非晶合金PPT演示课件
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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。
5
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、纳米晶软磁合金磁芯介绍PPT课件
应用范围 体积小，可以广泛应用于高频开关电源和其它电子设 备中降低开关管的尖峰，抑制输出高次纹波幅值。具 有发热小（损耗小）、占用空间小的优点，常用于套 在晶体管管脚上使用。
EMI滤波器
EMI滤波的原理： 市电进入电源后，首先经过是最前级的EMI滤 波电路部份，EMI滤波的主要作用是滤除外界 电网的高频脉冲对电源的干扰，同时还有减少 开关电源本身对外界的电磁干扰。
保护用电流互感器磁芯
漏（触）电保护器用零序电流互感器铁芯，采 用Fe-Ni基非晶态合金、超微晶（纳米晶）软 磁合金制成。根据不同的技术要求，分别用于 家用、工业用及要求高灵敏度的漏（触）电保 护器等。
性能特点
性能特点
保护用电流互感器主要与继电装置配合，在 线路发生短路过载等故障时，向继电装置提 供信号切断故障电路 ，以保护用电流互感器， 以保护供电系统的安全。保护用微型电流互 感器的工作条件与测量用互感器完全不同， 保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十 倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感 器主要要求：1、绝缘可靠，2、足够大的准 确限值系数，3、足够的热稳定性和动稳定性。
什么叫磁放大器？
工作原理
如图铁心A和B的结构尺寸及材料均相同，每个铁心上绕有直流
绕组和交流绕组，两直流绕组和两交流绕组的匝数相同。两直流 绕组反接串联后接至直流控制电源。两铁心中的交流磁通Φ～方 向相同，而直流磁通Φ=方向则相反。两直流绕组反接串联的目 的是为了抵消两铁心中的交流磁通在直流绕组上感应的交变电动 势。当直流绕组中输入的直流控制电流为零时，两铁心中均无直 流励磁，两交流绕组的电感最大,电抗值也最大,此时交流负载电 流为最小。当输入直流控制电流时，铁心中的直流磁通增加，磁 通密度相应增加，两交流绕组的电感减小，输出交流负载电流增 大。
EMI滤波器
EMI滤波的原理： 市电进入电源后，首先经过是最前级的EMI滤 波电路部份，EMI滤波的主要作用是滤除外界 电网的高频脉冲对电源的干扰，同时还有减少 开关电源本身对外界的电磁干扰。
保护用电流互感器磁芯
漏（触）电保护器用零序电流互感器铁芯，采 用Fe-Ni基非晶态合金、超微晶（纳米晶）软 磁合金制成。根据不同的技术要求，分别用于 家用、工业用及要求高灵敏度的漏（触）电保 护器等。
性能特点
性能特点
保护用电流互感器主要与继电装置配合，在 线路发生短路过载等故障时，向继电装置提 供信号切断故障电路 ，以保护用电流互感器， 以保护供电系统的安全。保护用微型电流互 感器的工作条件与测量用互感器完全不同， 保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十 倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感 器主要要求：1、绝缘可靠，2、足够大的准 确限值系数，3、足够的热稳定性和动稳定性。
什么叫磁放大器？
工作原理
如图铁心A和B的结构尺寸及材料均相同，每个铁心上绕有直流
绕组和交流绕组，两直流绕组和两交流绕组的匝数相同。两直流 绕组反接串联后接至直流控制电源。两铁心中的交流磁通Φ～方 向相同，而直流磁通Φ=方向则相反。两直流绕组反接串联的目 的是为了抵消两铁心中的交流磁通在直流绕组上感应的交变电动 势。当直流绕组中输入的直流控制电流为零时，两铁心中均无直 流励磁，两交流绕组的电感最大,电抗值也最大,此时交流负载电 流为最小。当输入直流控制电流时，铁心中的直流磁通增加，磁 通密度相应增加，两交流绕组的电感减小，输出交流负载电流增 大。
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
14
ppt课件
真空蒸镀法示意图
15
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。
5
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
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。
【正式版】非晶态合金性能与应用PPT
非晶态合金性能 与应用
集美大学机械工程学院——童志强
1
❖ 其他性能及应用
复杂的电阻-温度关系 催化特性 超导电性（见教材表6-7，P68） ❖ 精密成形性：低熔点、良好的铸造特性、低的热膨
胀系数、对铸型的形状及表面的精密复写性。
集美大学机械工程学院——童志强
2
1.非晶态合金的机械性能
变集频美技 大术学有机利械于工节程约学电院能—、—并童减志小强体积和重量，正在大量普及。 非集晶美软 大磁学合机金械同工时程具学有院高—饱—和童磁志感强和很低的高频损耗，且热稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。 采非用晶非 软晶磁铁合芯金的同变时压具器有的高转饱换和功磁率感可和达很低50的0k高W频，损体耗积，比且功热率稳铁定氧性体好变，压是器大减功少率50开％关以电上源。用软磁材料的最佳选择。 非集晶美软 大磁学合机金械同工时程具学有院高—饱—和童磁志感强和很低的高频损耗，且热稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。 在电“子 九防五窃”系期统间中，，我早国期自利行用建钴成基了非年晶生窄产带能的力谐10波00式吨防的盗非标晶签带在材图生书产馆线中及获相得应了的大年量产应60用0吨。非晶配电变压器铁芯生产线。 如变果频组 技件术成有本利能于够节再约降电低能，、就并可减以小与体核积能和相重抗量衡，。正在大量普及。 集美大学机械工程学院——童志强 正 集在美成大为 学一 机类 械十 工分 程重 学要 院的—、—具童有志市强场竞争优势的基础功能材料。 集美大学机械工程学院——童志强 集美大学机械工程学院——童志强 采超用导非 电晶性铁（芯见的教变材压表器6-7的，转P换68功）率可达 500kW，体积比功率铁氧体变压器减少50％以上。 因其对中磁 关性键和部无件序是系高统频的损电耗子低结、构饱的和基磁础感性大研的究电，感共铁同芯获。得了1977年度诺贝尔物理学奖。 在集“美九 大五学”机期械间工，程我学国院自—行—建童成志了强年生产能力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。 变其频中技 关术键有部利件于是节高约频电损能耗、低并、减饱小和体磁积感和大重的量电，感正铁在芯大。量普及。 集 采美用大非学 晶机 铁械 芯工 的程 变学 压院 器的—转—换童功志率强可达 500kW，体积比功率铁氧体变压器减少50％以上。 非集晶美态 大材学料机有械着工其程十学分院优—越—的童价志值强，应用范围也十分广泛，可用于日常用品保护和装饰、功能材料的功能膜层、电子、电力、化工等 领19域75，年块开状始化研的发非掺晶杂合非金晶在硅这太些阳行能业电也池显，示转出化十率分不广断阔提的高应。用前景。
集美大学机械工程学院——童志强
1
❖ 其他性能及应用
复杂的电阻-温度关系 催化特性 超导电性（见教材表6-7，P68） ❖ 精密成形性：低熔点、良好的铸造特性、低的热膨
胀系数、对铸型的形状及表面的精密复写性。
集美大学机械工程学院——童志强
2
1.非晶态合金的机械性能
变集频美技 大术学有机利械于工节程约学电院能—、—并童减志小强体积和重量，正在大量普及。 非集晶美软 大磁学合机金械同工时程具学有院高—饱—和童磁志感强和很低的高频损耗，且热稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。 采非用晶非 软晶磁铁合芯金的同变时压具器有的高转饱换和功磁率感可和达很低50的0k高W频，损体耗积，比且功热率稳铁定氧性体好变，压是器大减功少率50开％关以电上源。用软磁材料的最佳选择。 非集晶美软 大磁学合机金械同工时程具学有院高—饱—和童磁志感强和很低的高频损耗，且热稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。 在电“子 九防五窃”系期统间中，，我早国期自利行用建钴成基了非年晶生窄产带能的力谐10波00式吨防的盗非标晶签带在材图生书产馆线中及获相得应了的大年量产应60用0吨。非晶配电变压器铁芯生产线。 如变果频组 技件术成有本利能于够节再约降电低能，、就并可减以小与体核积能和相重抗量衡，。正在大量普及。 集美大学机械工程学院——童志强 正 集在美成大为 学一 机类 械十 工分 程重 学要 院的—、—具童有志市强场竞争优势的基础功能材料。 集美大学机械工程学院——童志强 集美大学机械工程学院——童志强 采超用导非 电晶性铁（芯见的教变材压表器6-7的，转P换68功）率可达 500kW，体积比功率铁氧体变压器减少50％以上。 因其对中磁 关性键和部无件序是系高统频的损电耗子低结、构饱的和基磁础感性大研的究电，感共铁同芯获。得了1977年度诺贝尔物理学奖。 在集“美九 大五学”机期械间工，程我学国院自—行—建童成志了强年生产能力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。 变其频中技 关术键有部利件于是节高约频电损能耗、低并、减饱小和体磁积感和大重的量电，感正铁在芯大。量普及。 集 采美用大非学 晶机 铁械 芯工 的程 变学 压院 器的—转—换童功志率强可达 500kW，体积比功率铁氧体变压器减少50％以上。 非集晶美态 大材学料机有械着工其程十学分院优—越—的童价志值强，应用范围也十分广泛，可用于日常用品保护和装饰、功能材料的功能膜层、电子、电力、化工等 领19域75，年块开状始化研的发非掺晶杂合非金晶在硅这太些阳行能业电也池显，示转出化十率分不广断阔提的高应。用前景。
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。
9
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
的种类和雾化气体的种类。 典型例子:Fe69Si17B14、
➢ 典型例子：Cu60Zr40粉末
Fe74Si15B11非晶粉末。
20
ppt课件
3. 气-液雾化法： 气体将小颗粒（10-15μm)淬火。 高速喷射的液体为大颗粒提供较高的冷却速度，
平均淬火冷却速率可达105-106 K/s. 可以有效控制颗粒形貌。 典型例子：Fe75Si15B10、Fe81.5Si14.5B4非晶粉末。
6
ppt课件
4.非晶态形成过程的特点：
（1）从熔体中形成非晶态的过程是：ABC 即：过热熔体 过冷熔体 非晶固相
（2）非晶形成是亚稳相之间相互转变，即： 稳定过热液相 亚稳过冷液相 亚稳固相
（3）从现象上看，在非晶态的形成过程中，熔体由液态变为固态时是连续 的、粘滞系数加大的过程；
（4）欲制备非晶材料，必须抑制过程E（结晶过程）、D（非晶晶化过程） 的发生；
（5）欲保证非晶材料稳定性，要研究过程D （非晶晶化过程）发生的条件；
（6）非晶态形成过程的本质是亚稳液相与亚稳固相之间的转变 。
7
ppt课件
5.非晶态形成条件：
➢ 冷却速度：冷速足够大(大于RC ：临界冷却速率) ➢ 化学成分：组元间电负性与原子尺寸相差越大(10%-
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。
最新版整理ppt
14
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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13
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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14
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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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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13
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
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
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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。
•16
非晶态合金的性能
非晶体
气体
晶体、非晶体、气体原子排列示意图
•11
• 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 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）。
•15
• 非晶合金的结构弛豫和晶化都是亚稳非晶结构产生结构失稳时发生 的相应变化。
• 非晶结构的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，金属玻璃的自由能越高，相应的结构 稳定性越低，越易产生结构弛豫和晶化，选择适当的凝固冷 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。
• 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。
非ห้องสมุดไป่ตู้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
•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。
非晶合金带材
•4
非晶态合金的发展
•5
• 1845年，沃茨将镍的磷化物溶液分解在铁基体上获得镍的沉 积物，这种沉积物很可能就是人类第一次获得的非晶态金属， 但当时由于还没有发现X射线衍射技术，因此未能得到证实。
• 历史上有关非晶合金的第一次报导是克拉模在1934年用蒸发 沉积制得的。
• 1947年，布伦列等人用电解和化学沉积获得Ni-P和Co-P的非 晶薄膜，发现其有高硬度、耐腐蚀特性，可用作金属表面的 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。
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。
•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；
•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；
非晶Fe基带材
•8
• 我国非晶合金的研究开始于七十年代中期。 • 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。
•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 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。
•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。
•16
非晶态合金的性能
非晶体
气体
晶体、非晶体、气体原子排列示意图
•11
• 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 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）。
•15
• 非晶合金的结构弛豫和晶化都是亚稳非晶结构产生结构失稳时发生 的相应变化。
• 非晶结构的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，金属玻璃的自由能越高，相应的结构 稳定性越低，越易产生结构弛豫和晶化，选择适当的凝固冷 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。
• 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。
非ห้องสมุดไป่ตู้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
•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。
非晶合金带材
•4
非晶态合金的发展
•5
• 1845年，沃茨将镍的磷化物溶液分解在铁基体上获得镍的沉 积物，这种沉积物很可能就是人类第一次获得的非晶态金属， 但当时由于还没有发现X射线衍射技术，因此未能得到证实。
• 历史上有关非晶合金的第一次报导是克拉模在1934年用蒸发 沉积制得的。
• 1947年，布伦列等人用电解和化学沉积获得Ni-P和Co-P的非 晶薄膜，发现其有高硬度、耐腐蚀特性，可用作金属表面的 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。
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。
•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；
•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；
非晶Fe基带材
•8
• 我国非晶合金的研究开始于七十年代中期。 • 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。
•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 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。