第六讲 非晶合金01
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第6章 非晶合金
组元间电负性及原子尺寸相差越大 （10%~20%），越容易形成非晶态。 由一种过渡金属或贵金属和类金属元素（B， C，N，P 非晶材料的制备
如前所述，非晶态固体与晶态固体相比，从微 观结构讲有序性低；从热力学讲，自由能要高，因而 是一种亚稳态。基于这样的特点，制备非晶态固体必 须解决下述两个问题： （1）必须形成原子或分子混乱排列的状态； （2）必须将这种热力学上的亚稳态在一定的温度 范围内保存下来，使之不向晶态转变。 基于上述特点，最常见的非晶态制备方法有液 相急冷和从稀释态凝聚等，包括蒸发、离子溅射、辉 光放电和电解沉积等，近年来还发展了离子轰击、强 激光辐照和高温压缩等新技术。 下面我们主要从原理方面介绍几种方法。
只有三T曲线前端即鼻尖对
T
结晶相
应析出10－6体积分数的晶体的 时间是最少的。为避免析出10
－6分数的晶体所需的临界冷却
t
速率可由下式近似求出
临界冷却速度（dT/dt）c≈△Tn/τn，△Tn=TMTn，Tn和τn分别是三T图曲线头部(Nose of Curve)之点的温度和时间。
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。
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。
非晶合金
我们先从非晶材料说起，在日常生活中人们接触的材料一般有两种：一种是晶态材料，另一种是非晶态材料。
所谓晶态材料，是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。
反之，内部原子排列处于无规则状态，则为非晶态材料, 一般的金属，其内部原子排列有序，都属于晶态材料。
科学家发现，金属在熔化后，内部原子处于活跃状态。
一但金属开始冷却，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。
如果冷却过程很快，原子还来不及重新排列就被凝固住了，由此就产生了非晶态合金,制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。
将处于熔融状态的高温液体喷射到高速旋转的冷却辊上。
合金液以每秒百万度的速度迅速冷却，仅用千分之一秒的时间就将1300℃的合金液降到室温，形成非晶带材。
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的变化。
以铁基非晶合金为例，它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。
由于这样的特性,非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。
例如，用于航空航天领域，可以减轻电源、设备重量，增加有效载荷。
用于民用电力、电子设备，可大大缩小电源体积，提高效率，增强抗干扰能力。
微型铁芯可大量应用于ISDN中的变压器。
非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。
非晶合金神奇的功效，具有广阔的市场前景。
在对非晶材料有了初步的了解后,我们再来看一下非晶带材的一个非常具有前景的应用领域——非晶变压器。
非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料——非晶合金制作铁芯而成的变压器，它比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗(指变压器次级开路时，在初级测得的功率损耗)下降80%左右，空载电流(变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流)下降约85%，是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等配变利用率较低的地方。
非晶合金铁芯配电变压器的最大优点是，空载损耗值特低。
非晶合金 (1)
图1 各种材料性能对比
2
非晶态金属合金按组成元素的不同可分为以下两大类：
1)金属-金属型非晶态合金 这类非晶态合金主要是含Zr，如
Cu-Zr、Ni-Zr(或Pd、Ta、Ti)、Fe-Zr、Pd-Zr、Ni-Co-Zr(或Nb、Ta、 Ti)、Ni(和(或)Co)-Pt等。
2)金属-类金属型非晶态合金 这类非晶态合金主要是由过渡金
1)低温弛豫T ＜ Tg
调整，以降低系统的自由能，这称为低温弛豫。非晶合金在低温弛豫阶 段的扩散系数D远远大于温度高于Tg的扩散系数Dn；电阻率随温度升高 而增大；弹性模量增加。此过程也会影响非晶的性能，如Tb（铽）Fe2 薄膜，可通过此法，使磁矫顽力从8×103A/m增加至3×105A/m。 在适当条件下，会发生结构转变，向稳定的晶态过 渡，称晶化。有些晶化过程会出现另一些新的未知亚稳相和一系列过饱 和的固溶体，此时其稳定性比非晶要好，会改善某些性能。如铁基、镍 基、钴基非晶在刚达晶化温度时，可获得高强度的微晶。
3)均匀性和各向同性
(2)非晶合金的结构模型
Bernal发现无序密 堆结构中仅有五种不同的多面体组成，如图2所 示，其中四面体和正八面体也存在于密排晶体 中。三棱柱、阿基米德反棱柱、十二面体，则 是非晶态所特有的结构单元。但是，没有一种 实际的非晶态合金可以看做由硬球组成，或只 含有一种原子。进一步考虑两种或更多组元及 化学性质因素，提出松弛的无规密堆结构模型。 图2 非晶态的五种结构 从而可解释非晶合金的某些性能，如弹性、振 a) 四面体;b)正八面体;c)三棱柱;d) 动、某些合金的磁性等问题。 阿基米德反棱柱;e)十二面体13(2)非晶合金的形成条件
称玻璃化温度，一般定义过冷液体冷却到Tg温度以下，它 的粘度达到1012Pa· s时就为非晶态。不同的冷却速度，会有不同的非晶结 构，因此Tg本身与冷却速度有关。△Tg=Tm-Tg (Tm为熔点)，△Tg越小，获 得非晶的几率越高。
非晶合金 (1)讲解
2)均匀性和各向同性 非晶合金的均匀性也包含两种含义：①结构均
匀 它是单相无定形结构，各向同性，不存在晶体的结构缺陷，如晶界、
孪晶、晶格缺陷、位错、层错等；②成分均匀 无晶体那样的异相、析
出物、偏析以及其他成分起伏。
7
3)均匀性和各向同性 在熔化温度以下，晶体与非晶体相比，晶体的
自由能比非晶体的自由能低，因此非晶体处于亚稳状态，非晶态固体总有 向晶态转化的趋势。这种稳定性直接关系到非晶体的寿命和应用。
14
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
1)过渡金属-类金属系(TL-M系)后过渡金属元素 包括周期表中
我国现在正致力于大块非晶合金的研究和开发，并在非晶形成的机理 方面取得了长足的进步。根据相关机理，采用吸铸法已制备出直径达 30mm的Zr基非晶合金，而对Pd–Ni-Cu-P的尺寸已达72mm。
我国还制定了非晶态金属的国家标准，包括28个牌号，初步形成系列
化和标准化。
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新型非晶态材料不断涌现，如快冷铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、 铁合金、镍合金、钴合金、快冷金属间化合物、快冷零维材料、快冷高Tc 超导材料等。到目前为止，我国已生产出大量漏电开关，用非晶合金系列 制作了小功率脉冲变压器和500kV大功率变压器，并将非晶合金应用到磁 头、磁放大器、磁分离、传感器、电感器件、磁屏蔽等方面。
化学性质因素，提出松弛的无规密堆结构模型。 图2 非晶态的五种结构
从而可解释非晶合金的某些性能，如弹性、振 a) 四面体;b)正八面体;c)三棱柱;d)
非晶合金
③ ⅡA族金属的二元或多元合金 Ca-Al12.5~47.5, Sr70Mg30, Ca-Pd
前过渡金属与后过渡金属是依据 d 轨道电子数的多少
来区分的。
所谓前过渡金属是指d电子数较少（一般不超过5个） 的过渡金属，如Sc、V、Ti、Zr 和 Cr等； 后过渡金属是那些d电子比较多的过渡金属，如Mn、 Fe、Co、Ni、Cu和Zn等。
铁基 3. 软磁特性 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。
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）。
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
非晶合金
非晶合金制备及应用
材料学 fairy
晶体和非晶体
• 自然界中的固体物质可以分为晶体和非晶体两大类。 • 晶体是指那些内部质点(原子、离子或分子)在三维空间周 期性地重复排列构成的固体物质。物质在熔解和凝固过程 中，固态和液态并存时，温度保持不变。 • 非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有 规则周期性排列的固体。即物质在熔解和凝固过程中，其 温度不断变化，没有明显的熔点和凝固点的固态物质。它 没有一定规则的外形，如玻璃、松香、石蜡等。它的物理 性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性”。它没有固 定的熔点。所以有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动 性很小的液体”。
5.粉末冶金法
• 利用非晶态固体在过冷液相区内有效粘度大幅度下降的特 性, 施加一定的压力使材料収生均匀流发, 从而复合为块体 。用粉末冶金制备出的大块非晶合金, 丌仅要满足密实, 而 且要避克晶化。所制设备的块体材料在纯度、致密度、尺 寸和成形等方面叐到很大限制。
6.自蔓延反应合成法
• 选叏锆、铝、镍、铜元素粉末作为合成材料，按一定的配 比混制成粉末混合体。将混合粉末压制成粉末压坯，将压 坯置于充氩气的反应容器内，采用连续CO2激光器在压坯 一端点火，引収自蔓延反应。该法是制备非晶态复合材料 的可行的方法，优点是产品近净成型, 容易进入实用化和 工业化生产。
7.定向凝固铸造法
• 采用这种方法要控制定向凝固速率和固、液界面前沿液相温度 梯度，而定向凝固所能达到的理论冷却速度可通过这两个参数 乘积估算，这种方法适于制作截面积丌大但比较长的样品。 • (1)单向熔化法 • 上述工艺属分阶段进行的,丌连续，用它们制备的棒材长度较短 ，丌适于作为生产大型部件用的原材料。为此，开収了单向熔 化法(亦称单向凝固法戒区域熔化法)。把原料合金放入呈凹状的 水冷铜模内，利用高能量热源使合金熔化。由于铜模和热源至 少有一方秱劢(秱劢速度大于10mm/s) ,所以加热后形成的固化区 之间产生大的温度梯度G和大的固液界面秱劢速度v，从而获得 高的冷却速度，使熔体快速固化，形成连续的块体非晶合金。 目前，用该工艺已能制备长300mm、宽12mm、高10mm的 Zr2Al2Ni2Cu2Pd系块体非晶体。
材料学 fairy
晶体和非晶体
• 自然界中的固体物质可以分为晶体和非晶体两大类。 • 晶体是指那些内部质点(原子、离子或分子)在三维空间周 期性地重复排列构成的固体物质。物质在熔解和凝固过程 中，固态和液态并存时，温度保持不变。 • 非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有 规则周期性排列的固体。即物质在熔解和凝固过程中，其 温度不断变化，没有明显的熔点和凝固点的固态物质。它 没有一定规则的外形，如玻璃、松香、石蜡等。它的物理 性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性”。它没有固 定的熔点。所以有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动 性很小的液体”。
5.粉末冶金法
• 利用非晶态固体在过冷液相区内有效粘度大幅度下降的特 性, 施加一定的压力使材料収生均匀流发, 从而复合为块体 。用粉末冶金制备出的大块非晶合金, 丌仅要满足密实, 而 且要避克晶化。所制设备的块体材料在纯度、致密度、尺 寸和成形等方面叐到很大限制。
6.自蔓延反应合成法
• 选叏锆、铝、镍、铜元素粉末作为合成材料，按一定的配 比混制成粉末混合体。将混合粉末压制成粉末压坯，将压 坯置于充氩气的反应容器内，采用连续CO2激光器在压坯 一端点火，引収自蔓延反应。该法是制备非晶态复合材料 的可行的方法，优点是产品近净成型, 容易进入实用化和 工业化生产。
7.定向凝固铸造法
• 采用这种方法要控制定向凝固速率和固、液界面前沿液相温度 梯度，而定向凝固所能达到的理论冷却速度可通过这两个参数 乘积估算，这种方法适于制作截面积丌大但比较长的样品。 • (1)单向熔化法 • 上述工艺属分阶段进行的,丌连续，用它们制备的棒材长度较短 ，丌适于作为生产大型部件用的原材料。为此，开収了单向熔 化法(亦称单向凝固法戒区域熔化法)。把原料合金放入呈凹状的 水冷铜模内，利用高能量热源使合金熔化。由于铜模和热源至 少有一方秱劢(秱劢速度大于10mm/s) ,所以加热后形成的固化区 之间产生大的温度梯度G和大的固液界面秱劢速度v，从而获得 高的冷却速度，使熔体快速固化，形成连续的块体非晶合金。 目前，用该工艺已能制备长300mm、宽12mm、高10mm的 Zr2Al2Ni2Cu2Pd系块体非晶体。
第6章 非晶合金
3T曲线转折的原因
ΔT太小时，析晶推动力小，析晶时间长；当 ΔT太大时，熔体η大，原子迁移速率低，析晶 困难，需要很长时间。所以3T图呈现如图所 示的这种形状，曲线右边是析晶区域，曲线左 边是形成玻璃区域。 临界冷却速度越大，越难形成玻璃，而析晶容 易。
思考题：判别不同物质形成玻璃能力 大小。
非晶的长程无序
径向分布函数是用来表征非晶态金属结构的。在非晶态金属中存在 短程有序，有一定的最近邻和次近邻配位层，在径向分布函数中有明显 的第一峰和第二峰。由于非晶态金属中不存在长程有序，所以在径向分 布函数中第三近邻以后没有可分辨出的峰。
图 3 补充：径向分布函数通常指的是给定某个粒子的坐标，其他粒子在空间的分布几率 （离给定粒子多远）。所以径向分布函数既可以用来研究物质的有序性，也可以用来 描述电子的相关性。
制备非晶态固体就是防止结晶的过程。 从热力学来看，物质所处状态的稳定性，决定于热 力学位能，而对于晶态和非晶态之间的变化，影响热力 学位能的主要因素是混乱的变化引起的熵变。由于非晶 态的混乱度大于晶态，其自由能也就较高，换言之，非 晶态属于亚稳定态。
非晶的形态学
图 2
在降温过程中，气态原子 在沸腾温度Tb凝结为液态， 在冷却过程中液体的体积 以连续的方式减小,光滑的 V(T)曲线的斜率为液体的 热膨胀系数。当温度低到 熔点Tf时，发生液体到固 体的转变(液态氦除外)， 固体的特征之一为斜率较 小的V(T)曲线，液体到晶 体的转变可由晶体体积的 突然收缩和V(T)曲线上的 不连续性来标明。
（3）中子辐照法 1．液态快冷 (1)熔液急冷法 （4）离子注入法 (2)雾化法 （5）离子混合法 (3)激光熔凝法 5.化学 2. 纯熔液大过冷 (1)氢化法 (1)乳化液滴法 (2)电沉积法 (2)熔剂法 (3)落管法 (3)化学镀法 3.物理和化学气相沉积 6.机械 (1)蒸发法 (1)高能球磨法 (2)溅射法 (2)机械合金法 (3)激光化学气相沉积法 (4)等离子体激发化学气相沉积法7.反应 4. 辐照 （1）固态反应法 (1)离子轰击法 （2）固溶体分解法 (2)电子轰击法 8.高压
非晶合金
塑性低： < 1% (拉伸)
难以作为结构件材料使用
制备技术难：只能制做简单形状样品
制约应用的另一主要问题——制备技术
大块非晶合金性能上的特殊性使得高温塑性加工（锻造）、焊接、轧制、机械加工等都很难！
虽然在特定的温度区间可进行超塑性成型，但其超塑性温度区间很窄，不适用于大尺寸、复杂形状和薄壁件成形！
摘要：金属玻璃又称为非晶态合金，是一种优异的磁性材料。本文主要介绍了金属玻璃的问世、特性、以及金属玻璃在纳米领域中的应用。
关键字：问世、特性、纳米领域中的 应用。
1.金属玻璃的问世
1960年，美国科学家皮杜威等首先发现某些液态贵金属合金（如硅合金）在冷却速度非常快的情况下，当金属内部的原子来不及“理顺”位置，仍处于无序状态时，便马上凝固了，成为非晶态金属。这些非晶态金属具有类似玻璃的某些结构特征，故称为“金属玻璃”【1】。在1950年，冶金学家学会了通过混入一定量的金属——诸如镍和锆一去显出结晶体。当合金的薄层在每秒一百万摄氏度的速率下冷却时，它们形成金属玻璃。但因为要求迅速冷却，它们只能制造成很薄的条状物、导线或粉末【2】。20世纪80年代，随着“块体金属玻璃”的问世（直径达到毫米级），非晶态金属的应用才有所推广。 块体金属玻璃虽然是种难得的好材料，但它们主要是以锆或铂等作为主要元素机体，成本非常高。材料科学家们20年来一直在寻找便宜的大块金属玻璃，直到现在才取得突破性进展。目前他们研究出来的这代金属玻璃，以50％的铁，加上钼、钇、锰、碳、硼、铬和钴等化学元素，混合而成。其突破在于：首先是在技术上，合金的玻璃形成能力大为增强。与过去相比，钇的加入使材料形成非晶态能力大大增强，合金材料的冷却速度放慢了许多；其次，合成材料用的铁等其他元素都比较便宜，所以成本较低；三是产品的尺寸比过去大，过去金属玻璃棒直径只能以毫米计算，现在可以达到1．2厘米。更主要的是，通过他们对此种非晶态合金形成机理的详细研究，人们对此类材料的制备、形成能力以及所涉及的凝固过程都有了进一步的认识【3】。
难以作为结构件材料使用
制备技术难：只能制做简单形状样品
制约应用的另一主要问题——制备技术
大块非晶合金性能上的特殊性使得高温塑性加工（锻造）、焊接、轧制、机械加工等都很难！
虽然在特定的温度区间可进行超塑性成型，但其超塑性温度区间很窄，不适用于大尺寸、复杂形状和薄壁件成形！
摘要：金属玻璃又称为非晶态合金，是一种优异的磁性材料。本文主要介绍了金属玻璃的问世、特性、以及金属玻璃在纳米领域中的应用。
关键字：问世、特性、纳米领域中的 应用。
1.金属玻璃的问世
1960年，美国科学家皮杜威等首先发现某些液态贵金属合金（如硅合金）在冷却速度非常快的情况下，当金属内部的原子来不及“理顺”位置，仍处于无序状态时，便马上凝固了，成为非晶态金属。这些非晶态金属具有类似玻璃的某些结构特征，故称为“金属玻璃”【1】。在1950年，冶金学家学会了通过混入一定量的金属——诸如镍和锆一去显出结晶体。当合金的薄层在每秒一百万摄氏度的速率下冷却时，它们形成金属玻璃。但因为要求迅速冷却，它们只能制造成很薄的条状物、导线或粉末【2】。20世纪80年代，随着“块体金属玻璃”的问世（直径达到毫米级），非晶态金属的应用才有所推广。 块体金属玻璃虽然是种难得的好材料，但它们主要是以锆或铂等作为主要元素机体，成本非常高。材料科学家们20年来一直在寻找便宜的大块金属玻璃，直到现在才取得突破性进展。目前他们研究出来的这代金属玻璃，以50％的铁，加上钼、钇、锰、碳、硼、铬和钴等化学元素，混合而成。其突破在于：首先是在技术上，合金的玻璃形成能力大为增强。与过去相比，钇的加入使材料形成非晶态能力大大增强，合金材料的冷却速度放慢了许多；其次，合成材料用的铁等其他元素都比较便宜，所以成本较低；三是产品的尺寸比过去大，过去金属玻璃棒直径只能以毫米计算，现在可以达到1．2厘米。更主要的是，通过他们对此种非晶态合金形成机理的详细研究，人们对此类材料的制备、形成能力以及所涉及的凝固过程都有了进一步的认识【3】。
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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ppt课件
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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ppt课件
（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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ppt课件
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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ppt课件
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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ppt课件
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
建筑工程类非晶态合金part1(课堂讲义)
用的毫克大小的金属玻璃
样品。
它由气相以一个原子挨着
一个原子的方式结合成非 晶态固体。完全避免了形 成液相。 用来制备那些用快速凝固
方法无法得到的玻璃。
• 如果冷却得足够快和足够低，几乎所有的材料都可以制备成非晶
态材料。
• 足够快？？ • 足够低？？
不同的材料要求不同
非晶态合金
• 第一节 非晶态合金简介
• 第二节 非晶态合金的制备、性能及应用
• 2.1 非晶态合金薄膜（条带）的制备
• 2.2 大块非晶的制备
• 2.3 非晶合金的性能 • 2.4 非晶合金的应用 • 2.6 最新进展
• 熔体急冷法
冷却速度可达105-108K／s。 熔体急冷法可直接获得在某一方向尺寸很小的非晶薄带或丝。
• 薄带的厚度(10—100um范
晶体的结构与表征方法
R la mb nc
晶体由于长周期有序性， 可以用晶面，晶面指数， 晶向，晶向指数来描述
• 非晶体由于缺乏长周期有序性，
无法用这些概念来描述
• 如何描述非晶体结构？
非晶态合金的结构特点： 1. 不存在长程有序性，没有平移周期性（长程无序） 2. 每个原子都存在最近邻原子，在几个原子间距内，原 子的排列仍然有着一定的规律 （短程有序）
非晶态和晶态的双体相关函数可以看出，非晶态结构与液态结构非 常接近,存在一定的短程有序，而与气态和晶态则差别显著
•
引入双体分布函数后，径向 分布函数还可以表达为：
RDF(r ) 4r (r ) 4r 0 g (r )
2 2
• 径向分布函数并不能完备地描述非晶态结构，它表征了半径为r的单
的Al—Ln(Ln＝Y，La，Ce)、三元的Al—TM—(Si，Ge)、Al—EM—
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
14
• 金属玻璃在高于晶化温度Tc退火时，由于热激活的 能量增大，非晶合金克服稳定化转变势垒，转变成 自由能更低的晶态。 • 晶化中金属玻璃的结构变化较大，一般涉及原子长 程扩散，所需激活能比发生结构弛豫时高。晶化中 发生相应的结构变化，合金许多性质也会产生较大 的变化。
晶化热处理
15
• 非晶晶化结晶与凝固结晶类似，也是一个形核和长 大的过程。
第六讲 非晶合金
Amorphous Alloy
1
主要内容
非晶态合金的发展
非晶态合金的结构
非晶态合金的性能
非晶态合金的制备 非晶态合金的应用
2
• 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。
• 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。
13
• 金属玻璃结构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下退火时，合金内部原子的相对 位置会发生较小变化，合金密度增加，应力减小， 能量降低，使金属玻璃的结构逐步接近有序度较高 的“理想玻璃”结构，这种结构变化称为结构弛豫 。 • 发生结构弛豫的同时，非晶合金的密度、比热、粘 度、电阻、弹性模量等性质也会产生相应变化。
晶化是固态反应过程，受原子在固相中的扩散支 配，所以晶化速度没有凝固结晶快。 非晶比熔体在结构上更接近晶态，晶化形核时作 为主要阻力的界面能比凝固时固液界面能小，因 而形核率很高，非晶合金晶化后晶粒十分细小。 实际快速凝固中，形成非晶同时也可能形成一些 细小的晶粒，它们在非晶晶化时可作为非均匀形 核媒质。此外，非晶中的夹杂物、自由表面等都 可使晶化以非均匀形核方式进行。
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。
非晶合金的结构及调控机制
非晶合金的结构及调控机制在材料科学领域，非晶合金是一个备受研究的热点领域。
非晶合金是由多种元素组成的金属合金，在它的晶体结构中没有长程的有序性，也不具备明显的晶体结构特征。
而这种结构特点使得非晶合金具有许多优异性能及潜在应用价值。
然而，非晶合金的结构及调控机制仍然存在许多未知之处，需要我们不断探索和研究。
非晶合金的基本结构非晶合金的基本结构是无序的，它的原子排列没有明显的周期性。
这种结构也被称为玻璃结构或非晶态结构。
在这种结构中，原子之间的相互作用是无规律的，因此非晶合金具有很高的玻璃化转变温度和较好的抗腐蚀性能。
另外，许多非晶合金在玻璃转变温度下具有高度的弹性。
这意味着这些材料可在高应变条件下弹性地变形，而不像传统的晶体结构材料那样产生可塑性变形。
这种性质使非晶合金具有广泛的应用前景，例如在高度动态负载环境下的应用，如机械防弹衣等。
非晶合金的调控机制非晶合金的结构是由许多因素共同影响而成的。
这些因素包括材料元素成分、凝固速率、混合温度等。
通过调整材料成分、凝固速率和混合温度等因素，我们可以调控非晶合金的结构和性能。
材料成分材料成分是影响非晶合金结构和性能的关键因素之一。
硬度、强度、塑性和韧性等性能都与非晶合金的化学成分有关。
例如，当有些基体元素或合金元素含量超过一定界限时，非晶合金的玻璃转变温度会显著提高。
凝固速率非晶合金结构和性能也与其凝固速率密切相关。
凝固速率较高时，原子无法达到充分的排列有序，从而形成一个无序的非晶态结构。
反之，凝固速率较慢时，原子会排列成有序的晶体结构。
混合温度混合温度是指非晶合金形成的条件之一。
当原始材料混合时间和温度相同时，原子无法充分混合，形成有序结构。
而在合适的高温混合条件下，原子可以完全混合在一起，形成无序的非晶结构。
总之，通过调控非晶合金的成分、凝固速率和混合温度等因素，可以控制非晶合金的结构和性能。
这种结构调控机制，为我们深入研究非晶合金的制备和应用，提供了新的思路和方法。
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材料的韧性高得多，比石英玻璃的
断裂韧性约高二个数量级。
•21
• 金属玻璃的塑性与外力方向有关.
• 处于压缩、剪切、弯曲状态时，非晶合
金具有很好的延性，压缩延伸率可达 40 ％，轧制时压下率为 50％以上也不会产 生断裂，薄带对弯至 180 度一般也不会 断裂。 • 非晶合金在拉伸应力条件下的延伸率很 低，一般只有约0.1%。
防护涂层，这是非晶材料最早的工业应用，但并末引起广泛
注意。
•6
• 1958年，安德森提出：当晶格无序度超过一定临界标准后，
固体中的电子长程扩散将会消失。 • 同年，在美国阿尔弗雷德召开了第一次非晶态固体国际会议。 从此，非晶物理与材料的研究成为材料科学的一个重要分支。 • 1960年，古贝蒙维从理论上预示非晶固体具有铁磁性：晶态 固体的电子能带过渡到液态时不会有任何基本形式的改变， 这意味着能带结构更依赖于短程序，而不是长程序，电子之
• 非晶合金在外力作用下应变不均匀，受
疲劳应力作用时疲劳裂纹容易形核，疲 劳寿命较低。
•22
密度
• 非晶是一种短程有序密排结构，与长程有序的晶态密排结构
相比，非晶合金的密度一般比成分相近的晶态合金低1-2％。
Fe88B12 合金在晶态时密度为 7.52g/cm3 ，在非晶态时密度为 7.45g/cm3。 • 非晶合金具有很高强度、硬度、耐磨性能和韧性，在弯曲、 压缩状态时有很好的延性，但拉伸延性、疲劳强度很低，所 以一般不能单独用作结构材料。许多成分的金属玻璃经适当 晶化处理后，综合力学性能会有很大提高。
非晶磁头
•9
非晶态合金的结构特征
•10
• 非晶体与晶体都是由气态、液态凝固而成，由于冷却速率不同，形
成的结构也迥然不同。 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，形成非晶态固体。
晶体
非晶体
•27
某些非晶态合金的软磁特性
合金 Fe80B20 Fe40Ni40P14B6 Fe80P13C7 Fe4.7Co70.3Si15B10 Co75Si15B10 处理条件 磁场退火 去应力退火 磁场退火 熔体急冷 熔体急冷 矫顽力 (A/m) 3.18 0.64 1.43 1.04 2.39 最大 磁导率 32.0×104 87.5×104 18.0×104 18.1×104 3.0×104 剩磁 (T) 1.23 0.70 1.3 0.23 0.2 磁致伸缩 系数 — — — -0.1×10-6 -3×10-6
非晶态Cu77Ag8P15
Ni68Si15B17 Cu0.6Zr0.4
136
152 350
-120
0 -90
•26
磁学性能
• 部分非晶合金具有良好的铁磁性能。
• 非晶合金中没有晶界，一般也没有沉淀相粒子等障碍对磁畴
壁钉扎，所以非晶合金很容易磁化，矫顽力极低。
• 非晶合金经部分晶化后产生的极细晶粒可作为磁畴壁非均匀 形核媒质，细化磁畴，获得比晶态软磁合分更好的高频 ( ＜ 100kHz)软磁性能。 • 某些铁基非晶合金(例如Co-Fe-B-Si)在很大频率范围内都具有 很高的磁导率。
合比一般晶态合金强得多； • 非晶合金中原子排列长程无序，缺乏周期性，合金受力时不 会产生滑移； • 非晶合金具有很高的强度、硬度和较高的刚度，是强度最高
的实用材料之一。
高强度非晶材料
•18
金属玻璃的强度、硬度和弹性模量
合金
Ni36Fe32Cr14P12B6 Ni40Fe20P14B4Si2 Fe80P16C1B1 Fe80Si10B10 Fe80P13C7 Fe80B20 Co77.5Si12.5B10 Ni60Nb40 Cu50Zr50 屈服强度 /GPa 2.73 2.35 2.44 2.91 2.30 3.63 3.58 1.93 1.80 断裂强度 /GPa / 2.38 / / 3.04 / / / / 硬度 /GPa 8.63 7.77 8.19 8.13 7.45 10.79 11.2 8.82 5.68 弹性模量 /GPa 141 129 135 158 122 166 190 125 83.5
速对保证非晶稳定性十分重要。 组态熵较大的合金晶化激活能越大，发生结构弛豫或晶化时 所需的能量越高，非晶结构越稳定。 中子辐照可使极细的晶粒非晶化，消除晶化时非均匀形核媒
质，提高非晶合金的稳定性。
•16
非晶态合金的性能
•17ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
强度、硬度和刚度
• 非晶中原子有较强的键合，特别是金属-类金属非晶中原子键
•14
• 非晶晶化结晶与合金熔液凝固结晶类似，也是一个形核和长 大的过程。 晶化是固态反应，受原子在固相中的扩散支配，晶化速 度没有凝固结晶快； 非晶比熔体在结构上更接近晶态，晶化形核时主要阻力 项(固固界面能)比凝固时(固液界面能)小；
实际凝固中，非晶形成的同时也可能形成一些细小晶粒，
它们在晶化时可作为非均匀形核媒质，非晶中的夹杂物、 自由表面等都可使晶化以非均匀形核方式进行。 非晶晶化时形核率很高，晶化后晶粒十分细小；
8.0
4.8
0.10
0.11
-0.15
0
-0.15
0
-0.15
0
-0.25
-1.1
•25
电学性能
• 非晶具有长程无序结构，在金属-类金属非晶合金中含有较多
的类金属元素，对电子有较强的散射。 • 非晶合金一般具有较高的电阻率，是相同成分晶态合金电阻 率的2-3倍，电阻温度系数比晶态合金小。
某些晶态及非晶态合金的电阻率和电阻温度系数 合金 晶态Cu Cu55Ni45 Ni80Cr20 电阻率(μΩ·cm) 1.72 49.0 103 电阻温度系数(10-6/K) 4330 — 70
间的交换作用与短程序相关，与晶格结构并无必然的联系。
因此，短程序的非晶固体应具有铁磁性。
•7
• 1965年，马德和诺维克在真空沉积的Co-Au合金薄膜中发现了
非晶的铁磁性。
• 1970 年，杜韦兹等用喷枪法将 70%Au-30%Si 液态金属高速急 冷制成非晶合金，这种方法使工业化大规模生产非晶合金成 为可能。 • 1973 年，美国生产出具有很好导磁和耐蚀性能的非晶铁基合 金薄带，非晶合金的研究和应用受到世界各国广泛的重视。
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。
•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； 在高于晶化温度Tc退火时，由于热激活能增大，非晶合金 克服稳定化转变势垒，形成自由能更低的晶态，晶化转
变涉及原子长程扩散，所需激活能比结构弛豫高，非晶
合金的许多物理性能也产生较大变化。
•19
• 一些非晶合金的强度甚至超过了高强度马氏体时效钢 (σs
约2GPa)，强度最高的Fe80B20的屈服强度与经过冷拉的钢 丝差不多。 • 金属玻璃具有很好的室温强度和硬度的同时，也具有很 好的耐磨性能，在相同的试验条件下磨损速度与 WCrCo
耐磨合金差不多。
•20
韧性和延性
• 非晶合金不仅具有很高的强度和硬 度，与脆性的无机玻璃截然不同， 还具有很好的韧性，并且在一定的 受力条件下还具有较好的延性。 • Fe80B20 非 晶 合 金 的 断 裂 韧 性 可 达 12MPa.m-1/2 ，这比强度相近的其它 柔韧的非晶
• 非晶中没有晶界、沉淀相相界、位错等容易引起局部腐蚀的 部位，也不存在晶态合金容易出现的成分偏析，所以非晶合
金在结构和成分上都比晶态合金更均匀，具有更高的抗腐蚀
性能。 • 含 Cr 的 Fe 基、 Co 基和 Ni 基非晶合金，特别是含 P 等类金属元 素的非晶合金，具有突出的抗腐蚀能力。 Cr可形成防腐蚀保护膜， P可促进防腐蚀保护膜的形成
•23
热学性能
• 非晶态合金处于亚稳态，是温度敏感材料。
• 如果材料的晶化温度较低，非晶态合金更不稳定，有些甚
至在室温时就会发生转变。
非晶的热处理
•24
• 金属玻璃在相当宽的温度范围内，都显示出很低的热膨胀系 数，并且经过适当的热处理，还可进一步降低非晶合金在室 温下的热膨胀系数。 几种非晶合金的热膨胀系数(10-6/℃)
气体
•11
晶体、非晶体、气体原子排列示意图
• 非晶原子的排列状态类似液体原子，但它与液体又有不同之处： 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， 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 混乱的；
非晶排列无序并不是完全混乱，而是破坏了长程有序的周
第六讲 非晶合金
Amorphous Alloy
•1
主要内容
非晶态合金的发展
非晶态合金的结构
非晶态合金的性能
非晶态合金的制备
非晶态合金的应用
•2
• 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。 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。
非晶合金 Fe72Co18Zr10 (300℃×慢冷) Fe72Ni18Zr10 (急冷状态) Fe68Co17V5Zr10 (急冷状态) -195℃-100℃ 3.2 -100℃0℃ 0.12 0 ℃50℃ 0.12 50℃100℃ 0.12 100℃200℃ 0.12 200℃300℃ 0.12