非晶态金属的制备方法_61207226

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3.2 气相沉积
3.2.1 物理气相沉积 脉冲激光辅助物理气相沉积：脉冲激光气化高分子材料进行薄膜沉积。
Refs: Nat. Mater. 11, 267 (2012);Nat. Mater. 11, 337 (2012) and Nat. Mater. 12,139 (2013).
激光辅助原子层沉积
MG thin films Ann. Phys. 19:37 (1934)
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Nanoscale 7, 6607 (2015)
Acta Mater 59, 6433 (2011)
Nanoscale 7, 6607 (2015)
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3.2 气相沉积
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3.1 液体极冷技术
3.1.1 超快极冷
冷却速度 (k/s)
铜模铸造 Die-casting
101~103
熔体甩带
熔体淬灭
Melt-spinning Splat-quenching
105~106
109~1010
激光冷淬 Pulsed laser quenching
沉积速度快、基材温升低、对膜层的损伤小
金属、半导体、绝缘体所有材料
薄膜与基片结合较好
E
薄膜纯度高、致密性好、成膜均匀性好
溅射工艺可重复性好，厚度可控
大面积均匀薄膜的溅射
多靶共溅射，不同金属、合金、氧化物混合溅射
易于实现工业化
缺点
形成环状沟槽，靶材利用率低 等离子体不稳定 强磁体材料难以实现低温高速溅射
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3.1 液体极冷技术
3.1.3 雾化法 雾化：通过喷嘴或者高速气流使得液体分散成微小液滴。
非晶态金属纳米线
Scri. Mater. 13, 673 (1979)
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Nano Lett. 12, 2404 (2012).
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3.2 气相沉积
3.2.1 物理气相沉积 磁控溅射：电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，
电离出大量的氩离子和电子，氩离子电场下加速撞击靶材表面，轰出靶材原子。磁场
可以束缚电子和氩离子，增强等离子体和电离，同时减少原子到达基板过程中的碰撞。
优点
3.2 气相沉积
3.2.1 物理气相沉积
物理气相沉积：采用物理方法，将材料源—固体或液体表面气化成气态原子、分子
或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊
功能的薄膜的技术。
真空蒸镀
基体
惰性气体冷凝
溅射
等离子体镀
气态
离子镀 分子束外延
物质输运 能量输运
3.2.1 物理气相沉积
1
1
惰性气体冷凝
纳米晶的制备
n
ps

p

1
2MRT
2

p
1
2MRT

2
---Prof. Herbert Gleiter
Prog. Mater. Sci. 33 (1989) 223-315
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Nano Today 9, 17 (2014).
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Scri. Mater. 13, 673 (1979)
L DV(T)/ (T)
Nano Lett. 12, 2404 (2012).
L:spinnability length, D:wire diameter, V:spinning velocity Ƞ: viscosity, :surface tension.
3.1 液体极冷技术
3.1.2 深过冷快速凝固 深过冷：通过避免或消除异质晶核，同时抑制均质形核使液体金属获得常规凝固条件
下难以达到的过冷度。
熔剂包覆法：去除异质核心
Turnbull: Tmax 0.2Tm
悬浮凝固法：去除异质核心
Pd43Ni10Cu27P20 BMG
Philos. Mag. A 82,1207 (2002).
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Turnbull D et al. J. Appl. Phys. 21, 804 (1950) and 魏炳波等航空学报12，A214 (1991).
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3.1 液体极冷技术
3.1.3 雾化法 雾化：通过喷嘴或者高速气流使得液体分散成微小液滴。
微米或纳米尺度非晶态金属粉末 非晶态金属纳米线
研究生选修课
材料学院
清华大学
非晶态金属
陈娜
第三章 非晶态金属的制备方法
内容提要：
本章重点介绍非晶态金属的常用制备方法， 以及在制备非晶态金属过程中需要注意的关键因 素。
学习目ห้องสมุดไป่ตู้：
本章重点掌握非晶态金属的常用制备方法。
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3.1 液体极冷技术
液体极冷或快速凝固（rapid solidification）采用比常规凝固工
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3.2 气相沉积
3.2.2 化学气相沉积
化学气相沉积(chemical vapor deposition)：一种气相生长方法，它是把
一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气
相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜或涂层的工艺技术。
艺快得多的冷却速度，使得金属或合金熔体以极快的冷却速度由液体转变 为固体的过程。 铜辊甩带和铜模铸造法 1960年，Duwez等制备首例Au-Si非晶态金属条带。Nature 187:869 (1960)
冷速可达106k/s
首次报道液体急冷结构、形貌、大小的变化规律
激活了非晶态金属领域
1012~1013
电流脉冲 Electric plusequenching
1013~1014
Dc
1~10
(mm)
0.003~0.1
3×10-5~10-4
10-6~3×10-5 10-7~3×10-6
Dc 2

10 Rc
单质非晶态金属
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Ta MG, Nature 512 (2014) 177. Tsinghua University
四个重要阶段
优点
缺点
反应气体向基体表面扩散 反应气体吸附于基体表面 气相副产物脱离基体表面 反应物覆盖基体表面形成薄膜