非晶合金材料ppt课件
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7非晶态金属材料PPT课件
四、非晶态合金的种类
按组成元素不同分为两类 ▪ 金属+金属型非晶态合金
主要是含Zr,如Cu(Fe、Ni、Pd、Co等)-Zr等。 ▪ 金属+类金属型非晶态合金
过渡族金属与Si/B/P/C等类金属组成的二元和三元 或多元非晶合金。
类金属的加入增加金属形成非晶结构的稳定性
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四、非晶态合金的种类
▪ 国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一 类。
▪ H2SO4溶液中：Fe-Cr非晶态合金的腐蚀率是不锈 钢的千分之一左右。
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五、非晶态合金的特点及应用
▪ 非晶态合金表面能高,高的活性和较强的活化能力， 对某些化学反应具有明显的催化作用，可以用作化 工催化剂。
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五、非晶态合金的特点及应用
某种非晶态合金通过化学反应可以吸收和释放出 氢，可以用作储氢材料。 有些非晶合金储氢后非晶态结构稳定，但原子间 距膨胀； 有的非晶储氢后变为晶态。由于吸氢反应时放热 的，由于发热使非晶升温产生晶化。
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五、非晶态合金的特点及应用
▪ b. 特殊的电学性能 非晶态合金电阻率高,一般为晶态的2~5倍,在变压
器铁芯材料中利用这一特点可降低铁损。 目前,人们对非晶态合金电学性能及其应用方面的
了解相对较少,尚有待进一步研发。
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五、非晶态合金的特点及应用
▪c.优良的磁性：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，因此具有高的导磁率、 低矫顽力、低的损耗，是优良的软磁材料，代替硅钢 和铁氧体等作为变压器铁芯，可以大大提高变压器效 率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。 ▪目前研究最深入、应用最广泛、最引人注目的新型功 能材料。
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五、非晶态合金的特点及应用
非晶合金变压器概述ppt课件
例子 食盐、钻石、普通的钢铁 液体、气体、玻璃、塑料
4
非晶合金简介
非晶合金的形成
1-2 非晶合金的形成
通常情况下金属或合金在液态凝固成固态时，原子总是从液体的无序 排列转变成整齐有序的排列，即成为晶体；
如果金属或合金的凝固速度非常快，原子来不及整齐排列便被冻结住了， 最终的原子排列方式类似于液体，是无序的，这就是非晶合金；
单一金属要形成非晶必须要有极高的冷却速度。由于目前工艺水平的限 制，实际生产中难以达到如此高的冷却速度，也就是说，普通的单一的金
属难以从生产上制成非晶。
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非晶合金简介
1-2 非晶合金的形成
为了获得非晶态的金属，一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不 同的几种物质搭配混合后，就形成了合金。它们的熔点远低于纯金属，在冷
声压级 dBA
某厂SCBH15-1250/10 非晶合金变压器噪声频谱图
60
50
40
30
20
10
00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
频率 Hz
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3、非晶合金变压Biblioteka 优势17非晶合金变压器的优势
节能
空载损耗降低 70%，投资回收 期短，显著降低
运行费用
机械强度高，永不开裂 介电常数低，电场分布均
匀，局放低
过载能力 长期安全负载120%，最大 150%
启动风机可短时过载
长期安全负载120%，最大 150%
环境 无可燃性树脂/无毒
环 保 寿命期后 可回收
维修
可维修
燃烧时释放卤化烃有毒气 体
不可回收 不可维修
无可燃性树脂/无毒
非晶带材的应用PPT幻灯片课件
铁氧体是深灰3色或黑色陶瓷材料，质地硬且脆，化学性质稳定；成分
为氧化铁和金属组成MeFe2O3，Me表示一种或几种二价过渡金属，如Mn 、Zn、Ni、Co、Cu、Fe或Mg；最普通为（Mn、Zn）或（Ni、Zn），将
这些金属粉末加4入适当粘接剂均匀混合成型，在1000℃以上烧结，形成
各种形状铁芯。铁氧体初始磁导率较低，磁化曲线具有缓慢饱和特性； 这种逐渐饱和特性对于推挽型变换器的变压器有利，可以减少磁偏的影 响。
为使产品得到更高的性价比，再结合非晶、纳米晶带材各自的性能特点，选用时 应遵循如下原则。 1、按频率划分 铁基非晶与纳米晶带材的最佳使用频率不同，纳米晶带材相对于非晶带材具有更 好的频率特性，其在较高频率（２０～１００ｋＨｚ）下的磁导率是非晶带材的 ２０～３０倍，且损耗仅约为非晶带材的１／２５，因此纳米晶带材更适用于工 作频率较高的产品，如高频变压器、高频变换器、高频扼流圈、电流互感器、漏 电保护开关、共模电感铁芯等，纳米晶带材的最佳频率范围为２０～５０ｋＨｚ。 而非晶带材与硅钢等软磁材料相比具有更高的磁导率和更低的损耗，因此，适用 于频率在１０ｋＨｚ以下的产品，如配电变压器、发电机、大功率开关电源、脉 冲变压器及逆变器铁芯等，用于取代硅钢等软磁材料。 2、按磁性能划分 铁基非晶带材加纵磁退火处理后性能优势显著，具有激磁功率小、磁导率高、所 需饱和磁场小、低频损耗低等特点，适用于配电变压器、发电机等铁芯工作在接 近饱和区、频率较低的电器设备。而纳米晶带材加横磁退火处理后性能优势显著， 具有初始磁导率高、高频特性好等特点，适用于铁芯工作在起始的一段磁化曲线 上的高频电子电讯类产品。因此，结合产品及材料的应用特点，非晶带材适合于 加纵磁退火处理后使用，纳米晶带材更适合于加横磁退火处理后使用。
由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固 态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶 合金，被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的 性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的 电阻率和机电耦合性能等。
为氧化铁和金属组成MeFe2O3，Me表示一种或几种二价过渡金属，如Mn 、Zn、Ni、Co、Cu、Fe或Mg；最普通为（Mn、Zn）或（Ni、Zn），将
这些金属粉末加4入适当粘接剂均匀混合成型，在1000℃以上烧结，形成
各种形状铁芯。铁氧体初始磁导率较低，磁化曲线具有缓慢饱和特性； 这种逐渐饱和特性对于推挽型变换器的变压器有利，可以减少磁偏的影 响。
为使产品得到更高的性价比，再结合非晶、纳米晶带材各自的性能特点，选用时 应遵循如下原则。 1、按频率划分 铁基非晶与纳米晶带材的最佳使用频率不同，纳米晶带材相对于非晶带材具有更 好的频率特性，其在较高频率（２０～１００ｋＨｚ）下的磁导率是非晶带材的 ２０～３０倍，且损耗仅约为非晶带材的１／２５，因此纳米晶带材更适用于工 作频率较高的产品，如高频变压器、高频变换器、高频扼流圈、电流互感器、漏 电保护开关、共模电感铁芯等，纳米晶带材的最佳频率范围为２０～５０ｋＨｚ。 而非晶带材与硅钢等软磁材料相比具有更高的磁导率和更低的损耗，因此，适用 于频率在１０ｋＨｚ以下的产品，如配电变压器、发电机、大功率开关电源、脉 冲变压器及逆变器铁芯等，用于取代硅钢等软磁材料。 2、按磁性能划分 铁基非晶带材加纵磁退火处理后性能优势显著，具有激磁功率小、磁导率高、所 需饱和磁场小、低频损耗低等特点，适用于配电变压器、发电机等铁芯工作在接 近饱和区、频率较低的电器设备。而纳米晶带材加横磁退火处理后性能优势显著， 具有初始磁导率高、高频特性好等特点，适用于铁芯工作在起始的一段磁化曲线 上的高频电子电讯类产品。因此，结合产品及材料的应用特点，非晶带材适合于 加纵磁退火处理后使用，纳米晶带材更适合于加横磁退火处理后使用。
由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固 态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶 合金，被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的 性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的 电阻率和机电耦合性能等。
非晶态合金
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非晶态合金
3.分类
研究表明，这种三元合金形成非晶态要比对应的二元合 金容易得多。
此外，IVB和VIB族金属与类金属也可以形成非晶态合 金，其中类金属元素的含量一般在15％~30％(原子百分 比)。如TiSi15~20，(W，Mo)70Si20B10， Ti50Nb35Si15，Re(铼) 65Si35，W60Ir(铱)20B20等。
无序密堆硬球模型是由贝尔纳提出，用于研究 液态金属的结构。贝尔纳发现无序密堆结构仅由五 种不同的多面体组成，如图4-3，称为贝尔纳多非晶态合金
4.非晶态合金的结构
在无序密堆硬球模型中，这些多面体作不规则 的但又是连续的堆积，该模型所得出的双体分布函 数与实验结果定性相符，但细节上也存在误差。随 机网络模型的基本出发点是保持最近原子的键长、 键角关系基本恒定，以满足化学键的要求。该模型 的径向分布函数与实验结果符合得很好。
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非晶态合金
4.非晶态合金的结构
为了进一步了解非晶态的结构，通常在理论 上把非晶态材料中原子的排列情况模型化，其模 型归纳起来可分两大类。一类是不连续模型，如 微晶模型，聚集团模型；另一类是连续模型，如 连续无规网络模型，硬球无规密堆模型等。
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非晶态合金
4.非晶态合金的结构
VL/V= πISU3t4/3
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非晶态合金
5. 非晶态固体的形成规律
这时，常以VL/V=10-6为判据，若达到此值，
析出的晶体就可以检验出；若小于此值，结晶可 以忽略，形成非晶态。利用这些数据，还可以绘 制出所谓时间（Time）温度（Temperature）转
变(Transation)的所谓“三T曲线”。从而估算
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
晶
体
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
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。
其缺点是合金化所需时间较长,因而生产效率较低。
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16
3、英语文献
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17
前言
• MA机理：混合粉末在容器中经历一个个变形、冷 焊与断裂的过程，从而产生一种复合结构，这种 复合结构在后续的球磨过程 中不断地被细化，成 为纳米级大小，于是不同组分之间就会相互扩散， 从而形成非 晶合金。
1974年Chen在约103K/s的冷却速度条件下 用Pd-Cu-Si 熔体首次得到毫米级直径的非晶。
•20世纪80年代， Turnbull等采用氧化物包覆技术以10K/s 的速度制备出厘米级的Pd-Ni-P非晶。
2003年 ， 美国橡树岭国家实验室 Lu 和Liu使 Fe基 非晶的尺寸从过去的毫米推进到厘米级， 最大直径可达12mm。
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2.3 溅射、气相沉积法
溅射是用离子把原子打出来,而气相沉积法是利用热 能让原子逸出来,两者都是在基板上把逸出来的原子沉 积固定在基板表面上。以108 K/s 冷却速度冷却,可以得 到薄膜,很容易获得非晶态。
由于沉积固化机构是一个原子接一个原子排列堆 积起来的,所以,长大速度很慢,在实用上存在困难,然而, 大规模集成电路中用的非晶态薄膜已得到应用。
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10
气体雾化法
通过高速气体流冲击金属液流使
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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。
其缺点是合金化所需时间较长,因而生产效率较低。
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3、英语文献
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前言
• MA机理：混合粉末在容器中经历一个个变形、冷 焊与断裂的过程，从而产生一种复合结构，这种 复合结构在后续的球磨过程 中不断地被细化，成 为纳米级大小，于是不同组分之间就会相互扩散， 从而形成非 晶合金。
1974年Chen在约103K/s的冷却速度条件下 用Pd-Cu-Si 熔体首次得到毫米级直径的非晶。
•20世纪80年代， Turnbull等采用氧化物包覆技术以10K/s 的速度制备出厘米级的Pd-Ni-P非晶。
2003年 ， 美国橡树岭国家实验室 Lu 和Liu使 Fe基 非晶的尺寸从过去的毫米推进到厘米级， 最大直径可达12mm。
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2.3 溅射、气相沉积法
溅射是用离子把原子打出来,而气相沉积法是利用热 能让原子逸出来,两者都是在基板上把逸出来的原子沉 积固定在基板表面上。以108 K/s 冷却速度冷却,可以得 到薄膜,很容易获得非晶态。
由于沉积固化机构是一个原子接一个原子排列堆 积起来的,所以,长大速度很慢,在实用上存在困难,然而, 大规模集成电路中用的非晶态薄膜已得到应用。
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气体雾化法
通过高速气体流冲击金属液流使
非晶合金材料ppt课件.ppt
当温度升高时，必然有向低能量转化的趋 势，产生晶化。
非晶形成能力及主要参数
非晶态的形成 ❖ 抑制熔体中的形核和长大，保持液态结构 ❖ 使非晶态亚稳结构在一定温度范围内保持稳 定，不向晶态转化 ❖ 在晶态固体中引入或造成无序，使晶态转变 为非晶态
非晶的主要参数：
Rc：非晶形成临界冷却速度 tmax ：非晶形成临界厚度 玻璃转变温度 Tg和熔点 Tm， Tg/Tm ：约化玻璃转变温度 结晶温度 Tx ΔTx=Tx-Tg ：过冷液体温度区间
不同成分非晶态金属临界冷却速度在102-107K/s间变化，多数非 晶态合金在105-106K/s的冷却速度下制得
非晶形成能力：
1990年前发现的Fe基、Co基、Ni基非晶合金的临 界冷却速度Rc大于105K/s，厚度tmax限制在50μm以下，
而Pd-Ni-P和Pt-Ni-P 的Rc 在103K/s 数量级，熔体 未经净化处理条件下tmax为1-3mm
Pd-Ni-Fe-P
Fe-(Al,Ga)(P,C,B,Si,Ge)
Fe-(Nb,Mo)(Al,Ga)-(P,C,B,Si)
Fe-(Zr,Hf,Nb)-B Co-Zr,Hf,Nb)-B Ni-Zr,Hf,Nb)-B
年代
1997 1995 1995 1996 1996 1996
非晶态材料的结构特性
晶体
非晶合金的性能
1.良好的力学性能 非晶态金属的结构在宏观上是各向同性的，没有晶态金属 中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀。这样就使得非晶 态金属既可以具有很高的强度和硬度，同时又能在室温下 产生塑性变形。 与结晶合金相比，非晶合金具有较高的拉伸强度和显微硬 度，较低的杨氏模量。在杨氏模量相同的情况下，非晶合 金的拉伸强度和显微硬度约为结晶合金的3倍
非晶形成能力及主要参数
非晶态的形成 ❖ 抑制熔体中的形核和长大，保持液态结构 ❖ 使非晶态亚稳结构在一定温度范围内保持稳 定，不向晶态转化 ❖ 在晶态固体中引入或造成无序，使晶态转变 为非晶态
非晶的主要参数：
Rc：非晶形成临界冷却速度 tmax ：非晶形成临界厚度 玻璃转变温度 Tg和熔点 Tm， Tg/Tm ：约化玻璃转变温度 结晶温度 Tx ΔTx=Tx-Tg ：过冷液体温度区间
不同成分非晶态金属临界冷却速度在102-107K/s间变化，多数非 晶态合金在105-106K/s的冷却速度下制得
非晶形成能力：
1990年前发现的Fe基、Co基、Ni基非晶合金的临 界冷却速度Rc大于105K/s，厚度tmax限制在50μm以下，
而Pd-Ni-P和Pt-Ni-P 的Rc 在103K/s 数量级，熔体 未经净化处理条件下tmax为1-3mm
Pd-Ni-Fe-P
Fe-(Al,Ga)(P,C,B,Si,Ge)
Fe-(Nb,Mo)(Al,Ga)-(P,C,B,Si)
Fe-(Zr,Hf,Nb)-B Co-Zr,Hf,Nb)-B Ni-Zr,Hf,Nb)-B
年代
1997 1995 1995 1996 1996 1996
非晶态材料的结构特性
晶体
非晶合金的性能
1.良好的力学性能 非晶态金属的结构在宏观上是各向同性的，没有晶态金属 中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀。这样就使得非晶 态金属既可以具有很高的强度和硬度，同时又能在室温下 产生塑性变形。 与结晶合金相比，非晶合金具有较高的拉伸强度和显微硬 度，较低的杨氏模量。在杨氏模量相同的情况下，非晶合 金的拉伸强度和显微硬度约为结晶合金的3倍
非晶态合金性能与应用课件
总结词
非晶态合金具有优异的导热性和绝缘性，这使得它在电子封装领域具有广泛的应用。例如，非晶态合金可以作为电子设备的散热器，有效地将电子元件产生的热量传导出去，保持电子设备的稳定运行。此外，由于其良好的绝缘性能，非晶态合金也可以用作电子元件的绝缘材料，提高电子设备的电气性能中主要应用于制造高性能的发动机零部件，如气缸套和曲轴等，以提高发动机的性能和寿命。
特性
非晶态合金的形成需要快速冷却，以避免原子或分子形成有序的晶体结构。
常见的制备方法包括气相沉积、溅射、熔融纺丝等。
制备方法
形成
历史
非晶态合金的研究始于20世纪30年代，但直到20世纪70年代才开始受到广泛关注。
发展
近年来，随着材料科学和工程技术的不断进步，非晶态合金的应用领域不断扩大，成为新材料领域的研究热点。
抗疲劳性能
尽管非晶态合金的韧性较低，但它们在冲击和振动作用下仍能保持较好的稳定性。
韧性
非晶态合金具有较高的强度和塑性，这使得它们在结构材料和功能材料等领域有潜在应用。
强度与塑性
非晶态合金的热稳定性较差，在温度升高时容易发生晶化，导致其性能下降。
热稳定性
非晶态合金的热膨胀系数较低，这使得它们在高温环境下具有较好的尺寸稳定性。
要点一
要点二
详细描述
非晶态合金具有高强度、高硬度和良好的耐磨性等特点，这使得它在制造高性能的发动机零部件方面具有优势。例如，使用非晶态合金制造的气缸套和曲轴等部件具有更长的使用寿命和更好的耐磨性能，可以提高发动机的效率和可靠性。此外，非晶态合金的制造工艺简单，成本较低，也有利于降低汽车制造成本。
总结词
02
CHAPTER
非晶态合金的性能
非晶态合金通常具有较高的磁导率和较低的矫顽力，使其在磁记录、变压器和传感器等领域具有广泛应用。
非晶态合金具有优异的导热性和绝缘性，这使得它在电子封装领域具有广泛的应用。例如，非晶态合金可以作为电子设备的散热器，有效地将电子元件产生的热量传导出去，保持电子设备的稳定运行。此外，由于其良好的绝缘性能，非晶态合金也可以用作电子元件的绝缘材料，提高电子设备的电气性能中主要应用于制造高性能的发动机零部件，如气缸套和曲轴等，以提高发动机的性能和寿命。
特性
非晶态合金的形成需要快速冷却，以避免原子或分子形成有序的晶体结构。
常见的制备方法包括气相沉积、溅射、熔融纺丝等。
制备方法
形成
历史
非晶态合金的研究始于20世纪30年代，但直到20世纪70年代才开始受到广泛关注。
发展
近年来，随着材料科学和工程技术的不断进步，非晶态合金的应用领域不断扩大，成为新材料领域的研究热点。
抗疲劳性能
尽管非晶态合金的韧性较低，但它们在冲击和振动作用下仍能保持较好的稳定性。
韧性
非晶态合金具有较高的强度和塑性，这使得它们在结构材料和功能材料等领域有潜在应用。
强度与塑性
非晶态合金的热稳定性较差，在温度升高时容易发生晶化，导致其性能下降。
热稳定性
非晶态合金的热膨胀系数较低，这使得它们在高温环境下具有较好的尺寸稳定性。
要点一
要点二
详细描述
非晶态合金具有高强度、高硬度和良好的耐磨性等特点，这使得它在制造高性能的发动机零部件方面具有优势。例如，使用非晶态合金制造的气缸套和曲轴等部件具有更长的使用寿命和更好的耐磨性能，可以提高发动机的效率和可靠性。此外，非晶态合金的制造工艺简单，成本较低，也有利于降低汽车制造成本。
总结词
02
CHAPTER
非晶态合金的性能
非晶态合金通常具有较高的磁导率和较低的矫顽力，使其在磁记录、变压器和传感器等领域具有广泛应用。
1K107非晶纳米晶材料及应用ppt课件
铁氧体
❖ 组成：铁氧体是由铁的氧化物及其他配料烧结而成。一般 可分为永磁铁氧体、软磁铁氧体和旋磁铁氧体三种。软磁 铁氧体是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物（例 如：氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶 等）配制烧结而成。
❖ 性能：具有低饱和磁感应强度（0.5T），低矫顽力，高电 阻率和较低的居里温度，所以软磁铁氧体的温度稳定性不 理想。
1K105
Fe-Si-B-Cr(及其他元素)快淬软磁 铁基合金
1K205
1K106
高频低损耗Fe-Si-B快淬软磁铁基合 金
1K206
1K107
1K501
高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B快淬软磁
铁基纳米晶合金
1K502
高起始磁导率快淬软磁钴基合金 淬态高磁导率软磁钴基合金 Fe-Ni-P-B快淬软磁铁镍基合金 Fe-Ni-V-Si-B快淬软磁铁镍基合金
❖ 性能：具有优异的综合磁性能，高饱和磁感、高初始磁 导率、低Hc，高磁感下的高频损耗低，电阻率比坡莫合 金高。经纵向或横向磁场处理，可得到高Br或低Br 值。 是目前市场上综合性能最好的材料。
❖ 应用：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、电流 互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯等电磁转换 功能的元器件中。
变压器/电磁器件工作原理—电磁互感
i1
U1
u1
e1
U2
Φ
i2
u1
e2 u2 Z L
u2
通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：
电能 → 磁场能 → 电能转化
(U1、I1) (变化的磁场)
( U2、I2)
软磁材料铁芯发展
电力变压器
非晶合金微丝.正式版PPT文档
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、纳米晶合金研究开发和产业化列 入重大科技攻关项目，共取得100多项科研成果和20多项专利。
20世纪80年代末，国内东北大学和包头稀土研究院采用内圆水 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。
非晶合金非晶形成能力判据
约化玻璃转变温度准则：约化玻璃转变温度（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变化不大，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程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： ➢ 合金体系由三个或三个以上的元素组成； ➢ 组成合金系的组元之间有较大的原子尺寸比，且满足大、中、小的原则，其中主要
非晶合金微丝
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 ➢ 非晶合金国内外发展与现状
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：
非晶合金形成动力学原理
液态到固态的冷却过程中，如果熔体能够冷到足够低的温度 而不发生结晶，就会形成非晶态。即在动力学条件上抑制了结晶 的形核与长大。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，抑制晶核的形成与长大， 有利于提高过冷液体的稳定性。
第六讲 非晶合金01
非晶Fe基带材年代中期。 • 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。
13
• 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；
• 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
3
• 1970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(metallic glass)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。
12
• 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(晶化温度)后，发生稳定化转变，形成 晶态合金。
第六讲 非晶合金 Amorphous Alloy
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。
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• 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；
• 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
3
• 1970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(metallic glass)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。
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• 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(晶化温度)后，发生稳定化转变，形成 晶态合金。
第六讲 非晶合金 Amorphous Alloy
非晶合金的形成机制与制备方法 ppt课件
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五、非晶态合金箔、带的制备方法（液体急冷法）
1. 喷射枪法： ➢ 在低压惰性气氛保护下熔
融合金，获得合金液体；
➢ 用高压氩气将合金液体喷 射到钢板上，获得非晶态 合金箔片。
➢ 冷却速率：109 K/s.
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2. 活塞-砧法
熔融状态合金液滴在活 塞与砧的撞击下形成圆 形箔片非晶态合金。
➢ 熔点和玻璃化温度之差T ：T =Tm-Tg ，T越小，形 成非晶倾向越大。 因而，成分位于共晶点附近的合金易 于形成非晶.
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二、非晶态形成的判据
1. 戴维斯判据
设合金的熔点为Tm, 混合熔点为Tm',定义J= (Tm-Tm')/Tm 为熔点的相对偏移，则戴维斯判据可叙述为： 当J>0.2时，合金可在105-107 K/s下形成非晶态合金。
积的非晶薄膜。
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立 式 C V D 装 置 卧式CVD装置
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四、非晶态合金粉末的制备
1. 气体雾化法：
2. 液体雾化法：
➢ 用超声气流将金属液吹成 采用液体作为冷却介质。
小滴而雾化，气流又起到 淬火冷却剂的作用。
冷却速度较高。
颗粒形状不规则。 ➢ 冷却速度决定于金属液滴
箔片厚度尺寸均匀，通 常厚度小于50μm。
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3. 离心法
采用管式炉或高频感应炉熔化石英管 中的合金； 将石英管降至旋转的圆筒中，并通入 高压气体迫使熔体流经石英管低部的小 孔（直径0.02-0.05cm)喷射到圆筒内壁; 同时，缓慢提升石英管可得螺旋状带 条。 冷却速度：106 K/s.
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非晶的主要参数：
Rc：非晶形成临界冷却速度 tmax ：非晶形成临界厚度 玻璃转变温度 Tg和熔点 Tm， Tg/Tm ：约化玻璃转变温度 结晶温度 Tx ΔTx=Tx-Tg ：过冷液体温度区间
不同成分非晶态金属临界冷却速度在102-107K/s间变化，多数非 晶态合金在105-106K/s的冷却速度下制得
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非晶形成能力：
1990年前发现的Fe基、Co基、Ni基非晶合金的临 界冷却速度Rc大于105K/s，厚度tmax限制在50μm以下，
而Pd-Ni-P和Pt-Ni-P 的Rc 在103K/s 数量级，熔体 未经净化处理条件下tmax为1-3mm
近年Mg、Ln、Zr、Fe、Pd、Co基合金系中发现 了新的多元非晶合金Rc 低至10-1K/s ，最大试样厚度 达到72mm
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下表为典型块状非晶合金及其开发年代
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非晶态材料的结构特性
晶体
固体
非晶体
质点在三维空间作有规则的排列， 即远程有序
质点在三维空间排列没有规律性， 即远程无序， 不排除局部区域可能存在规则排列， 即近程有序
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图1 气体、熔体、玻璃和晶体的X射线衍射图
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ห้องสมุดไป่ตู้
晶体：有序结构，当晶面满足布拉维衍射条件时，便
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非晶合金的性能
1.良好的力学性能 非晶态金属的结构在宏观上是各向同性的，没有晶态金属 中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀。这样就使得非晶 态金属既可以具有很高的强度和硬度，同时又能在室温下 产生塑性变形。 与结晶合金相比，非晶合金具有较高的拉伸强度和显微硬 度，较低的杨氏模量。在杨氏模量相同的情况下，非晶合 金的拉伸强度和显微硬度约为结晶合金的3倍
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经验原则
随着约化玻璃转变温度Tg/Tm的提高，非晶形成 能力有明显提高趋势，具有较低临界冷却速度Rc和 较大临界厚度tmax的合金，Tg/Tm的值超过0.6
随着过冷液体温度区间ΔTx的提高， Rc降低而临 界厚度tmax增大
Zr-Al-Ni-P 和 Pd-Cu-Ni-P 非 晶 合 金 的 ΔTx 的 值 超 过 100K
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3.非晶态合金的物理性能 非晶合金具有良好的磁学性能，非晶合金因矫顽力小、 导磁率高、铁损小和非常适用于制作变压器、电磁开关、 磁放大器等的磁芯。非晶合金可屏蔽外来电磁场对高分 辨率电子显微镜的干扰;利用其优异的磁性能制作各种磁 记录头和磁光光盘等。 非晶态材料电学性能方面展现出许多优于品态的特点， 如非晶态合金具有比晶态合金大10一100倍的高电阻率。 部分非晶态合金还具有超导特性。
非晶合金材料
非晶合金的发展历史 1960年Duwez等人采用Au-Si合金首次制备非晶相 二元非晶系合金一般是由过渡族金属或贵金属和玻璃化非 金属或类金属组成如Fe、Ni、Co等和B、Si、C、P等，玻 璃化元素原子百分比为15-30％ 主要的非晶合金系有： 贵金属基、铁基、钴基、镍基、钛基、锆基、铌基、钼基 镧系金属基、铝基、镁基合金等
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它的强度和硬度比现有的许多晶态金属高， 能高达每平方毫米4000牛顿，超过了超高硬度工 具钢，同时还具有相对较高的韧性。
非晶合金的拉伸塑性较低，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。
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2.良好的化学性能 非晶态合金比相同成分的晶态合金具有强得多的耐腐 蚀性能，如Fe43Cr16Mo16C18B8非晶合金的耐腐蚀性可比 不锈钢高一万多倍。 由于非晶态材料的显微组织均匀，不包含位错、晶界 等缺陷，使腐蚀液不能入侵。 同时，非晶态合金自身的活性很高，能够在表面迅速 的形成均匀的钝化膜，或一旦钝化膜局部破裂也能够 及时修复。
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Zr-Al-Ni-P 和 Pd-Cu-Ni-P 非 晶合金的ΔTx的 值超过100K
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块状非晶合金的制备与性能
块状非晶合金的制备 制备：快速凝固和固结加工 快速凝固：水淬、铜型铸造、高压压铸、电弧炉熔炼、 不定向熔炼等 固结加工：对处于过冷液状态的雾化非晶粉末进行热 压或热挤压进行制备 La基、Mg基合金最大厚度为10mm，锆基为30mm，Fe 基10mm 采用水淬法制备直径为50mm和72mm的Pd40Cu30Ni10P20 非晶合金，表面光滑良好金属光泽
会在特征角度出现尖锐的衍射峰
气体：完全无序的结构，因而出现散射现象 玻璃和熔体结构： • 存在相似性 • 介于有序和无序之间的一种状态，衍射图谱呈弥散 状衍射峰 • 近程有序、远程无序 • 在局部区域质点排列形式与晶体相似，但这种局部 有规则排列区域是高度分散的
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非晶态材料的亚稳定性
亚稳态是指该状态下系统的自由能比平衡态高， 有向平衡态（晶态）转变的趋势。 如何形成亚稳态（形成原因） 非晶材料在制备过程中，因熔体急冷使体系粘 度急剧增大，质点来不及作远程有序排列而玻 璃化，其释放的能量较结晶潜热小，即非晶与 晶体相比含有过剩的能量。
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从热力学观点看，非晶态是能量的亚稳状 态，应具有自发放热和结晶的内在条件。而 常温下材料的粘度非常大，以致动力学条件 不足，阻碍了转化的进行。
当温度升高时，必然有向低能量转化的趋 势，产生晶化。
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非晶形成能力及主要参数
非晶态的形成 ❖ 抑制熔体中的形核和长大，保持液态结构 ❖ 使非晶态亚稳结构在一定温度范围内保持稳 定，不向晶态转化 ❖ 在晶态固体中引入或造成无序，使晶态转变 为非晶态
非晶的主要参数：
Rc：非晶形成临界冷却速度 tmax ：非晶形成临界厚度 玻璃转变温度 Tg和熔点 Tm， Tg/Tm ：约化玻璃转变温度 结晶温度 Tx ΔTx=Tx-Tg ：过冷液体温度区间
不同成分非晶态金属临界冷却速度在102-107K/s间变化，多数非 晶态合金在105-106K/s的冷却速度下制得
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非晶形成能力：
1990年前发现的Fe基、Co基、Ni基非晶合金的临 界冷却速度Rc大于105K/s，厚度tmax限制在50μm以下，
而Pd-Ni-P和Pt-Ni-P 的Rc 在103K/s 数量级，熔体 未经净化处理条件下tmax为1-3mm
近年Mg、Ln、Zr、Fe、Pd、Co基合金系中发现 了新的多元非晶合金Rc 低至10-1K/s ，最大试样厚度 达到72mm
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下表为典型块状非晶合金及其开发年代
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非晶态材料的结构特性
晶体
固体
非晶体
质点在三维空间作有规则的排列， 即远程有序
质点在三维空间排列没有规律性， 即远程无序， 不排除局部区域可能存在规则排列， 即近程有序
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图1 气体、熔体、玻璃和晶体的X射线衍射图
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ห้องสมุดไป่ตู้
晶体：有序结构，当晶面满足布拉维衍射条件时，便
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非晶合金的性能
1.良好的力学性能 非晶态金属的结构在宏观上是各向同性的，没有晶态金属 中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀。这样就使得非晶 态金属既可以具有很高的强度和硬度，同时又能在室温下 产生塑性变形。 与结晶合金相比，非晶合金具有较高的拉伸强度和显微硬 度，较低的杨氏模量。在杨氏模量相同的情况下，非晶合 金的拉伸强度和显微硬度约为结晶合金的3倍
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经验原则
随着约化玻璃转变温度Tg/Tm的提高，非晶形成 能力有明显提高趋势，具有较低临界冷却速度Rc和 较大临界厚度tmax的合金，Tg/Tm的值超过0.6
随着过冷液体温度区间ΔTx的提高， Rc降低而临 界厚度tmax增大
Zr-Al-Ni-P 和 Pd-Cu-Ni-P 非 晶 合 金 的 ΔTx 的 值 超 过 100K
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3.非晶态合金的物理性能 非晶合金具有良好的磁学性能，非晶合金因矫顽力小、 导磁率高、铁损小和非常适用于制作变压器、电磁开关、 磁放大器等的磁芯。非晶合金可屏蔽外来电磁场对高分 辨率电子显微镜的干扰;利用其优异的磁性能制作各种磁 记录头和磁光光盘等。 非晶态材料电学性能方面展现出许多优于品态的特点， 如非晶态合金具有比晶态合金大10一100倍的高电阻率。 部分非晶态合金还具有超导特性。
非晶合金材料
非晶合金的发展历史 1960年Duwez等人采用Au-Si合金首次制备非晶相 二元非晶系合金一般是由过渡族金属或贵金属和玻璃化非 金属或类金属组成如Fe、Ni、Co等和B、Si、C、P等，玻 璃化元素原子百分比为15-30％ 主要的非晶合金系有： 贵金属基、铁基、钴基、镍基、钛基、锆基、铌基、钼基 镧系金属基、铝基、镁基合金等
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它的强度和硬度比现有的许多晶态金属高， 能高达每平方毫米4000牛顿，超过了超高硬度工 具钢，同时还具有相对较高的韧性。
非晶合金的拉伸塑性较低，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。
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2.良好的化学性能 非晶态合金比相同成分的晶态合金具有强得多的耐腐 蚀性能，如Fe43Cr16Mo16C18B8非晶合金的耐腐蚀性可比 不锈钢高一万多倍。 由于非晶态材料的显微组织均匀，不包含位错、晶界 等缺陷，使腐蚀液不能入侵。 同时，非晶态合金自身的活性很高，能够在表面迅速 的形成均匀的钝化膜，或一旦钝化膜局部破裂也能够 及时修复。
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Zr-Al-Ni-P 和 Pd-Cu-Ni-P 非 晶合金的ΔTx的 值超过100K
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块状非晶合金的制备与性能
块状非晶合金的制备 制备：快速凝固和固结加工 快速凝固：水淬、铜型铸造、高压压铸、电弧炉熔炼、 不定向熔炼等 固结加工：对处于过冷液状态的雾化非晶粉末进行热 压或热挤压进行制备 La基、Mg基合金最大厚度为10mm，锆基为30mm，Fe 基10mm 采用水淬法制备直径为50mm和72mm的Pd40Cu30Ni10P20 非晶合金，表面光滑良好金属光泽
会在特征角度出现尖锐的衍射峰
气体：完全无序的结构，因而出现散射现象 玻璃和熔体结构： • 存在相似性 • 介于有序和无序之间的一种状态，衍射图谱呈弥散 状衍射峰 • 近程有序、远程无序 • 在局部区域质点排列形式与晶体相似，但这种局部 有规则排列区域是高度分散的
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非晶态材料的亚稳定性
亚稳态是指该状态下系统的自由能比平衡态高， 有向平衡态（晶态）转变的趋势。 如何形成亚稳态（形成原因） 非晶材料在制备过程中，因熔体急冷使体系粘 度急剧增大，质点来不及作远程有序排列而玻 璃化，其释放的能量较结晶潜热小，即非晶与 晶体相比含有过剩的能量。
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从热力学观点看，非晶态是能量的亚稳状 态，应具有自发放热和结晶的内在条件。而 常温下材料的粘度非常大，以致动力学条件 不足，阻碍了转化的进行。
当温度升高时，必然有向低能量转化的趋 势，产生晶化。
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非晶形成能力及主要参数
非晶态的形成 ❖ 抑制熔体中的形核和长大，保持液态结构 ❖ 使非晶态亚稳结构在一定温度范围内保持稳 定，不向晶态转化 ❖ 在晶态固体中引入或造成无序，使晶态转变 为非晶态