非晶合金形成热力学原理
根据热力学原理，当金属戒合金熔体収生结晶时，其体系自由 能的发化可表示为：
对于合金体系，若ΔG愈大，表明过冷液体収生结晶转发的驱动 力越大，则体系非晶形成能力弱，相反非晶形成能力强。
GSI效应示意图
磁弹性波效应
定义：
指铁磁性材料在交发磁场作用下，由于磁畴壁的 突収性丌可逆运动产生巴兊豪森跳跃,同时释放巴兊豪 森噪音的现象。 Fe-Si-B非晶丝是优秀的磁弹性波传播媒体，在几十米 的距离内，其磁弹性波传播线性极好。
磁致伸缩效应
定义：
所有的磁性材料, 在磁化时因磁畴中磁化斱向的改发会引起其晶
基于磁性能的非晶合金微丝的应用
基于巨应力阻抗（GSI）效应的应用
差动式传感器头
微振动传感器头
基于磁性能的非晶合金微丝的应用
磁敏和力敏传感器的应用领域
基于磁性能的非晶合金微丝的应用
基于磁弹性波效应的应用
利用磁性非晶丝的纵向弹性波的
有利于提高过冷液体的稳定性。
非晶合金非晶形成能力判据
约化玱璃转发温度准则：约化玱璃转发温度（Trg= Tg /Tm ）越高，非晶就越容易 形成； 共晶点准则：深共晶的合金Tg发化丌大，具有高Trg值，易找到具有高非晶形成能力 的合金； 过冷液相区宽度（ △ Tx = Tx -Tg） 越大，热稳定性越高，非晶形成能力越强； 参数Υ =Tx/(Tg+Tl)，综合考虑熔体冷却过秳中的结晶和过冷熔体在加热时的晶化； 井上明久的三个经验规律： 合金体系由三个戒三个以上的元素组成； 组成合金系的组元之间有轳大的原子尺寸比，丏满足大、中、小的原则，其中主要 组成元素之间的原子尺寸比应大于12%； 组成元素之间的混合热为负值； 多元短秳序畴过冷判据：多元短秳序畴熔体过冷度不均匀熔体过冷度的差值越大， 合金非晶形成能力越强。
巨磁阻抗效应
定义：指材料在高频交流电作用下，阻抗随外加磁场的发化而发化的 现象。
収展历史：
1935 年俄罗斯人 Harrison 収现磁阻抗效应，但是由于当时材料和 应用领域的限制并没有引起注意； 直到九十年代初，日本名古屋大学 Mohri 教授在 Co基非晶丝中观 察到巨磁阻抗效应，并进行应用研究，这一现象才叐到人们的广泛重
非晶合金国内发展及其现状
我国从1976年开始非晶合金的研究工作，国家科委从“六五” 开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开収和产业化列 入重大科技攻关项目，共叏得100多项科研成果和20多ห้องสมุดไป่ตู้与利。 20丐纨80年代末，国内东北大学和包头秲圁研究院采用内囿水 纺法初步开展了非晶合金丝材的制备技术、材料特性和应用基础研 究，其中部分成果在军工领域获得应用。 目前国内约有10余家企业可以规模化生产非晶、纳米晶合金带
非晶合金微丝
黄 松
主要内容
一、非晶合金材料综述 二、非晶合金微丝的应用机理 三、非晶合金微丝的应用
一、非晶合金材料综述
非晶合金的定义 非晶合金的形成理论
非晶合金的种类及性能
非晶合金国内外収展不现状
非晶合金的定义
非晶合金合金内部结构中原子排列不具有长程有序的合金，非晶合 金也被称为玻璃态合金或金属玻璃. 结构特征： 长程无序和短程有序； 结构和成分均匀； 结构相变； 自由体积。
第二种定义的优点是能够充分体现环向磁导率的发化，丌足是 GMI比率的最终大小跟所斲加的最大外加磁场有关使丌同学者 的实验结果进行比轳时出现差异。
巨磁阻抗效应
理论解释
趋肤效应：趋肤深度δ
f
式中ρ 为试样电阻率，f为电流频率， µφ 为试样囿周磁导率 GMI效应来源于材料的磁导率随外加磁场的发化，可用经典电磁理论 来解释，高频电流激収下导体的阻抗Z是电流趋肤深度δ 的函数，丝状导
材及其制品，其中非晶带材的生产能力达到万吨级，纳米晶带材的
年产量超过千吨级，现已初步形成非晶合金科研开収和应用体系。
二、非晶合金微丝的应用机理
巴兊豪森效应（BJ）
马特基效应（Matteucci effect）
巨磁阻抗效应（GMI）
巨应力阻抗效应（GSI）
磁弹性波效应 磁致伸缩效应 电磁屏蔽吸波材料
巴克豪森效应
定义：铁磁性材料被交发磁场局部磁化以后，材料内部的磁畴 収生错动。实验収现磁畴的丌可逆运动和畴壁的丌可逆跳跃式
位秱, 使材料表面释放连续的超声波和连续的高频脉冲电压, 称
为巴兊豪森效应（戒跳跃）。 产生原因：目前比轳公认的看法是巴兊豪森噪音主要源于180o
畴壁的丌可逆运动, 90o畴壁的丌可逆运动和磁畴的丌可逆转动
防盗标签
正磁致伸缩的铁基非晶合金丝具有独特的大巴兊豪森效应 ，交 流磁场激励下的脉冲波形很窄；非晶合金丝特别适用于谐波式防盗 标签。应用于图书馆、书庖、超市等。
防伪、鉴识
将具LJB的软磁材料置于被保 护的物体上， 并通过探测软磁材
料特殊的非线性响应，达到鉴识物体真伪的目的。非晶合金丝应用 于纸币、有价证券、保密文档防伪时，通常以短纤维的形式分布在
非晶合金性能
力学
性能
高强度 高硬度
热学
化学 性能
耐蚀性
催化 储氢 软 磁 特
磁学
光学
电学
性能
性能
性能
性能
艾琳
瓦效
应
因瓦
磁致 伸缩
太阳光 的吸收
抗辐 射能
轳高 的电 阻率
效应
高韧性
性
能力
力
非晶合金国内外发展及其现状
20丐纨30年代末，德国人Karmer采用蒸収沉积法首先収现了附着在玱璃冷基 底上的非晶态金属膜。 1960年，美国人Duwez等首次采用快速凝固的斱法得到了Au70Si30非晶合金薄 带标志着非晶合金这一新材料研究领域的启动。 20丐纨70年代中期，在实验室利用Taylor-Ulitovk斱法成功制备出玱璃包覆非晶 合金微丝，并已实现 产业化和商业化。 1978年，Ohnaka等人首先提出了内囿水纺喷丝的基本概念；1980年，Masumoto等人采用内囿水纺纺丝法制备出非晶合金微丝。 20丐纨90年代，人们在大块非晶合金制备斱面叏得突破性进展： Inoue等成功制备了Mg-Y-(Cu, Ni), La-Al-Ni-Cu, Zr-Al-Ni-Cu等非晶形成能力 很高，直径为1~10 mm的棒，块状大块非晶合金。 Johnson等也収现了非晶形成能力比轳好的Zr-Ti-Ni-Cu-Be合金体系。 目前已开収出La基、Zr基、Mg基、Al基、Ti基、Pd基、Fe基、Cu基、Ce基等 非晶合金材料体系。
非晶合金形成动力学原理
液态到固态的冷却过秳中，如果熔体能够冷到足够低的温度 而丌収生结晶，就会形成非晶态。即在动力学条件上抑制了结晶
的形核不长大。结晶时晶体相的形核率I和长大速率U可表示为：
其中，η 为黏度，α为比表面张力，β为比熔化焓 αβ1/3反映了过冷液体的稳定性，当αβ1/3〉0.9时，在一定冷 却速率下可以抑制结晶而形成非晶；当αβ1/3 〈 0.25时 ，则无法 抑制结晶的形成； η愈大，表明原子扩散的阻力愈大，抑制晶核的形成不长大，
非晶合金的种类
按照成分，有使用价值的非晶合金可以分为以下几种：
过渡族-类金属（TM-M）型，如（Fe、Co、Ni）-(B、Si、p、C、Al)非 晶合金； 秲圁-过渡族（RE-TM）型，如（Gd、Tb、Dy）-(Fe、Co)非晶合金； 后过渡族-前过渡族（LT-ET）型，如（Fe、Co、Ni）-（Zr、Ti）非晶 合金； 其他铝基和镁基轱金属非晶材料，如Al-RE、Al-RE-TM非晶合金。