第八章非晶态合金案例
非晶态合金制备综述课堂PPT(1).ppt
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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
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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。
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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。
非晶态合金
非晶态合金 Amorphous Alloys
非晶态合金的结构
概述，晶体与非晶 材料结构研究方法：散射法
光子：微波、红外、可见光、紫外线、X射线、γ 射线 电子
中子：冷中子、热中子、超热中子
非晶态合金的结构
双体分布函数
g (r )
原子分布函数
(r ) 0
双体分布函数
J (r ) 0 g (r ) 4r 2
非晶态合金的性能及应用
力学性能：强度远超晶态的高强度钢 软磁特性：无各向异性，磁导率、饱和磁感 应强度高；矫顽力低、损耗小 耐蚀性能：比不锈钢好的多 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）
各种散射实验方法
晶体和非晶原子排列
气体、固体、液体的原子分布函数
气体、固体、液体的原子分布函数
非晶态合金结构模型
微晶模型：非晶态材料是由“晶粒”非常细小的 微晶粒组成 拓扑无序模型
无序密堆硬球模型：贝尔纳多面体 随机网络模型
非晶态材料的制备
形成非晶态的条件
结构判据 动力学判据 C曲线（TTT图）及连续冷却图(CCT图)
第八章非晶态合金案例教学文案
1977年诺贝尔物理学奖
----电子结构理论
P.W.安德森 莫特 范弗莱克
1977年诺贝尔物理学奖授予美国新泽西州缪勒山（Murray Hill）贝尔实 验室的P.W.安德森（Philip W.Anderson,1923-- ）、英国剑桥大学的莫特（Nevill Mott,1905-1996）和美国哈佛大学的范弗莱克（John Van Vleck,1899-1980）， 以表彰他们对磁性和无序系统的电子结构所作的基础理论研究。
首次建立了原位X射线衍射研究多层膜中互扩散的新技 术，精确测量出一系列多层膜在固相反应中的互扩散 系数；发现多层膜中扩散规律及与固相反应的关系。
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。
非晶合金带材
• 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。
三、非晶态金属的结构特点
非晶态合金
1、非晶态金属的结构 （1）内部原子排列短程有序而长程无序 主要特点
气体、液体和固体的原子分布函数
三、非晶态金属的结构特点
非晶态合金
(2)均匀性 显著特点
一层含义：结构均匀、各向同性，它是单相无定形 结构，没有象晶体那样的结构缺陷，如晶界、孪晶、 晶格缺陷、位错、层错等。
研究方向： 1.新型非晶、纳米材料的探索及形成规律研究； 2.非晶、纳米材料的结构及极端条件下的物理性能； 3.非晶态物理； 4.高压下的非平衡相变及亚稳材料的合成； 5.新材料的在微重力及空间条件下的制备形成规律研究； 6.非晶合金的结构及变形机理。
我组柳延辉博士及其导师汪卫华研究员分别荣获2009年度院优博奖和导师奖
非晶态合金的研究与应用
非晶态合金的研究与应用非晶态合金是一种新型材料，它由于拥有优异的耐热、耐腐蚀、高强度等特性，近年来在航空、汽车、电子等领域得到了广泛应用。
本文将就非晶态合金的研究进展、应用现状以及未来展望进行探讨。
一、研究进展非晶态合金是指其晶体结构为无定形或近似无定形的金属合金，具有独特的物理、化学、机械等性质。
20世纪60年代初期，普鲁士莱茵的巴赫曼等人首次制备出铌基非晶态合金，此后，非晶态合金的研究逐渐成为材料科学的一个重要研究方向。
经过多年的研究，目前已经开发出了包括铁基、镍基、铜基、铝基、镁基等各种类型的非晶态合金，并对其晶体结构和性质进行了深入的研究。
二、应用现状1. 航空领域非晶态合金由于具有高强度、高韧性、耐热、耐腐蚀等特性，被广泛应用于航空领域。
例如，美国洛克希德公司利用非晶态合金制造出了一种新型航空发动机，其在空气动力学性能、噪音减小等方面都有明显优势。
2. 汽车领域非晶态合金在汽车领域的应用也越来越广泛。
一方面，它可以用于汽车发动机的关键零部件，例如气门、软驱动轮等，提高汽车的使用寿命和性能。
另一方面，非晶态合金可以制成优质的碳纤维强化复合材料，用于汽车的车身和车架等关键部件。
3. 电子领域非晶态合金在电子领域的应用也十分广泛。
例如，可以用于制造具有高密度、高性能的磁存储器件；也可以用于制造高效、节能的电力变压器。
三、未来展望目前，非晶态合金的研究已经向材料的多功能化、多组分化、形状记忆等方向发展。
未来，非晶态合金的研究方向将主要集中在以下几个方面：1. 研究制备大块非晶态合金目前，非晶态合金的制备还存在着一些难点，如制备简便度较低、生产成本较高等问题。
因此，未来将继续探索新的制备方法，力争制备大块非晶态合金。
2. 规模化应用目前，虽然非晶态合金在各个领域得到了广泛应用，但其规模化应用还面临着很多困难。
因此，未来将加大推广力度，促进非晶态合金的规模化应用。
3. 多功能化材料的开发除了单一的材料特性，未来非晶态合金的研究将探索其多功能化应用。
湖南大学金属功能材料第8章 非晶态金属材料
1951年，美国物理学家Turnbull通过水银的过冷 实验，提出液态金属可以过冷到远离平衡熔点以下 而不产生形核与长大。根据他的理论，在一定条件 下，液态金属可以冷却到非晶态。所以， Turnbull 实际上是非晶态合金的理论奠基人。
20 世纪 60 年代，非晶态合金的研究获得了重要 突破。 1960 年美国加州理工学院的 Duwez 小组发明 了采用喷枪技术来急冷金属液体的快速淬火技术。 这种快凝淬火可以达到105～106K/s冷却速度，在这 样快的冷却条件下，Au75Si25合金熔体越过结晶相的 形核和生长而形成过冷液体，即非晶态合金。这就 是大家所熟知的世界上首次报道的非晶合金。尽管 最初他们只能将数mg的液态金属喷射到Cu基底上， 获得的试样的形状不规则，厚度也不均匀，看起来 似乎没有什么商业使用价值，但是 Duwez 工作的重 要意义在于采用快冷技术比气相沉积等其他方法更 容易使大量合金形成非晶态。
在非晶合金的研究中，倾向于将毫米尺度的非晶 作为块体非晶。具有毫米级直径的非晶棒首先是由 贝尔实验室的H.S. Chen于1974年在约100K/s的冷却 速度条件下用 Pd-Cu-Si 熔体得到的。一年以后，他 们又发现了Pt-Ni-P和Au-Si-Ge两个非晶态合金系。
20 世纪 80 年代前期， Turnbull 等采用氧化物包覆 技术以 10K/s 的速度制出了厘米级的 Pd-Ni-P 非晶。 实验表明，当异质形核被抑制，合金的Trg值可以达 到 2/3，而且在冷却速度仅为 10K/s 量级时就能凝固 成厘米级的玻璃锭。尽管Pd级块体非晶合金的形成 是非常令人振奋的，但是由于Pd的价格昂贵，人们 对块体非晶合金的兴趣仅限于学术研究，其新颖性 在随后的几年逐渐下降。尽管如此，人们对新块体 非晶合金体系的探索和相关研究始00K/s ，进而生产出了均匀的块状非晶。现在大块 非晶的厚度可达到1cm。但由于数量的限制，到目前 为止对块状非晶的研究还是比较少。由于带状非晶 出现得比较早，而且比较容易生产，人们对带状非 晶的研究比较充分。
非晶态合金分析
摘要本文采用铜模吸铸法制备了有较强玻璃形成能力的Cu50Zr42Al8合金的圆锥形试样。
对制备的试样分别沿轴向和径向在不同的部位取样,利用X射线衍射（XRD）表征材料的结构特点，用金相显微镜(MeF3)观察试样的微观组织变化，用显微硬度计对圆锥形试样的硬度进行了测量。
研究表明，冷却速率对Cu50Zr42Al8合金的铸态组织有很大的影响。
由于冷却速率的不同，圆锥形试样的显微组织由表面到中心有一定的变化，依次形成了表面非晶区、非晶－晶体过渡区和中心晶体区。
过渡区内由晶体和非晶体组成，晶体的尺寸和体积分数由表面到中心逐渐增加，具有梯度变化的特征。
冷却速率不同，试样的显微硬度也不相同，在晶体区内，中心部位的硬度要高；非晶区中，中心部位的冷却速率小，硬度却高；而介于晶体－非晶之间的过渡区硬度却较低。
关键词：Cu基块状非晶；冷却速率；微观组织；显微硬度AbstractThe Cu50Zr42Al8 alloy with high glass forming ability was prepared by copper mold suction-casting process. The taper shape of sample with bottom diameters close to 10mm and with length 80mm was obtained. X-ray diffraction(XRD) was used to characterize the evolution of structure,metallograghic microscope(MeF3) was used to characterize the microstructure and micro-sclerometer was used to test microhardness.The study shows that the cooling rate was greet influence on the as-cast microstructure of Cu50Zr42Al8alloy.With different rate of cooling,micro-structure of Cu50Zr42Al8alloy are different.From the surface to the center, the fully amorphous region,glass/crystal composite and full crystal region exist respectively, The crystal size and the volume fraction increase gradually from the surface to the center, haveing the gradient characteristic. The rate of cooling is different, the test specimen microhardness is different either. To crystal area ,hardness is high in center, to amorphous region, the rate of cooling in center is small, hardness is actually high.Keyword:Cu-based bulk amorphous alloys; Rate of cooling; Micro-organization; Microhardness目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1非晶态合金简述 (1)1.2非晶合金的发展历史与研究现状 (1)1.3非晶合金的性能特征与应用 (3)1.4C U基块状非晶合金性能的研究现状 (4)1.5本论文研究的内容及意义 (8)第二章实验材料与实验方法 (9)2.1实验材料及实验工艺流程 (9)2.2实验用设备 (10)2.2.1 冷坩埚悬浮熔炼法制备锥形试样 (10)2.2.2 X射线衍射 (12)2.2.3 MeF3金相显微镜 (13)2.2.4 显微硬度 (13)第三章Cu50Zr42Al8合金的XRD分析 (14)3.1实验方法 (14)3.2实验结果 (14)3.3结果分析及讨论 (16)第四章Cu50Zr42Al8合金的组织分析 (18)4.1实验方法 (18)4.2实验结果 (18)4.3结果分析与讨论 (22)第五章Cu50Zr42Al8合金的硬度分析 (24)5.1实验方法 (24)5.2实验结果 (24)5.3结果分析与讨论 (27)结论 (28)参考文献 (29)英文资料翻译部分 (31)致谢 (55)第一章绪论1.1 非晶态合金简述自然界中的各种物质，就其原子排列方式来说，可以划分为晶体和非晶体两类。
功能材料非晶态合金
4.2 非晶态材料的制备
4.2.1 非晶态形成条件 原则上，所有的金属熔体都可以通过急冷制成非晶体。也就是说，只要冷却速度足够快，使
熔体中原子来不及作规则排列就完成凝固过程，即可形成非晶态金属。但实际上，要使一种材料 非晶化，还得考虑材料本身的内在因素，主要是材料的成分及各组元的化学本质。如大多数纯金 属即使在106K／s的冷速下也无法非晶化，而在目前的冷却条件下，已制成了许多非晶态合金。
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。
1．微晶模型
该模型认为非晶态材料是由“晶粒”非常细小的微晶粒组成。从这个角度出发，非晶 态结构和多晶体结构相似，只是“晶粒“尺寸只有几埃到几十埃。微晶模型认为微晶内的 短程有序结构和晶态相同，但各个微晶的取向是杂乱分布的，形成长程无序结构。从微晶 模型计算得出的分布函数和衍射实验结果定性相符，但细节上(定量上)符合得并不理想。
2．拓扑无序模型
该模型认为非晶态结构的主要特征是原子排列的混乱和随机性，强调结构的无序性， 而把短程有序看作是无规堆积时附带产生的结果。在这一前提下，拓扑无序模型有多种形 式，主要有无序密堆硬球模型和随机网络模型。
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，称为贝尔纳多面体。
(2)由液态快速淬火获得非晶态固体，是目前应用最广泛的非晶态合金的制备方法；
(3)由结晶材料通过辐照、离子注入、冲击波等方法制得非晶态材料；用激光或电子束辐照金 属表面，可使表面局部熔化，再以4×104～5×106K／s的速度冷却，可在金属表面产生400μm厚 的非晶层。离子注入技术在材料改性及半导体工艺中应用很普通。
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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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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4.非晶态合金的结构
VL/V= πISU3t4/3
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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
非晶合金材料在电子器件中的优势与应用
非晶合金材料在电子器件中的优势与应用随着科学技术的不断发展，电子器件的需求日益增长。
为了满足市场需求，研究人员不断探索新材料和新技术。
非晶合金材料作为一种新兴的材料，在电子器件中展现出了独特的优势和广泛的应用。
本文将详细介绍非晶合金材料的定义、特点，以及其在电子器件中的优势和应用领域。
一、非晶合金材料的定义与特点非晶合金材料，又称非晶态合金、非晶态材料，是指没有规则的晶体结构而呈非晶态结构的材料。
相对于常规的晶体材料，非晶合金材料的原子排列更加无序，没有明确的晶体晶格。
这种无序排列的结构赋予了非晶合金材料一些独特的特点。
首先，非晶合金材料具有优秀的机械性能。
其原子结构的无序排列使得非晶合金材料具有很高的强度和硬度，能够抵抗外部力的作用。
与一些传统的晶体材料相比，非晶合金材料表现出更好的韧性和耐磨性。
其次，非晶合金材料还具有良好的磁性能。
由于其原子排列的无序性，非晶合金材料在磁化过程中能够保持较低的磁滞损耗。
这使得非晶合金材料在制造电磁元件、磁传感器等电子器件时具有广泛的应用前景。
此外，非晶合金材料还具有优异的耐腐蚀性能。
这种材料的无序原子结构使其在接触腐蚀性介质时能够有效阻止腐蚀物质的渗透。
因此，非晶合金材料在制造一些对耐腐蚀性要求较高的电子器件中具有一定的优势。
二、非晶合金材料在电子器件中的优势非晶合金材料凭借其独特的特点，在电子器件中展现出了许多优势。
首先，非晶合金材料具有较低的磁滞损耗。
这是由于其无序结构导致原子在磁场作用下更容易改变自身的磁化方向，从而减小了磁滞现象的发生。
这使得非晶合金材料在制造高频电感器、变压器等磁性元件时具有较好的性能。
其次，非晶合金材料的高强度和硬度为电子器件的制造提供了更多的可能性。
相比于传统的晶体材料，非晶合金材料可以制造更小、更轻、更高效的电子器件。
此外，其良好的耐磨性也使得其在一些特殊环境下的电子器件中应用广泛。
此外，非晶合金材料的优异阻尼特性在一些需要减振的电子器件中具有广泛应用前景。
非晶态合金在石油钻采工具表面的应用
非晶态合金在石油钻采工具表面的应用王彦芳（副教授，材料系副主任）中国石油大学（华东）材料科学与工程系2012.8.10目录1、非晶态合金简介2、激光熔覆非晶复合涂层3、非晶态涂层在石油钻采工具表面的应用4、非晶态合金在其它方面的一些应用一、非晶态合金简介非晶态合金(Amorphous)，又称金属玻璃(Metallic glasses)，是指其原子在三维空间内无序排列，结构呈现短程有序、长程无序的特点，在一定温度范围内保持相对稳定的合金。
非晶合金兼具金属和玻璃两种不同性质材料的特性，与传统晶体材料相比，具有高硬度、高强度和优异的耐磨耐蚀性能等特性，是一种极具发展潜力的新兴金属材料。
1、非晶态合金的性能特点非晶合金中不存在晶界、位错、层错等晶体缺陷，非晶合金具有传统的晶态金属所不具有的诸多优良性能，如良好的力学、化学以及磁学性能等。
（1）良好的力学性能极高的断裂强度相对于同种合金体系的晶态合金。
非晶态合金具有极高的断裂强度，这是非晶态合金最为显著的力学性能特征。
图1给出了典型的大块非晶合金和晶态合金的力学性能对比图。
从图中可以看出，几乎每个合金体系的非晶态的最高性能都能达到同合金晶态材料的数倍。
●高硬度●高弹性应变和弹性极限。
非晶态合金压缩变形过程中弹性部分的应变值大都在2%以上，这在晶态合金中是很难实现的。
非晶态合金的弹性极限接近理想弹性极限。
这种高弹性的根源在于它的无序结构。
●高断裂韧性。
●低的杨氏模量。
非晶态合金的弹性模量E和剪切模量G 比晶态合金低30%～40%。
（2）优异的化学性能●良好的催化性能非晶态合金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。
某些非晶态合金通过化学反应可以吸收和放出氢，可以用作储氢材料。
●高的耐蚀性由于没有晶粒和晶界，非晶态合金比晶态合金更加耐磨蚀，可以成为化工、海洋等一些易腐蚀的环境中应用设备的首选材料。
（3）良好的磁学性能非晶态合金具有优异的磁学性能。
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%-
非晶态合金的原理与应用
非晶态合金的原理与应用随着科技的发展，人们对新型材料的需求也越来越高。
在材料科学领域中，非晶态合金因其独特的物理性质和广泛的应用范围而备受关注。
本篇文章将重点介绍非晶态合金的原理和应用，从而深入了解这一新型材料。
一、非晶态合金的概念非晶态合金是由两种或两种以上元素组成，其中至少有一个元素的原子半径比另一个元素的原子半径大得多，在快速冷却的条件下形成的材料。
与晶态合金不同的是，非晶态合金的结构是无序的，没有明显的晶格结构。
这种无序结构使得非晶态合金拥有卓越的力学性能、磁学性能和电学性能，以及高储氢量和高储锂能力等特殊性质。
因此，非晶态合金被广泛应用于诸如制造耐久材料、储氢材料、电子材料、生物医学材料、高强度复合材料等领域。
二、非晶态合金的制备方法快速凝固技术是非晶态合金制备的主流方法之一。
该技术通常采用旋转坩埚法、雨雾法、熔体淬火法、离子束淀积法、激光熔凝法等不同方法，以快速冷却速度将熔融态合金冷却到非晶态。
一些研究人员也采用真空蒸发法、物理气相沉积法和化学气相沉积法等方法制备非晶态合金。
另外，通过机械合金化、溶胶凝胶法、拔丝等方法制备的非晶态合金也不断涌现。
虽然这些方法相对于快速凝固技术没有取得与之相当的成功，但研究人员对其持续关注并不断寻找新制备工艺。
相信在未来的研究中，这些方法也将得到不断完善。
三、非晶态合金的应用领域1.结构材料因为非晶态合金的无序结构在微观上阻碍了其塑性变形、滑移和晶界行为，从而使得非晶态合金的硬度、强度和韧度等性能大幅提升，成为一种理想的高性能结构材料。
非晶态合金制成的齿轮、弹簧、焊接材料等，具有许多优异的机械性能。
2.储氢材料非晶态合金由于其大比表面积和多孔结构，能够吸收更多的氢气分子。
因此，非晶态合金被广泛用于储能材料，如制造储氢合金。
3.电子材料随着电子器件中电路元器件的微小化，非晶态合金因具有优异的导电性能、化学稳定性、耐磨性、高温稳定性等优点，正逐渐取代传统材料应用于电子器件中，如制造传感器、电子包装材料、导电高分子薄膜等。
5.非晶态合金20190401
而形成非晶态，将这种热力学上的亚稳态保存下来冷却到玻璃态转变温度以 下而不向晶态转变。
临界冷却速度 纯金属：108 K/s 合 金：106 K/s
M-P (M=Fe,Co,Ni,Ru)
次亚磷酸盐
影响因素：
（1）组成影响:
表4 Ru-B／ZrO2对环己烯和苯加氢活性转化率/% 表5 Ru-B／ZrO2对含CS2的环己烯加氢活性
类金属含量、添加第三种组分
（2）制备方法影响
表6 不同催化剂的乙腈加氢活性选择性比较
金属和还原剂、高分子物质等
18.大块非晶态合金 成分特点：（1）系统由三个以上组元组成 （2）各组元原子尺寸比大于12％ （3）主要组元之间应有较大负混合热 制备工艺：悬浮熔炼、深过冷加液淬、高压模铸 经验准则： 混乱原则：？？ Inoue经验规律：大块合金三条规则 Size原则：？？ Senkov准则：各组元原子浓度与原子半径关系 电子浓度（e/a）准则：合金系中成分不同若干金属具有相同电子浓度
（4）光学性能：光学特性受金属原子的电子状态支配。 例如：某些非晶态金属其特殊的电子状态具有十分优异的对太阳光吸收 能力；非晶态金属具有良好的抗辐射(中子、Y射线等)能力。
14. 非晶态合金催化作用
(1) 催化剂类型：
表1 NiP和NiB合金上的烯烃加氢速度
一类：Ⅷ族过渡金属-类合金
实例：Ni-P、Co-B-Bi
第四类
非晶态合金
1.定义
某些金属或合金在特殊条件下呈类似于普通玻璃的非晶态结构。非晶态合金 又称为“金属玻璃”。形成：以极高的速度使熔融状态的合金冷却，凝固后 的合金呈玻璃态，是一种亚稳态结构。
实验八 非晶态Ni-B合金的制备及表征综述
实验八非晶态Ni-B合金的制备及表征一、实验背景镍催化剂被广泛应用于化学工业的加氢反应。
非晶态镍基合金，例如Ni-B和Ni-P都是很好的加氢材料，因为同其它加氢催化材料相比，它们表现出优秀的催化活性和高的选择性。
而且，在制备方法上，可以获得与具有高比表面积的超细非晶态合金，这通过传统的骤冷法是难以得到的。
非晶态合金优秀的催化活性主要归功于非晶相的原子排列和类金属原子的电子效应（如B和P）。
二、实验目的学习利用化学还原法制备非负载非晶态Ni-B合金，并初步掌握DSC、XRD和TEM 等大型仪器的使用及结果分析。
三、实验提示1．主要参考文献[1] 闵恩泽, 李成岳等著. 第六章非晶态合金催化剂及其催化性能. 绿色石化技术的科学与工程基础. 中国石化出版社, 北京, 2002, 250-271[2] 张荣斌, 石秋杰, 李凤仪, 罗来涛. 非晶态合金催化剂研究进展. 江西科学1999, 17(3),190-1962．查阅文献的关键词非晶态合金，镍硼3．实验关键（1）步中NH3·H2O 络合Ni2＋必须15min。
（2）步中溶液没有气泡产生就可停止反应。
（3）步中产物必须用乙醇洗涤，以避免氧化。
（4）步中产物必须放入乙醇中保存，以避免着火。
四、实验药品与仪器药品：NiSO4·6H2O；NH3·H2O；KBH4；AgNO3；无水乙醇仪器：小烧杯；水浴锅；磁力搅拌；循环水泵；抽滤装置表征所用仪器：DSC；XRD；TEM五、实验要求1．阅读给定的文献，并用关键词在网上或在图书馆查阅相关的参考文献。
2．制定研究方案（合成和表征），3．探索化学法制备非晶态合金的规律。
4．对研究的结果展开讨论。
5．提交研究论文。
六、思考题1.影响产率的因素有哪些？2.DSC、XRD和TEM表征的结果能给我们什么信息？Preparation and Characterization of Amorphous Ni-B AlloysBackgroundNickel catalysts are widely used in the chemical industry for hydrogenation reactions. Amorphous nickel alloys, such as nickel boride (Ni-B) and nickel phosphide (Ni-P), are particularly interesting as hydrogenation catalysts, since these materials may exhibit higher activity, greater selectivity, and better stability, than their crystalline counter parts. Moreover, recent advances in sample preparation have produced ultrafine amorphous alloy particles, having significantly higher surface area than amorphous alloy ribbons and films prepared by conventional melt-quench techniques. The attractive catalytic properties of these amorphous alloys have been attributed to a random arrangement of atoms in the amorphous phase and also to an electronic effect contributed by the metalloid elements (e.g., B and P).IntentionStudents prepare amorphous alloys using a chemical route, and learn to make use of DSC, XRD and TEM for analyzing results.Clue1．Main Literatures[1] Min Enze, Li Chengyue. sixth chapter catalysis and catalytic performance of amorphous alloys. The foundation of science and engineering for green petrifaction technology. Petrifaction publishing company of China, Beiking, 2002, 250-271[2] Zhang Rongbin, Shi Qiujie, Li Fengyi, Luo Laitao. Research of amorphous alloys catalyst science jiangxi 1999, 17(3),190-1962．Key WordsAmorphous alloys, Ni-B3．Key Processing（1）Maintaining 15 min for NH3·H2O and Ni2＋ions.（2）Ceasing the reaction when the bubbles vanish in the solution.（3）The sample is washed using ethanol to avoid oxidation.（4）The sample is saved in ethanol to avoid take fire.Reagents and InstrumentsReagents：NiSO4·6H2O；NH3·H2O；KBH4；AgNO3；ethanolInstruments：beaker；heater；stirrer；water pump；the instrument for filtration Instruments for Characterization：DSC；XRD；TEMDemandStudents search the literatures on the internet and read them.1．Confirm the experimental scheme and explore the rule for preparing amorphous alloys. 2．Discuss the experimental results.3．Provide the article.Exercises1．What are factors to affect the output?2，What can be obtained from the results of characterization of DSC、XRD and TEM ?。
非晶态合金性能与应用课件
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。
非晶态合金的制备+(1)
六 铜模低压吹铸法
将合金粉粹装入管中，高 纯氩气保护感应加热母合 金，混合均匀后顶端通氩 气将熔融金属压入下方水 冷或无水冷铜模中。
七 高压压铸法
合金熔化后，在一定的压 力和速度下将合金熔体压 入金属模型内腔。 特点： 短时间内压入，冷却速度 快，接触紧密充填好，可 直接制作较复杂形状的大 尺寸的金属玻璃零部件； 但这种工艺技术较为复杂
利用非自耗的电弧加热预合金,待 其完全熔化后,驱动活塞以一定的速 度快速移动,由此产生压力差把熔体 快速吸入铜模,使其得到强制冷却, 形成非晶合金。 特点：控制因素比较少,只有熔体温度、 活塞直径、吸入速度等,能非常简便 地制备块体非晶合金；冷却过程中， 合金表面收缩，导致形成间隙，冷 却速度下降或合金表面不光滑。
非晶态合金的制备
学号：1043107097 姓名：孟政
一 简介 二 制备方法 三 测试手段
一 简介
非晶态合金(Amorphousalloy)又称为无定形 合金、金属玻璃。 主要特点： 原子在三维空间呈拓扑无序状态排列，不存 在通常晶态合金所存在的晶界、位错和偏 析等缺陷，组成元素之间以金属键相连并 在几个晶格常数范围内保持短程有序，形 成一种类似原子簇的结构。
优点
物理： 抵抗受力变形能力强 优良的软磁性能 优异的光能吸收能力 室温电阻率高和负的电阻温度系数 恒定热膨胀性能，耐放射性损伤等 化学： 良好的抗腐蚀性 优良的催化性能 储氢材料
二 制备方法
获得大块金属玻璃应一般满足的原则 1.合金有三种以上元素组成 2.各元素原子尺寸差大于12% 3.主要组成元素间的混合焓为负值 金属玻璃是以液相急冷为中心发展起来的， 主要通过熔融金属直接冷却凝固的方法实 现。 简要介绍以下八种制备方法：
四 机械合金化法
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汪卫华
男，1993年在中科院物理所获博士学位，1994年至 1997年先后在德国Gottingen大学、柏林Hahn-Mitner所 作博士后和洪堡学者；现任中国科学院物理研究所研 究员、博士生导师、课题组长，中国科学院极端条件 物理重点实验室副主任。99年国家杰出青年基金获得 者。国家基金委创新群体学术带头人.
晶体 非晶体 气体 晶体、非晶体、气体原子排列示意图
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）。
这类非晶态合金主要是由过渡金属与B或和P等类金属 组成的二元或三元，甚至多元的非晶态合金
二、非晶态金属的发展历史
1、非晶态金属的发展简史
非晶态合金
1934年 德国人克雷默采用蒸发沉积法首先发现了附着 在玻璃冷基底上的非晶态金属膜 1959～1960年间 真正标志着非晶态金属的诞生 Duwez
1960年 提出非晶态金属合金
此模型对于描述非晶态材料的真实结构还远远不够 准确。但目前用其解释非晶态材料的某些特性如弹 性，磁性等，还是取得了一定的成功。
非晶态结构模型
非晶体与晶体都是由气态、液态凝结而成的固体，由于冷却速 率不同，造成结构的迥然不同。 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，冻结成非晶态固体。
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。
非晶合金带材
• 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。
三、非晶态金属的结构特点
1、非晶态金属的结构
非晶态合金
（1）内部原子排列短程有序而长程无序
主要特点
气体、液体和固体的原子分布函数
三、非晶态金属的结构特点
非晶态合金
(2)均匀性
显著特点
一层含义：结构均匀、各向同性，它是单相无定形 结构，没有象晶体那样的结构缺陷，如晶界、孪晶、 晶格缺陷、位错、层错等。 二层含义：成分均匀性。在非晶态金属形成过程中， 无晶体那样的异相、析出物、偏析以及其他成分起伏 （3）热力学不稳定性
研究方向： 1.新型非晶、纳米材料的探索及形成规律研究； 2.非晶、纳米材料的结构及极端条件下的物理性能； 3.非晶态物理； 4.高压下的非平衡相变及亚稳材料的合成； 5.新材料的在微重力及空间条件下的制备形成规律研究； 6.非晶合金的结构及变形机理。
我组柳延辉博士及其导师汪卫华研究员分别荣获2009年度院优博奖和导师奖
井上明久 研究员
2、我国非晶态金属材料的发展现状
1976年，开始非晶态合金的研究工作。 1996年组建了非晶微晶合金工程技术研究中心，是国内 最早开发非晶纳米晶合金的单位之一。 非晶态金属的国家标准，包括28个牌号。 1982年，我国 建立非晶合金牌号，批量(50kg/次)生产宽度为50100mm的薄带并制成大功率变压器、开关变压器等铁 芯。 首次建立了原位X射线衍射研究多层膜中互扩散的新技 术，精确测量出一系列多层膜在固相反应中的互扩散 系数；发现多层膜中扩散规律及与固相反应的关系。
非晶态合金
非晶态合金的分类 非晶态金属的发展历史 非晶态金属的结构特点 非晶态金属的制备
非晶态金属性能特点及应用
一、非晶态金属合金的分类
非晶态合金
非晶态合金统称为“金属玻璃”。以极高的速度使熔融状 态的合金冷却，凝固后的合金呈玻璃态，即长程无序状态。 可分为两大类： （1）金属＋金属型非晶态合金 （2）金属＋类金属型非晶态合金
体系自由能较高，有转变为晶态的倾向
三、非晶态金属的结构特点
非晶态合金
2、非晶态金属结构模型 （1）微晶模型 微晶模型用于描述非晶态结构中原子排列情况还存在 许多问题，使人们逐渐对其持否定态度。 不考虑晶界上原子的排布情况是不合理的。
认为非晶态材料是由“晶粒”非常细小的微晶粒组成。
（2）拓扑无序模型 该模型认为非晶态结构的主要特征是原子排列的混 乱和随机性，强调结构的无序性，而把短程有序看 作是无规堆积时附带产生的结果。
1971年 非晶态合金Metglas首次进入市场 1980年 非晶态金属作为催化剂开展了大量研究
1977年诺贝尔物理学奖 ----电子结构理论 P.W.安德森 莫特 范弗莱克
1977年诺贝尔物理学奖授予美国新泽西州缪勒山（Murray Hill）贝尔实 验室的P.W.安德森（Philip W.Anderson,1923-- ）、英国剑桥大学的莫特（Nevill Mott,1905-1996）和美国哈佛大学的范弗莱克（John Van Vleck,1899-1980）， 以表彰他们对磁性和无序系统的电子结构所作的基础理论研究。 P.W.安德森1923年12月13日出生于美国伊利诺斯州的印第安纳波利斯 （Indianapolis）。中学毕业后，进入哈佛大学，主修数学。可是不久第二次世 界大战爆发。P.W安德森在此期间应招入伍，被分配去学习电子物力，不久派 遣到海军研究实验室建造天线。这项工作使他对西方电气公司贝尔实验室有所 了解。战争结束后，P.W.安德森返回哈佛大学，就下决心相物理学家学习，作 一名物理学家。在这些物理学家中，以电子结构理论著称的磁学专家范弗德莱 是他最敬佩的物理学家之一。他和范德莱克曾经一起在军事部门工作过，范弗 莱克是哈佛大学的著名教授，正是范弗莱克的指引，P.W.安德森后来决心把自 己的研究方向定位在固体的电子结构和现代磁学，在范弗莱克的指引下研究了 微波和红外光谱的压力增宽。他为了用分子间相互作用解释这些谱线在高密度 下增宽的现象，借助于洛伦兹等人的理论发展一种更普遍的方法，运用于从微 波到红外和可见光的光谱学。他还根据已知的分子作用计算出了初步的定量结 果。