第6章非晶态材料的制备
非晶态ITO透明导电薄膜的制备及热处理晶化技术研究进展
非晶态ITO 透明导电薄膜的制备及热处理晶化技术研究进展李佳明1,2, 姜良宝1,2, 陈 牧1,2, 李晓宇1,2, 韦友秀1,2,张晓锋1,2, 马一博1,2, 颜 悦1,2（1．中国航发北京航空材料研究院 透明件研究所，北京 100095；2．北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心，北京 100095）摘要：透明导电氧化物薄膜已在液晶显示器、太阳能电池、电致变色窗、气体传感器、高层建筑物的幕墙玻璃、飞机和高速列车导热玻璃（防冰除雾）等领域得到广泛应用。
为了制备高透光性、高导电性的氧化铟锡（ITO ）透明导电氧化物薄膜，一般采用两种途径：高温制备方法直接沉积出结晶态薄膜；室温下沉积出非晶薄膜后再进行热处理使其晶化。
对于不耐高温的基底材料，研究快速热处理晶化方法具有重要的指导意义。
该方法既能保证ITO 薄膜的使用要求，又能降低晶化方法对基底产生的影响。
根据不同的应用背景与使用要求，选择合适的制备方法与晶化方法，是获得高透光性、高导电性薄膜的关键。
本文综述了目前国内外对ITO 透明导电氧化物薄膜晶化方法的研究进展。
通过对比不同的薄膜晶化方法的机理和优缺点，指出了红外晶化法、激光晶化法、闪光灯晶化法可以实现薄膜快速结晶。
并且，采用上述方法处理，过程中基底温度低于薄膜温度，有望取代目前商业生产中使用的传统炉式晶化法，能够提高生产效率、节约生产成本、获得高质量、高性能的透明导电氧化物薄膜，适用范围更广。
关键词：ITO ；透明导电氧化物；薄膜制备；热处理；晶化doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000035中图分类号：O484 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2018)05-0024-12透明导电氧化物薄膜作为一种十分重要的光电材料，具有导电性高，可见光范围内透光性好，红外光范围内反射性高，与基底有较强的附着力而且耐磨性、化学稳定性较好等特点，现已广泛应用于液晶显示器[1]、太阳能电池[2]、电致变色窗[3]、气体传感器[4]、高层建筑物的幕墙玻璃、飞机和高速列车导热玻璃[5]（防冰除雾）等领域。
第6章(748)
第6章 非金属材料及成型 图6-2 结晶高聚物的温度—形变曲线(M3＞M2＞M1)
第6章 非金属材料及成型
3) 交联高聚物的力学状态 交联使高分子链之间以化学键相结合，若不破坏化学键， 分子键之间就不能产生相对位移，随着交联度的提高，不仅 形变能力变差，而且不存在粘流态，既不能溶解，也不能熔 融，当交联度增加到一定数值之后，聚合物就不会随温度升 高而出现高弹态。 4) 多相聚合物的力学状态 对于共混或接枝、嵌段共聚物，多数是处于微观或亚微 观相分离的多相体系。在该种体系中，各组分可能出现两个 以上玻璃化转化区，每个转化区表示一种均聚物的特性。对 于某些嵌段和共聚混合物材料，在外力的作用下会出现应变， 从而诱发塑料—橡胶转变。
第6章 非金属材料及成型 图6-1 非晶态高聚物的温度—形变曲线
第6章 非金属材料及成型
2) 结晶高聚物的温度—形变曲线 凡在一定条件下能够结晶的高聚物统称为结晶性高聚物。 结晶高聚物的结晶度不同，分子量不同，其温度—形变曲线 也不相同。当结晶度高于40%时，微晶贯穿整个材料，非晶 区Tg将不能明显出现，只有当温度升高到熔化温度Tm时，晶 区熔融，高分子链热运动加剧，如果聚合物的分子量不太大， 体系进入粘流态(此时熔化温度Tm与转变温度相等，即Tm＝ Tt)；如果聚合物分子量很高，Tt＞Tm，则在Tm之后仍会出现 高弹态。如果聚合物的结晶度不高，则也会出现玻璃化转变 的形变，但Tg以后，链段有可能按照结晶结构的要求重新排 列成规则的晶体结构。图6-2所示为分子量不同的结晶高聚物 的温度—形变曲线。由图可以看出，高弹态与粘流态的过渡 区随分子量M的增大而增大。
第6章 非金属材料及成型
4) 压延(rolling) 压延是橡胶工业的基本工艺之一，它是指混炼胶胶料通 过压延机两辊之间，利用辊筒间的压力使胶料产生延展变形， 制成胶片或胶布(包括挂胶帘布)半成品的一种工艺过程。它 主要包括贴胶、擦胶、压片、贴合和压型等操作。 (1) 压延准备工艺：热炼、供胶、纺织物烘干和压延机 辊温控制。 (2) 压延工艺。 ① 压片：是将已预热好的胶料，用压延机在辊速相等的 情况下，压制成一定厚度和宽度胶片的压延工艺。胶片表面 应光滑无气泡、不气皱、厚度一致。
第五章 非晶态材料的制备
生明显的结构相变，是一种亚稳态材料。
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别名
“过冷的液体” “金属玻璃” “玻璃金属” “无定型材料” “快速凝固材料”
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2. 非晶态材料的分类
• （1）非晶态合金
• 非晶态合金又称金属玻璃，即非晶态合金具有金属和
玻璃的特征。
• 非晶金属玻璃材料中原子的排列是杂乱的，这种杂乱
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三、非晶态的形成
• 1. 影响非晶态合金形成的因素 • 内因：材料的非晶态形成能力。 • 外因：足够的冷却速度，使熔体在达到凝固温
度时，其内部原子还未来得及结晶就被冻结在 液态时所处位置附近，从而形成无定形的固体。
材料的非晶态形成能力： 合金 > 纯金属； 金属/ 非金属合金 > 金属/ 金属合金
• （3）从动力学观点来看，形成的关键问题是为避免发生可察觉
的结晶，要以多快的速率从液态冷却下来的问题。
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四. 非晶态材料的制备原理与方法
• 1.非晶态材料的制备原理 • （1）获得非晶态材料的根本条件 • ——足够快的冷却速度，并冷却到材料的再
结晶温度以下。
• （2）制备非晶态材料需解决的两个技术关键：
方面的应用已相当广泛。
3
二、非晶态材料的基本概念和基本性质
• 1. 非晶态材料的基本概念
• （1）有序态和无序态 • 根据组成物质的原子模型，可将自然界中物质状态分
为有序结构和无序结构两大类。
• （2）长程有序和短程有序 • 晶体中原子的排列是长程有序的；而非晶体是长程无
序的，只是在几个原子的范围内才呈现出短程有序。
材料制备科学与技术答案
材料制备科学与技术答案【篇一：化学与人类_尔雅慕课_课后答案】.1化学研究的对象和内容1.天然气中主要成分是什么？（）a、丁烷b、丙烷c、乙烷d、甲烷我的答案：d2.（）研究除碳元素以外的所有元素的单质及其化合物的性质。
a、生物化学b、有机化学c、无机化学d、物理化学我的答案：c3.分析化学是研究（）成分的测定方法和原理。
a、原子b、量子c、物质d、电子我的答案：c4.甲烷的泄露会引起人的中毒。
（）我的答案：x5.有机化学研究的是碳氢化合物及其衍生物的性能。
（）我的答案：√6.化学是一门研究物质变化的科学。
（）我的答案：√1.2煤气和爆炸极限1煤气中的臭味是因为在其中人为加入了什么？（）a、甲醇b、乙醇c、乙醚d、硫醇我的答案：d2在常温常压下，氢会呈现什么状态？（）a、固态b、气态c、液态d、混合态我的答案：b31.3关于广告的问题1上个世纪80年代谁表演了“水变油”的荒唐骗局。
（）a、王洪志b、李洪成c、王洪成d、李洪志我的答案：c2．1卡路里是等于多少焦耳？（）a、4.19b、5.19c、6.19d、7.19我的答案：a34二恶烷别名又叫做二氧六环。
（）我的答案：√1.4化学与新闻专业的关系1白金是哪种化学元素的俗称？（）a、金b、银c、铂d、钋我的答案：c2铹元素的名称是为纪念回旋加速器的发明者（）。
a、洛伦兹b、伦琴c、斯特恩d、劳伦斯我的答案：d3氯是一种非金属元素。
（）我的答案：√2.1石油是一种碳氢化合物的混合物1石油实际上是以（）为主的烃类化合物。
a、烯烃b、炔烃c、烷烃d、环烃我的答案：c2以下哪项不是当今人类使用的四大能源之一？（）a、石油b、煤c、原子能d、风能我的答案：d3煤是地球上分布最广、储量最大的能源资源。
（）我的答案：√ 2.2汽油的制备1以下哪一项不是内燃机气缸的工作原理？（）a、进气b、排气c、点火d、爆缸我的答案：d2所谓93号汽油就是指（）为93的汽油。
材料合成与制备方法
A.晶核形成的热力学势垒 要大，液体大
C.在粘度与温度关系相似的条件下， 或液相温度要低
D.原子要实现较大的重新分配，达到共晶点附近的组成。
2）结构模型
A.微晶模型：基本思想是：大多数原子与其最近邻原子的相对位置与晶体情形完全相同，这些原子组成一纳米至几十纳米的晶粒，长程有序性消失主要是因为这些微晶取向散乱、无规的原因。
答：B—S法的构思是在一个温度梯度场内生长单晶，在单—固——液界面上成核。待结晶的材料通常放在一个圆柱形的坩埚内，坩埚可垂直或水平放置，使坩埚下降通过一个温度梯度，或使加热器沿坩埚上升。
第二章、
1.试说明非晶态的概念与特性
答：1）概念：非晶体物质是介于晶体和液体之间有序度的一种聚集态，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但长程无序的特殊物质状态。
2.试推导液固生长系统的相变驱动力。
解：设晶体流体的界面面积为A，垂直于界面的位移为∆X，系统的吉布斯自由能的降低为∆G，界面上单位面积的驱动力为f；驱动力做功：f·A·∆X=—∆G
f=-∆G·A·∆X=-∆G·∆V
生长驱动力在数值上等于生长单位体积的晶体所引起的系统吉布斯自由能的变化，负号表示界面向流体中位移引起系统自由能降低。
2）特性： a.高强度、高韧性b.抗腐蚀性c.软磁特性d.超导电性e.光学性质：光吸收、光电导、光致发射f.其它性质：室温电阻率高，负的电阻温度系数。
2.试说明常见非晶态的分类
答： 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
3.试说明非晶态材料的形成条件和结构模型
6.说明影响CVD的参数
第6章 非晶合金
原子在非晶合金中的扩散会受到扩散基体自身 结构、化学成分、扩散原子种类等诸多因素的 影响。弛豫对非晶合金扩散的影响取决样品的 制备方法，即与它的热历史有关。一般来说， 弛豫所产生的结构变化对扩散的影响是微小的， 所以测量难度很大。对那些制备过程中已经产 生自弛豫的非晶合金来说，弛豫对其扩散没有 明显影响。
第6章 非晶态合金
固体物质，有很大一部分是非晶态物质，具有悠 久的使用历史，早在二千多年以前，我们的祖先 就开始使用玻璃和陶釉。不过非晶态物质的物理 和化学的生产和发展只不过只是近几十年的事。 从1947年A.Brenner等人用电解和化学沉积方法 获得Ni-P、Co-P等非晶态薄膜用作金属保护层算 起至今，也只是50多年。因而，有关非晶态材料 的理论还不算成熟。然而，非晶态材料的发展和 应用却很迅速。
非晶材料是亚稳材料中的一个重要分支。 近年来远离平衡态的亚稳材料已成为最活跃 的领域之一.
一是不少新的制备技术的出现，大大扩展获得 各种亚稳材料的手段;
二是世界高科技的发展，要求各种各样具有特 异性能的新材料来满足其需要;
三是理论领域的深人，使科技人员对非晶的认 识和对非平衡态的理解，指导和推动了非晶 材料的研究。
非晶合金中的原子扩散除存在间隙机制和空位机制外， 更多的情况下则属于相邻原子簇的协同运动，非晶合 金中氢几乎肯定是通过间隙机制扩散。对某些略大一 些的原子，它在非晶合金中的扩散可看成是空位扩散。 由于非晶合金中没有严格意义上的空位，所以扩散进 行过程中所涉及到的空位只是一种假定意义上的类空 位，邻近原子的协作式运动是较大原子在非晶合金中 的扩散机制。它是通过大量小的间隙的再分布从而产 生少量大的间隙来进行的。
图4
图4是Fe80P13C7非晶与同成分晶态合金的X射线的衍射强 度，这是典型的非晶X射线衍射强度曲线。
非晶合金的制备方法
纳米非晶合金制备简介摘要:本文主要介绍了国内外几种非晶合金制备技术，其中包括水淬法、射流成型法、金属模铸造、复合爆炸焊接法及机械合金化法、粉末固结成形法等，并对各种制备技术的进行了比较分析。
关键词：块体金属玻璃块体金属玻璃的连接制备Introduction of the Preparation amorphous alloyAbstract：In this paper, Several fabricating methods of bulk metallic glass matrix composites from both home and abroad were presented，such as water quenching method, jet molding, metal mold casting, composite explosive welding and mechanical alloying, powder consolidation and forming method，than Analysis and comparing these preparation techniques bulk metallic glass.Key words:bulk metallic glass, joining of bulk metallic glass, preparation1.引言非晶态合金也称金属玻璃,与晶态合金相比，其三维空间的原子排列呈拓扑无序状，结构上没有晶界与堆垛层错等缺陷存在，但原子的排列也不像理想气体那样的完全无序。
非晶合金是以金属键作为其结构特征，虽然不存在长程有序，但在几个晶格常数范围内保持短程有序[1]。
与非晶聚合物及无机非晶材料一样,非晶合金在物理性能、化学性能及力学性能方面是各向同性的,并随着温度的变化呈现连续性[2]。
通常其具有以下四个基本特征：（1）结构上呈拓扑密堆长程无序，但在长程无序的三维空间又无序的分布着短程有序的“晶态小集团”或“伪晶核”，其大小不超过几个晶格的范围；（2）不存在晶界、位错、层错等晶体缺陷；（3）具有非晶体的一般特性：物理、化学和机械性能各向同性；（4）热力学上处于亚稳态，当处于晶化温度以上时将发生晶态结构相变，但晶化温度以下能长期稳定存在[3]。
无机合成第6章无机材料的高压合成与制备
4＋
2＋
4＋
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5 高Tc稀土氧化物超导体的合成 合时所需的合成起始材料难于用常规条件合 成，这时．可以先采用高压方法制备出所需要的 起始原料，然后再用高压方法，进一步按设计方 案进行二次高压合成。通常要使214型互生层状结 构的含铜氧化物变成超导体的关键，在于通过A位 元素的置换来调整Cu—O键长和氧配位。然而在 大限层结构中可调范围有限，如Ca0.86Sr0.14CuO2的 晶格参数仅为0.3861nm，不允许加入电子(n—型) 。如能增加母体SrCuO2的晶格参数(从而增加Cu— O键长)，则有希望获得新超导体。
中的高压构件，挤压试样，产生高压。这类高
压装置，最常见的有六面顶(高压构件由六个顶
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2
3
4
5
面顶高压构件如下图所示。
锤组成)高压装置和年轮式两面顶(高压构件由 一对顶锤和一个压缸组成)高压装置。年轮式两
二、是利用天然金刚石作顶锤(压砧)，制成 的微型金刚石对顶砧高压装置(diamond anvil cell，简称DAC)。这种装置可以产生几十GPa 到三百多GPa的高压，还可以与同步辐射光源 、X射线衍射、Raman散射等测试设备联用“j， 开展高压条件下的物质相变、高压合成的原位 测试。但是若以合成材料作为研究目的，微型 金刚石对顶砧的腔体太小(约10 mm )，难于 取出试样来进行产物的各种表征及作其它性能 的测试。
第六章 无机材料的高压 合成与制备
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高温高压作为一种特殊的研究手段，在物理、化学
及材料合成方面具有特殊的重要性。这是因为高压作为
一种典型的极端物理条件能够有效地改变物质的原于间
距和原子壳层状态，因而经常被用作一种原子间距调制
《材料化学》课程考试标准
《材料化学》课程考试标准学时：54 学分：3.0一、课程性质与考试基本要求：课程性质：专业必修（学位课）考试基本要求：要求学生掌握涉及材料结构、材料性能以及材料制备与合成等内容的基本原理、基本规律的知识，将金属学、陶瓷学和高分子物理的基础理论融合为一体，了解金属材料、无机非金属材料、高分子材料、新型功能材料以及纳米材料的基本概念、研究进展，掌握材料共性规律，融汇贯通，并指导材料的设计和应用，具备一定的科研能力、思维能力和创造能力。
二、考试方法：闭卷考试三、试题类型：简答题、分析综合题等四、课程考试内容及要求：第1章绪论（2学时）[本章重点]《材料化学》课程的学习内容和方法[教学内容]1.1《材料化学》的基本概念1.2《材料化学》的地位1.3学习《材料化学》的意义1.4本课程的主要内容1.5本课程的特点及学习方法第2章晶体学基础（8学时）[本章重点]1.晶体学基本概念2. 晶体材料的结构[教学内容]2.1元素和化学键2.2晶体学基本概念2.3晶体材料的结构2.4 固溶体第3章晶体缺陷化学（4学时）[本章重点]1.缺陷的化学平衡2. 缺陷化合物的合成3. 缺陷的实验表征[教学内容]3.1 缺陷的发现3.2 缺陷的分类3.3 点缺陷3.4 缺陷的化学平衡3.5 缺陷化合物的合成3.6 缺陷热力学3.7 缺陷的实验表征3.8 非化学计量化合物3.9 材料研究方法第4章材料的性能（4学时）[本章重点]1.力学性能2. 热性能3. 磁性能[教学内容]4.1 化学性能4.2 力学性能4.3 热性能4.4 电性能4.5 磁性4.6 光学性能第5章材料的制备（8学时）[本章重点]1．晶体生长技术2．溶胶－凝胶法3．非晶材料的制备[教学内容]5.1 晶体生长技术5.2 气相沉积技术5.3 溶胶－凝胶法5.4 液相沉淀5.5 固相反应5.6 插层法和反插层法5.7 自蔓延高温合成法5.8 非晶材料的制备第6章金属材料（4学时）[本章重点]1．金属材料的结构与性能2．储氢合金3．非晶态金属材料[教学内容]6.1 金属材料结构与性能6.2 超耐热合金6.3 超低温合金6.4 超塑合金6.5 形状记忆合金6.6 储氢合金6.7 非晶态金属材料第7章无机非金属材料（6学时）[本章重点]1.无机非金属材料的结构2. 新型无机非金属材料[教学内容]7.1 无机非金属材料的分类及特点7.2水泥与玻璃7.3 陶瓷7.4 半导体材料7.5 超导材料第8章高分子材料（4学时）[本章重点]1.高分子的结构与性能2. 高分子的合成3.电功能高分子[教学内容]8.1 高分子结构与性能8.2 高分子合成8.3 聚合物光子材料8.4 电功能高分子8.5 化学功能高分子第9章新型功能材料（8学时）[本章重点]1．固体电学性质的物理本质2．固体光学性质的物理本质3．固体磁学性质的物理本质[教学内容]9.1 固体的电性质与电功能材料9.2固体的光学性质与光学功能材料9.3固体的磁性质与磁性功能材料第10章纳米材料（6学时）[本章重点]1.纳米材料的特性2. 纳米材料的制备3.纳米材料的应用[教学内容]10.1 纳米材料的种类10.2 纳米材料的特性10.3 纳米材料的制备10.4 纳米材料的应用五、成绩评定方式：课程总成绩由课程论文成绩（70％）和平时成绩（30％）（包括课外作业和学习态度）按比例评定。
材料化学课后习题答案
材料化学课后习题答案P42：四 (1)(2)(3)P69：二、三 (1)(2)P90:5P133: 二、三 (1)(2)P199: 一、二P222: 二、三 (1)P236: 一、二专业：应用化学14-1学号： ********XX：丁大林第二章化学基础知识一．填空题1. 热力学第三定律的具体表述为纯物质完美晶体在0 K 时的熵值为零，数学表达式为 S*( 完美晶体， 0 K)=0 J K-1。
2.麦克斯韦关系式为Tp SS p、S VV T T V p T T pV、T p、S p V S VS。
3. 偏摩尔吉布斯函数又称化学势，定义为B G B G。
n BT , p,n C4.理想稀溶液存在依数性质，即溶剂的蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高、渗透压的量值均与溶液中溶质的数量有关，而与溶质的种类无关。
5. 人们将存在于两相间厚度为几个分子大小的薄层称为界面层，简称界面，有液-气、固 - 气、固 - 液、液 - 液、固 - 固界面，通常把固 - 气界面、液- 气界面称为表面。
6.表面X力一般随温度和压力的增加而降低，且σ金属键 > σ离子键 >σ极性共价键 > σ非极性共价键。
7.按照氧化态、还原态物质的状态不同，一般将电极分成第一类电极（金属电极、气体电极）、第二类电极（金属 - 难溶盐电极）、氧化还原电极三类。
8.相律是描述相平衡系统中自由度、组分数、相数之间关系的法则。
其有多种形式，其中最基本的是吉布斯相律，其通式为f c p+2。
= -二．名词解释1.拉乌尔定律：气液平衡时稀溶液中溶剂 A 在气相中的蒸气压 p A等于同一温度下该纯溶剂的饱和蒸气压 p A*与溶液中溶剂的摩尔分数 x A的乘积，该定律称为拉乌尔定律。
2. 亨利定律：在一定温度下，稀溶液中易挥发溶质 B 在平衡气相中的分压 p B与其在平衡液相中的摩尔分数 x B成正比，该定律称为亨利定律。
3.基元反应：化学反应并非都是由反应物直接生成生成物，而是分若干真实步骤进行的，这些步骤称为基元反应。
化学功能材料 第六章 特种陶瓷
电工瓷——电器绝缘用瓷，也叫高压陶瓷
化学化工瓷——化工、制药、食品等工业 及实验室中的管道设备、耐蚀容器及实验器皿
2．特种陶瓷—— 讨论内容
是以纯度较高的人工合成化合物为主要原 料的人工合成化合物。
选用高度精选的原料，具有能够精确控制化 学组成，按照便于控制的制造技术加工，具有 优异性能的陶瓷。
超导陶瓷
一、超导的概念
什么叫超导（superconduct） ？
超级导电，电阻几乎为零。
1911年荷兰物理学家Onnes（ 翁尼斯）首次观察到超导现象： 汞冷却到热力学4K（-269℃，液 态氦（He）冷却）时汞的电阻为 零。
二、超导体的特性
1、完全导电性 当温度下降至某一数值或以下时，超导体的电阻突然
将具有可塑性的泥 料，通过挤机嘴成形。
6．轧膜成型
将陶瓷粉体和粘结剂、溶剂等置于轧辊上混炼 ，使之混合均匀，吹风使溶剂挥发，形成一层 厚膜；调整轧辊间距，反复轧制，可制得薄片 瓷坯。
四、陶瓷烧结
使陶瓷达到所要求的物理性能和力学性能 宏观：体积收缩，密度增大，气孔减少 微观：颗粒中心靠近，气孔排出，（相变）、晶粒长大
三、陶瓷的成型工艺
陶瓷制备方法的特点：
1)金属的一般制备方法： 铸锭——压力加工——型材——机械加工——成品
2）陶瓷的一般制备方法： 粉末——成型——烧结——（加工）——成品 材料产品一次完成
目的：用模具或工具制成一定形状或尺寸的坯体，并 要求有一定的密度和强度。
1．模压成型（水6-8%） 半干压成型 模压成型是将混合料加入到模具中，在压力
每个氧原子最多只 有被两个[SiO4]所共有；
Si-O-Si的键角为1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5℃;
非晶合金的制备方法
非晶合金的制备方法集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]纳米非晶合金制备简介摘要:本文主要介绍了国内外几种非晶合金制备技术，其中包括水淬法、射流成型法、金属模铸造、复合爆炸焊接法及机械合金化法、粉末固结成形法等，并对各种制备技术的进行了比较分析。
关键词：块体金属玻璃块体金属玻璃的连接制备Introduction of the Preparation amorphous alloyAbstract：In this paper, Several fabricating methods of bulk metallic glass matrix composites from both home and abroad were presented，such as water quenching method, jet molding, metal mold casting, composite explosive welding and mechanical alloying, powder consolidation and forming method，than Analysis and comparing these preparation techniques bulk metallic glass.Key words: bulk metallic glass, joining of bulk metallic glass, preparation1.引言非晶态合金也称金属玻璃,与晶态合金相比，其三维空间的原子排列呈拓扑无序状，结构上没有晶界与堆垛层错等缺陷存在，但原子的排列也不像理想气体那样的完全无序。
非晶合金是以金属键作为其结构特征，虽然不存在长程有序，但在几个晶格常数范围内保持短程有序[1]。
与非晶聚合物及无机非晶材料一样,非晶合金在物理性能、化学性能及力学性能方面是各向同性的,并随着温度的变化呈现连续性[2]。
材料科学基础知识点
材料科学基础第零章材料概论该课程以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象，从材料的电子、原子尺度入手，介绍了材料科学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。
核心是介绍材料的成分、微观结构、制备工艺及性能之间的关系。
主要内容包括：材料的原子排列、晶体结构与缺陷、相结构和相图、晶体及非晶体的凝固、扩散与固态相变、塑性变形及强韧化、材料概论、复合材料及界面，并简要介绍材料科学理论新发展及高性能材料研究新成果。
材料是指：能够满足指定工作条件下使用要求的，就有一定形态和物理化学性状的物质。
按基本组成分为：金属、陶瓷、高分子、复合材料金属材料是由金属元素或以金属元素为主，通过冶炼方法制成的一类晶体材料，如Fe、Cu、Ni等。
原子之间的键合方式是金属键。
陶瓷材料是由非金属元素或金属元素与非金属元素组成的、经烧结或合成而制成的一类无机非金属材料。
它可以是晶体、非晶体或混合晶体。
原子之间的键合方式是离子键，共价键。
聚合物是用聚合工艺合成的、原子之间以共价键连接的、由长分子链组成的髙分子材料。
它主要是非晶体或晶体与非晶体的混合物。
原子的键合方式通常是共价键。
复合材料是由二种或二种以上不同的材料组成的、通过特殊加工工艺制成的一类面向应用的新材料。
其原子间的键合方式是混合键。
密度弹性模量:材料抵抗变形的能力强度:是指零件承受载荷后抵抗发生破坏的能力。
韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力功能成本结构(Structure)性质(Properties)加工(Processing)使用性能(Performance)在四要素中，基本的是结构和性能的关系，而“材料科学”这门课的主要任务就是研究材料的结构、性能及二者之间的关系。
宏观结构←显微镜下的结构←晶体结构←原子、电子结构重点讨论材料中原子的排列方式（晶体结构）和显微镜下的微观结构（显微组织）的关系。
以及有哪些主要因素能够影响和改变结构，实现控制结构和性能的目的。
第6章非晶态材料的制备
第6章非晶态材料的制备非晶态材料是一种具有非晶结构的材料，也被称为玻璃态材料。
它的原子排列方式与晶体不同，没有长程的周期性结构。
非晶态材料具有许多独特的性质和应用领域，如高硬度、高强度、高弹性、高热稳定性等。
制备非晶态材料的方法包括快速凝固、物理蒸发、溶胶-凝胶法等。
快速凝固是一种常用的制备非晶态材料的方法。
通过将材料迅速冷却，使其无法形成晶体结构。
这可以通过多种方式实现，如快速凝固薄膜、快速凝固合金、液体金属冷却等。
快速凝固可以改变原子的运动方式，使晶化过程受到限制，从而得到非晶态材料。
一种常用的方法是将材料熔化后迅速冷却，形成非晶态材料。
这种方法适用于许多金属和合金，如铝、铁、镍、钛等。
物理蒸发是制备非晶态材料的另一种方法。
该方法通过将材料加热到蒸发温度，使其以原子或分子形式进入气相，然后在衬底上重新凝结。
在准分子束蒸发和分子束蒸发等特殊条件下，可以得到非晶态薄膜。
这种方法适用于具有高蒸发温度的材料，如硅、锗、碳等。
溶胶-凝胶法是一种制备非晶态材料的化学方法。
该方法通过将材料溶解在溶剂中，形成胶体溶液，然后通过适当的处理使溶胶凝胶化并形成凝胶。
通过控制处理条件，可以将凝胶转化为非晶态材料。
这种方法适用于许多无机材料和有机材料，如二氧化硅、二氧化钛、聚合物等。
除了上述方法，还有其他制备非晶态材料的方法，如等离子体喷雾沉积、分子束外延等。
这些方法在不同材料和应用领域具有独特的优势和局限性。
制备非晶态材料的关键是控制材料的冷却速率和结晶过程。
适当的冷却速率可以抑制晶体的形成，并使材料保持非晶态。
总之，非晶态材料的制备涉及多种方法，其中快速凝固、物理蒸发和溶胶-凝胶法是常用的方法。
通过控制处理条件和冷却速率，可以制备出具有特殊性质和应用潜力的非晶态材料。
未来，随着材料制备技术的不断发展，我们有望实现更多种类非晶态材料的制备和应用。
第六章 介孔材料及其制备方法
•3.5.3 模板剂的分类及发展
非表面活性剂为模板剂，合成介孔材料。如丘坤元等首次以有 机小分子2，2- 二羟甲基丙酸、甘油和季戊四醇高比表面积、 孔径均一、窄孔径分布的二氧化钛。 混合物为模板剂制备介孔材料。如上述研究组以p-环糊精和 尿素介孔二氧化硅。 阳离子混合表面活性剂，如戴乐蓉等首次使用CTAB-CnNH2 (n=8，10，12，14，16，18)为模板剂，合成了立方相含钛介 孔分子筛Ti-MCM-48。
• 硅在过渡金属元素中最稳定，其氧化物热稳定性能高， 因此二氧化硅介孔材料是当前研究最多最充分的一种介 孔材料。用其已合成了不同介观结构，如蠕虫状、二维 六方相、三维六方相、立方相、薄层状以及不同形状的 介孔材料，如粉末状、块状、颗粒状、膜状。 • 除硅外的其他过渡金属由于反应活性较高，对化学环境 敏感，合成重现性较低，因而研究相对较少。 • 二氧化钛具有优异的催化性能，尤其是光催化性能，因 而二氧化钛介孔材料或二氧化钛掺杂介孔材料成为研究 热点之一。
• 3.5 介孔材料的制备
• 介孔材料的制备是利用高温热处理或其他物理方法脱除有机模 板剂(表面活性剂)，所留下的空间即构成介孔孔道。合成过程 主要有以下途径：一是水热合成法，二是溶胶-凝胶法。
• 制备介孔材料主要涉及4种物质：
• 无机物种、模板剂、溶剂、溶液离子。 • 无机物种可以是无机（白炭黑、硅酸钠等）也可以是有机（正 硅酸甲酯、正硅酸乙酯等）的； • 模板剂可以是小分子（季胺盐等）也可以是高分子（嵌段聚合 物）的，甚至是生物大分子病毒等； • 溶剂可以是极性较大的水也可以是极性较小的醇及其他溶剂； 溶液离子则是各种水溶性的阴阳离子。
2.1 介孔材料的分类及特性 按照结构的有序性，可分为:
有序介孔材料：孔型可分为三类：定向排列的柱形 （通道）孔、平行排列的层状孔和三维规则排列的多 面体孔（三维相互连通）。
材料合成与制备
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”。
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“大分子”发生解聚作用。使得氧的比值增大，开始出现非桥氧，使硅 氧网络发生断裂。而碱金属离子处于非桥氧附近的网穴中，形成了碱 硅酸盐玻璃。若在碱硅二元玻璃中加入CaO，可使玻璃的结构和性质 发生明显的改善，获得具有优良性能的钠钙硅玻璃。
硼酸盐玻璃：B2O3玻璃由硼氧三角体[BO3]组成，其中含有三角体
第6章非晶态材料的制备
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（2）非晶态半导体材料
（a）四面体配置的非晶态半导体，如非晶Si和Ge； （b）硫系非晶态半导体，主要成分是周期表中的硫系； （c）玻璃态半导体，硫系非晶态半导体通过加热-冷却过
程中发生晶态-非晶态的可逆转变。
第6章非晶态材料的制备
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（3）非晶态超导体
关于非晶态超导体的研究可以追溯到20世纪50年代。 1975年以后，采用液体金属急冷法制备了多种具有超导
15
（4）超导电性
目前，Tc最高的合金类超导体是Nb3Ge，Tc=23.2K。但， 超导合金较脆，不易加工成磁体和传输导体。
一些非晶态合金的超导转变温度
第6章非晶态材料的制备
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三、非晶态的形成
刀具方面的应用。
第6章非晶态材料的制备
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在（中2性）盐抗溶腐液蚀和性酸性溶液中，非晶态合金的耐腐蚀性能
要比不锈钢好得多。
金属玻璃和不锈钢在10w%FeCl3·6H2O溶液中的腐蚀率
利用非晶态合金几乎完全不受腐蚀的优点，可以制造耐蚀管
道、电池电极、海底电缆屏蔽等。
第6章非晶态材料的制备
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（3）软磁特性
所谓“软磁特性”是指磁导率和饱和磁感应强度高，矫顽力 和损耗低。
目前使用软磁材料多为结晶材料，具有磁晶各向异性而互 相干扰，结果使磁导率下降。
非晶态合金中没有晶粒，不存在磁晶各向异性，磁特性软。
具有高磁导率的非晶态合金可以代替坡莫合金制作各种电 子器件，特别是用于可弯曲的磁屏蔽。
第6章非晶态材料的制备
第6章非晶态材料的制备
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……钱学森
• 每一层次的混沌是紧接着上一层次有序的基础； • 没有混沌，就死水一潭。不会产生结构的有序化，
也就没有生命。
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1960年，美国加州理工学院杜威教授采用急冷法制得非 晶体至今，人们对非晶体材料的研究已经取得了巨大成就。
过渡金属-类金属型合金开始用于各种变压器、传热器铁 芯；
非晶合金纤维已被用来作为复合材料的纤维强化；
非晶铁合金作为良好的电磁吸波剂，已用于隐身技术的研 究领域；
某些非晶合金具有良好催化性能；
非晶硅和非晶半导体材料在太阳能电池和光电导器件方面 的应用已相当广泛。
第6章非晶态材料的制备
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二、非晶态材料的基本概念和基本性质
1. 非晶态材料的基本概念
第六章
非晶态材料的制备
第6章非晶态材料的制备
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一、引言
客观世界是非线性、非平衡的复杂世界。 自古希腊：人们向往世界的
稳定性、规则性、和谐性、有序性、因果性、本质 简单性、周期性、对称性…… 现在：人们越来越认识到：我们所处的大千世界是 以不稳定动力系统为特征的，充满了：非平衡、非 线性、非稳定、非均匀、非可逆、非晶态、非连续、 非周期、非对称……
（c）当温度连续升高时，在某个很窄的温区内，会发生 明显的结构相变，是一种亚稳态材料。
第6章非晶态材料的制备
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2. 非晶态材料的分类
（1）非晶态合金
非晶态合金又称金属玻璃，即非晶态合金具有金属和玻璃 的特征。
非晶金属玻璃材料中原子的排列是杂乱的，这种杂乱的原 子排列赋予了它一系列全新的特性。
互相连接的硼氧三元环集团，在低温时B2O3玻璃结构是由桥氧连接的 硼氧三角体和氧三元环形成的向两度空间发展的网络，属于层晶态材料的特性 （1）高强度、高韧性
非晶态合金的机械性能
利用非晶态合金的高强度、高韧性，已经开发了用于轮胎、传
送带、水泥制品及高压管道的增强纤维，还可以开发特殊切削
电性的非晶态合金。 目前已经用快速淬火法制备了多种具有超导电性的非晶态
材料。
第6章非晶态材料的制备
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（4）非晶态高分子材料
早在20世纪50年代，希恩等人在晶态聚合物的X射线衍射 图案中就曾发现过非晶态高分子聚合物的弥散环。
这些实际结构介于有序和无序之间，被认为是结晶不好或 部分有序结构。
现在已经证实，许多高聚物塑料和组成人体的主要生命物 质以及液晶都属于这一范畴。
在聚合物中，连接的原子的单向性（不对称性）呈现无规 则变化时，该聚合物将形成无规立构体，此时表现为非晶 状态。
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（5）非晶体玻璃
石英玻璃：石英玻璃的结构是无序而均匀的，有序范围大约是
0.7~0.8nm。硅氧四面体[SiO4]之间的转角宽度完全是无序分布的， [SiO4]以顶角相连，形成一种向三度空间发展的架状结构。
（1）有序态和无序态 根据组成物质的原子模型，可将自然界中物质状态分为有
序结构和无序结构两大类。
（2）长程有序和短程有序 晶体中原子的排列是长程有序的；而非晶体是长程无序的，
只是在几个原子的范围内才呈现出短程有序。
（3）单晶体、多晶体、微晶体和非晶体
• 单晶体：原子在整块材料中的排列都是规则有序的； • 多晶体 只有在晶粒内部，原子的排列才是有序的； • 微晶体 • 非晶体：不存在晶粒和晶界，不具有长程有序。
第6章非晶态材料的制备
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（4）非晶态的基本定义 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体。
第6章非晶态材料的制备
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非晶态材料在微观结构上具有三个基本特征：
（a）只存在小区间内的短程有序，在近邻和次近邻原子 间的键合（如配位数、原子间距、键角、键长等）具有一 定的规律性，而没有任何长程有序；
（b）它的衍射花样是由较宽的晕和弥撒环组成，没有表 征结晶态的任何斑点和条纹，用电镜看不到晶粒、晶界、 晶格缺陷等形成的衍衬反差；