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、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。
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
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。
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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。
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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 。
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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
《非晶材料制备技术》课件
02
非晶材料的制备方法
气相沉积法
物理气相沉积法
利用物理方法（如真空蒸发、溅射等） 将材料气化，然后在基体上凝结形成非 晶态薄膜。
VS
化学气相沉积法
利用化学反应生成非晶态材料，通常在高 温下进行，可以制备连续的非晶带材。
液相急冷法
快淬法
将熔融状态的合金或化合物迅速冷却，通过 快速冷却抑制晶体形成，获得非晶态材料。
喷铸法
总结词
一种制备非晶合金薄片的方法
详细描述
喷铸法是一种制备非晶合金薄片的方法，通过将金属熔体以高速喷溅到冷却表面上，使 金属熔体在冷却过程中形成非晶态结构。这种方法可以获得具有优异性能的非晶合金薄
片材料。
甩带法
总结词
一种制备非晶合金丝材的方法
详细描述
甩带法是一种制备非晶合金丝材的方法，通 过将金属熔体甩到旋转的冷却轮上，使金属 熔体在快速冷却过程中形成非晶态结构。这 种方法可以获得具有优异性能的非晶合金丝
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粉末冶金法
总结词
通过将金属粉末进行烧结、熔炼、挤压等工艺，制备出 非晶复合材料。
详细描述
粉末冶金法是一种制备非晶复合材料的方法，通过将金 属粉末进行烧结、熔炼、挤压等工艺，制备出非晶复合 材料。该方法具有制备工艺灵活、可制备形状复杂的非 晶复合材料等优点，广泛应用于非晶复合材料的制备。
化学共沉淀法
应用价值
合金成分优化是非晶材料研究的重要方向，对于 推动非晶材料的应用具有重要意义。
表面处理技术
01 总结词
采用表面处理技术可以提高非 晶材料的表面质量和性能。
02
详细描述
非晶材料在应用过程中，其表 面质量对于性能的发挥至关重 要。表面处理技术如喷涂、电 镀、化学镀等可以有效改善非 晶材料的表面状态，提高其耐 磨、耐腐蚀等性能。
非晶态合金制备综述课堂PPT(1).ppt
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。
14
2.5 机械合金化和机械球磨技术
对结构研究建模的方法
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为两大类。
微晶模型
不连续 模型
连续 模型
聚集团模型等
连续无规则 网络模型
硬球无规则 密堆模型等
6
2、非晶态合金制备工艺
• 非晶态材料制备主要以快冷凝固技术为主。快冷凝固又包 括急冷技术和大过冷技术。
越来越多的 研究者被吸 引到此领域， 竞相发明不 同的技术， 并以此制备 各种不同的 非晶态合金。
3
现阶段的发展
• 20世纪70年代后，人们制备出厚度小于50μm、宽15cm的
连续非晶薄带
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。
12
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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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。
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2.5 机械合金化和机械球磨技术
对结构研究建模的方法
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为两大类。
微晶模型
不连续 模型
连续 模型
聚集团模型等
连续无规则 网络模型
硬球无规则 密堆模型等
6
2、非晶态合金制备工艺
• 非晶态材料制备主要以快冷凝固技术为主。快冷凝固又包 括急冷技术和大过冷技术。
越来越多的 研究者被吸 引到此领域， 竞相发明不 同的技术， 并以此制备 各种不同的 非晶态合金。
3
现阶段的发展
• 20世纪70年代后，人们制备出厚度小于50μm、宽15cm的
连续非晶薄带
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。
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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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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
Zr-Al-Ni-P 和 Pd-Cu-Ni-P 非 晶 合 金 的 ΔTx 的 值 超 过 100K
Zr-Al-Ni-P 和 Pd-Cu-Ni-P 非 晶 合 金 的 ΔTx 的 值超过100K
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
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
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。
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。
非晶态材料的结构规则的排列， 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
图1 气体、熔体、玻璃和晶体的X射线衍射图
晶体：有序结构，当晶面满足布拉维衍射条件时，便
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
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
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
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
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
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。
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。
下表为典型块状非晶合金及其开发年代
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”