非晶合金结构及特性-王云喜 张鹏(加超链接)
第四讲第二部分非晶合金
❖ 特别是Co-Fe-Ta-B合金的强度达到了5000MPa，创造了自 然界中金属材料强度最高记录。
❖ 目前已开发出的Zr基块体非晶合金的断裂韧性可达 60MPa·m1/2。以上且在高速载荷作用下具有非常高的动态断 裂韧性，在侵彻金属时具有自锐性，是目前已发现的最为优 异的穿甲弹芯材料之一。
金属玻璃的强度、硬度和弹性模量
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。
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
❖ 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/℃)
❖ 定量上看，Bernal模型与实验还是有差距的，在构造的几何 模型径向分布函数的第二峰上，两种元素的峰的位置和密 度存在差异……
微晶模型
❖ 在早期研究无定形金属材料的结构时，人们还习惯于沿用晶 体学观点，Bragg等认为，无定形金属的结构也是由非常小 的微晶组成，晶粒大小约为十几埃到几十埃，这样晶粒内的 短程序与晶体的完全相同，而长程无序是各晶粒的取向杂乱 分布的结果。这种模型的不足之处在于不能够清楚地描述晶 界处的原子排列，而且用这种模型计算出的径向分布函数或 者双体关联函数与实验难以定量符合。
非晶合金的结构与性能研究
非晶合金的结构与性能研究导言非晶合金是一种新型材料，具有优异的性能，例如大的弹性变形、高的强度、良好的耐腐蚀性等。
这些特性使得非晶合金在工业、医学和科研等领域拥有广泛的应用。
本文将介绍非晶合金的结构和性能相关的研究进展，并讨论其应用前景和挑战。
第一章非晶合金的结构非晶合金是由多种元素合成的块体材料，由于其不规则的晶体结构和无序的原子排列顺序，所以被称为非晶材料。
在非晶合金中，原子和分子的排列是无序的，与传统的晶体材料不同，它们由纯净的金属或合金元素制成，并连续冷却至室温以下，从而形成了无定形的玻璃状结构。
非晶合金的结构对于其性能有重要的影响。
因此，近年来，关于非晶合金结构的研究变得更为深入。
通过高分辨结构分析方法，例如X-射线衍射、电子显微镜和核磁共振等方法，对非晶合金样品的局部结构进行了研究。
在精确的结构分析中，非晶合金的结构可以划分为以下五个部分：原子团簇、有序基团、无定形基团、界面区和孔隙。
其中，原子团簇是非晶合金的典型特征，它们是直径小于几个纳米的原子团聚体，连接在一起形成非晶结构。
第二章非晶合金的性能非晶合金具有一系列优异的物理和化学性质，例如优异的力学性能、耐热性、磁性、导电性、生物相容性和耐蚀性等。
下面我们将分别介绍非晶合金的几个主要性能。
1.力学性能非晶合金具有很好的弹性变形和高强度特性，这主要是由于其无定形结构和原子团聚体的存在。
与晶体材料相比，非晶合金在受到外部力的作用下，可以发生大的可逆弹性变形，而非晶材料的塑料流动具有很好的韧性。
2.耐热性非晶合金也具有很好的耐热性能。
传统的金属材料在高温下通常会出现晶体生长现象以致于性能下降，而非晶合金的结构可以保持无定形状态，因此可以保持其性质。
此外，在较高温度下，非晶合金表现出良好的抗疲劳性和抗氧化性能。
3.生物相容性非晶合金具有良好的生物相容性，具有非常广泛的应用前景。
例如，非晶合金可以用作生物医学领域中的人造器官、骨骼成形材料等。
非晶合金 (1)
1)硬球无规密堆模型
非晶态材料是由晶粒非常细小的微晶组成，大小为十几 至几十埃（几个至十几个原子间距），如图3所示。这样晶粒内的短程有 序与晶体的完全相同，而长程无序是各晶粒的取向杂乱分布的结果。这种 模型的优点是可以定性说明非晶态衍射试验 的结果，比较简单，有通用性，但是从这种 模型计算得到的径向分布函数或双体关联函 数与实验难以定量符合，而且晶粒间界处的 原子分布情况不清楚。当晶粒非常微小时， 晶界处原子数与晶粒内原子数可能有相同的 数量级，不考虑晶界上原子的分布情况是不 合理的。 图3 非晶态的微晶模型 这类模型认为非晶态金属结构的主要特征是原子排 列的混乱和无序，即原子间的距离和各对原子间的夹角都没有明显的规律 性，如图4所示。这类模型强调的是无序，把非晶中实际存在的短程有序
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。
12
依制备过程不同呈几微米至几十微米厚的簿片、薄带或细丝。熔融母 合金的冷却速率决定了所得合金样品的非晶化程度。通过调节铜辊转 速，随着冷却速率的增加，合金逐渐由晶态向非晶态过渡，当达到一 定冷却速率时，得到完全的非晶态金属合金。采用此法制备的非晶态 合金通常具有高强度、高硬度、高耐蚀件和其他优异的电磁性能。 ③ 由晶体制备 通过幅照、离子注入、冲击波等方法制备。高能注入的 粒子，与被注入的材料的原子核及电子碰撞时，发生能量损失，因此 离子注入有一定的射程，只能得到薄层的非晶。激光或电子束的能量 密度较高(100kw/cm2)，可使幅照表面局部熔化，并以 4×l04~5×106K/s的冷却速率，如对Pd91.7Cu4.2Si5.1合金，可在表面 产生400μm厚的非晶层。
非晶合金薄膜的结构与性能研究
非晶合金薄膜的结构与性能研究随着先进制造技术发展，非晶合金材料的应用越来越广泛。
非晶态合金材料不同于传统的结晶态材料，其原子或分子排列十分无序，原子的位移距离也极为微小。
这种特殊结构给予了非晶合金材料出色的物理性能，因此越来越多的研究关注于非晶合金材料薄膜的制备及其性能研究。
本文将从非晶合金薄膜的结构与性能两个方面入手进行探讨。
1.结构非晶合金薄膜的结构研究是制备高性能非晶合金薄膜的关键。
一般来说，非晶合金材料的结构可以通过X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HRTEM）和中子衍射等方法进行研究。
由于非晶态合金材料缺乏明确的结晶面及晶面间距，因此在实验中通常利用无定形缺陷代替结晶面，控制非晶合金的晶体结构。
此外，传统的结晶态合金材料中，原子在长程上存在着周期性的排列，而非晶态合金材料则产生了有序无序混杂的情况，这也是非晶态合金材料表现出的特殊性质原因之一。
2.性能非晶合金薄膜的性能与其结构紧密相连。
一方面，由于非晶合金材料的无序排列，其独特的结构使得其具有较高的硬度和韧性；另一方面，非晶态合金材料具有较高的化学反应活性，在某些情况下还具有记忆性，这也是它在新型材料领域应用广泛的原因之一。
研究表明，非晶合金薄膜在电子器件和传感器等领域具有广阔的应用前景。
相比于其他材料，非晶合金薄膜其优异的力学性能和热稳定性显得更加突出。
与此同时，其较高的硬度和导电性也让其在化工、电子等领域得到了广泛应用。
总之，非晶合金薄膜的结构和性能是互相关连的，其制备技术和研究方法也在不断进步和发展。
随着人们对高性能材料需求的不断提高，相信非晶合金薄膜在各个领域中的应用前景也将越来越广。
非晶合金材料的结构与性质
非晶合金材料的结构与性质在当今科技高速发展的时代里，材料科学与工程领域正日益成为人们关注和研究的热点话题。
在这个领域中，非晶合金材料被广泛应用于电子、医疗、能源等各个领域，但它的结构和性质令人深感疑惑，下面我们一起来探讨一下非晶合金材料的结构与性质。
一、非晶合金材料的定义与特点1. 定义非晶体材料是一类没有长程有序性的固体结构材料，它们不像晶体材料那样具有明确的周期性结构，而是由不规则的原子聚集体构成，因此拥有非常特殊的材料性质。
2. 特点非晶合金材料具有如下特点：（1）非晶材料的晶体化温度和温度范围均较宽，具有很高的熔化温度和熔化热，是高温稳定材料。
（2）非晶材料的密度通常比晶体略小，且窄的化学结合力使体积大幅膨胀，同时非晶材料的硬度较高，脆性小。
（3）非晶材料通常对应多个不同的晶体相。
不同的晶体相拥有不同的晶体结构和晶体取向，因而具有不同的电性能。
（4）由于非晶体材料均匀分布原子，故有助于纳米净化，是制备纳米材料的重要来源。
二、非晶合金材料的组成结构非晶合金材料是由多种元素共同组成的，因此其结构复杂、多样，无法用简单周期性重复的单位来描述，与晶体不同。
非晶合金材料的结构可以用前体—核心顺序来来描述，这里以Zr62Al8Ni10Cu20为例：1、前体结构Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料的前体结构如下图所示：图一：Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料前体结构示意图图一表明了Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料原子的有序性与无定形性结合的前体结构，其由两种晶体固溶体构成，一个是Al3Zr 相固溶在Ni基体中，另一个是Ni3Zr相固溶在Cu基体中。
考虑到这两个相的化学可能性非常大，它们可以共同占据Ni—Cu点阵和Al—Ni—Zr点阵。
2、核心结构Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料的核心结构如下图所示：图二：Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料核心结构示意图图二中红色球体表示Zr原子，绿色表示Al原子，蓝色表示Ni 原子，紫色表示Cu原子，可以看出Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料的核心结构具有非常高的有序度。
非晶合金材料的微观结构与性能分析
非晶合金材料的微观结构与性能分析非晶合金材料是一种具有特殊微观结构的材料，其具备优异的力学、磁学、导电等性质，在能源、电子、航空等领域具有广泛应用。
本文将对非晶合金材料的微观结构以及与性能之间的关系进行分析。
一、非晶合金的制备方法非晶合金通常通过快速凝固或靶材溅射等方法得到。
其中，快速凝固是常用的一种制备非晶合金的方法。
通过快速冷却，可以使材料在凝固过程中快速转变为非晶态，从而实现非晶合金的制备。
二、非晶合金的微观结构非晶合金的微观结构与晶体材料有很大的不同。
晶体材料具有有序的晶格结构，而非晶合金则没有明确的晶格结构，呈现出无规则的非晶态结构。
1. 原子排列的无序性非晶合金的微观结构主要表现为原子排列的无序性。
在非晶合金中，原子呈现出一种随机分布的状态，没有特定的晶格结构。
这种无序性导致了非晶合金具有均匀的化学成分和相对较高的密度。
2. 原子团簇的存在在非晶合金中，原子并不是孤立存在的，而是以原子团簇的形式出现。
原子团簇是由若干个原子组成的，其形状和大小可以不规则。
这些原子团簇之间存在着相互作用，决定了材料的一些性质。
三、非晶合金的性能特点非晶合金由于其特殊的微观结构，具备许多独特的性能特点。
1. 优异的力学性能非晶合金具有高硬度、高强度和较好的韧性。
这是由于非晶结构中的原子无序性和原子团簇的存在使得材料具有强大的阻碍位错移动的能力。
这使得非晶合金在航空、汽车等领域得到广泛应用。
2. 良好的导电性能非晶合金具有优异的导电性能。
由于原子的无序排列，电子在材料中可以自由移动，从而使得非晶合金具备较高的电导率。
这使得非晶合金在电子器件制造中具有重要应用。
3. 高饱和磁感应强度非晶合金具有高饱和磁感应强度和低磁滞损耗特点。
这是由于非晶结构中的无序性和原子团簇的存在使得磁畴的形成和磁滞现象受到了抑制。
因此，非晶合金在磁性材料领域具有广泛应用。
四、结构与性能之间的关系非晶合金的微观结构与其性能之间存在着紧密的联系。
非晶合金材料
非晶合金材料非晶合金材料是一种具有非晶结构的金属材料，也称为非晶态合金。
与晶体材料相比，非晶合金材料具有更高的硬度、强度和耐腐蚀性能，因此在工业领域具有广泛的应用前景。
本文将从非晶合金材料的特点、制备方法、应用领域等方面进行介绍。
首先，非晶合金材料的特点是具有非晶结构。
非晶结构是指材料的原子排列呈现无序状态，而非晶合金材料的原子排列方式是无规则的、无序的。
这种结构使得非晶合金材料具有较高的硬度和强度，同时还具有优异的弹性和耐磨损性能。
此外，非晶合金材料还具有较好的导电性和磁性，因此在电子、磁性材料领域也有着广泛的应用。
其次，非晶合金材料的制备方法主要包括快速凝固法、溅射法和机械合金化法。
快速凝固法是通过在高温状态下迅速冷却金属熔体来制备非晶合金材料，这种方法可以有效地抑制原子的有序排列，从而形成非晶结构。
溅射法是将金属靶材置于真空室中，通过离子轰击的方式将金属原子沉积到基底上，形成非晶合金薄膜。
机械合金化法则是通过机械方法将不相容的金属元素混合制备成非晶合金材料。
这些制备方法为非晶合金材料的大规模生产提供了可行的途径。
非晶合金材料在工业领域具有广泛的应用。
首先，在航空航天领域，非晶合金材料可以用于制造航天器的结构部件和发动机零部件，因其具有较高的强度和耐腐蚀性能。
其次，在电子领域，非晶合金材料可以用于制造集成电路封装材料和磁性存储介质，以提高电子产品的性能和稳定性。
此外，在医疗器械和生物材料领域，非晶合金材料也有着广泛的应用前景，可以用于制造人工骨骼和植入式医疗器械。
综上所述，非晶合金材料具有独特的结构和优异的性能，制备方法多样且成熟，应用领域广泛。
随着科学技术的不断发展，非晶合金材料在工业领域的应用前景将会更加广阔，为人类社会的发展做出更大的贡献。
非晶合金材料的力学性能与微结构研究
非晶合金材料的力学性能与微结构研究随着工业技术的发展和变革，新型材料的研究和应用已成为当前的热点话题。
非晶合金作为一种新型材料，其独特的力学性能和微结构特征受到了广泛关注。
一、非晶合金的定义和基本结构非晶合金，也称为非晶态合金或柔性合金，是一种新型材料，从其名称就可以看出，它与传统的钢铁、铝合金等晶态材料相比，具有独特的非晶态结构。
非晶态材料存在着非常高的固态扩散和强烈的成分分散性，其微观结构被描述为没有晶体结构的均匀玻璃态。
二、非晶合金的力学性能相对于传统的晶态材料，非晶合金具有独特的力学性能。
首先，非晶合金具有出色的塑性和韧性，其强度和硬度是同等密度的晶态金属的数倍。
其次，非晶态合金具有较高的弹性极限，低的屈服点和无塑性断裂的特征。
最后，非晶合金可以在较大的应变区间内发挥良好的机械性能，而在过大的应变下不易引起断裂。
三、非晶合金的微结构特征非晶态合金有着独特的微观结构，成分分散度高、片层结构、纳米晶颗粒和纳米晶颗粒分布均匀、当结构尺寸处于毫米、百纳米和纳米这些不同的尺度时，就会产生不同的物理学和力学性能，从而造成材料力学性能的巨大差异。
四、非晶合金的力学性能与微结构的关系根据现有的研究成果和实验数据，非晶态材料的力学性能与其微观结构之间存在着密切的关系。
例如，非晶合金的成分分散度和微观结构的均匀性与其强度和塑性密切相关。
此外，非晶态材料的物理性能和力学性能还与其表面质量和界面的自然存在也密切相关。
总的来说，非晶合金是一种具有非常高的塑性和韧性、强度和硬度的新型材料，它的力学性能与其独特的微观结构密切相关。
未来的研究应该深入探讨非晶合金材料的力学性能和微观结构之间的关系，为非晶态合金的研发和应用奠定更加坚实的基础。
非晶合金
• 非晶钎焊合金的成分接近 共晶成分，熔点低、熔化 后流动性好，可以显著提 高焊接质量。 • 非晶钎焊合金可取代价格 较贵的银基常规焊料，甚 至还可代替飞机发动机焊 接所需的金基焊料。
化工催化
• 金属-类金属型金属玻璃具有优异的抗腐蚀性能实 际上与组元(特别是P)有较高的反应活性有关，这 种反应活性还表现在可对某些化学反应产生催化作 用。 • 快速凝固制成的薄带、纤维状的金属玻璃由于具有 很大的表面积，也有利于它们的催化作用。
晶体、非晶体、气体原子排列示意图
晶体
非晶体气体Fra bibliotek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 非晶
1、液体分子很易滑动，粘 滞系数很小
1、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。 2、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
非晶态合金和晶态不锈钢 在10%FeCl2-10H2O溶液中的腐蚀速率
腐蚀速率(mm/年)
试样
40℃
晶态不锈钢18Cr-40Ni 17.75
60℃
120.0
晶态不锈钢17Cr-14Ni-2.5Mo
非晶态合金Fe70Cr10P13C7 非晶态合金Fe65Cr10Ni5P13C7
——
0.00 0.00
结构材料
• 非晶合金晶化后制成微晶合金可作为结构材料使用。 • 非晶薄带粉碎后进行热压加工，使非晶合金晶化并 制成大块晶态合金，晶粒细小均匀，尺寸仅为0.20.3μm，还含有大量硬度很高的弥散硼化物和金属 间化合物，具有优异力学性能。 • 这种微晶合金不仅综合力学性能好，而且克服非晶 合金尺寸小、工作温度低的缺点。
非晶合金材料的结构与性能研究
非晶合金材料的结构与性能研究非晶合金材料是一种基于金属的新型材料，具有多种优异的物理、化学和机械性质，广泛应用于制造业、能源领域、生物医学等领域。
本文将从非晶合金材料的定义、结构、制备及应用等方面进行探讨，并阐述其研究的重要性和未来发展趋势。
一、非晶合金材料的定义非晶合金材料又称无定形合金材料，是一种不规则排列的金属固态材料，不同于晶体材料，其原子结构没有周期性重复。
这种材料的本质是由两种或两种以上金属原子混合而成的二元、三元、多元合金，具有高硬度、高弹性模量、抗腐蚀、良好的韧性和导电性等特点。
由于非晶合金材料中的原子之间不规则排列，具有更高的自由度，可以有效地降低材料在固态化时的自由能，从而保证材料的稳定性。
二、非晶合金材料的结构非晶合金材料的结构与晶体材料不同，晶体材料的原子排列有规律，呈现出明显的周期性和序列性，而非晶合金材料中的原子排列是随机的、不规则的。
其结构可以用两种方式描述：第一种是原子间距分布函数；第二种是中子或X射线散射函数。
据研究者所知，最小现象元（IME）对于描述非晶态材料的结构十分有效。
IMIT[1]所提出了两种常用的IME，分别为Shechtman型IME 和Haässler型IME。
其中Shechtman型IME用于描述近似六面立方筒形（body-centered cubic, bcc）原子排列的非晶合金材料，而Haässler型IME则用于描述近似脸心立方形（face-centered cubic, fcc）原子排列的非晶合金材料。
非晶合金材料路径屈曲的瞬间幅值已被证明与非晶材料的耐久性和强度有关。
三、非晶合金材料的制备目前，制备非晶合金材料的方法主要有凝固淬火法、溅射法、热喷涂法、机械合金化法等。
其中凝固淬火法是制备非晶合金材料最古老的方法之一，其方法是在超过晶体化温度的条件下快速冷却，使得金属原子的排列不及趋近于平衡状态，从而形成非晶态材料。
非晶合金材料的结构与热力学性质
非晶合金材料的结构与热力学性质非晶合金材料是指由非晶态或部分非晶态的金属和非金属元素组成的材料。
与晶态材料相比，非晶合金材料具有独特的结构和热力学性质，因此在各个领域中得到了广泛的应用。
首先，非晶合金材料的结构与热力学性质密切相关。
晶态材料的结构是有序的，由原子或离子按照一定的规则排列而成，而非晶合金材料的结构是无序的，没有明显的长程周期性。
这种无序结构使得非晶合金材料具有较高的熵值，相比晶态材料更加稳定。
其次，非晶合金材料的无序结构赋予了其独特的热力学性质。
非晶合金材料具有较高的玻璃转变温度和较好的抗腐蚀性能，这些性质使得其在航空航天、电子、化工等领域中得到广泛应用。
此外，非晶合金材料还具有优良的磁性能和形状记忆效应，被广泛应用于电子器件制造和高科技领域。
非晶合金材料的结构与热力学性质与其制备方法密切相关。
非晶合金材料的制备方法包括快速凝固、溅射法和等离子体法等多种。
其中，快速凝固是获得非晶合金材料最常用的方法之一。
快速凝固技术利用快速冷却使金属液态迅速凝固成非晶结构，从而得到非晶合金材料。
通过调节凝固速度和合金成分，可以控制非晶合金材料的结构和性质。
非晶合金材料在各个领域中的应用都具有重要的意义。
在电子领域，非晶合金材料可用于制备高性能的磁盘存储器和传感器等器件。
在航空航天领域，非晶合金材料具有优异的强度和韧性，适用于制造高速导弹和火箭等。
在能源领域，非晶合金材料可用于制备高效的储能材料和催化剂。
在医疗领域，非晶合金材料可用于制备人工关节和导管等。
虽然非晶合金材料具有广泛的应用前景，但其制备和应用仍面临一些挑战。
首先，非晶化技术仍存在一定的制备难度和成本问题。
其次，非晶合金材料的性能与其成分和结构密切相关，因此如何优化合金成分、控制凝固速度和制备工艺仍是一个研究的热点。
值得注意的是，非晶合金材料的热稳定性和机械性能也需要进一步提高。
总而言之，非晶合金材料具有独特的结构和热力学性质，广泛应用于电子、航空航天、能源和医疗等领域。
非晶合金的结构特性及应用
非晶合金的结构特性及应用随着科技的不断发展，人们对新材料的需求不断提高。
非晶合金作为一种新兴材料，因其独特的结构特性而备受青睐。
本文将介绍非晶合金的结构特性以及其应用领域。
一、非晶合金的结构特性非晶合金，是一种不具有晶体结构的金属材料，与晶态金属材料不同，其结构不具有周期性，呈现出玻璃或胶体的非晶态结构。
非晶合金的制备需要高速冷却技术，即快速制冷。
在制冷过程中，金属原子没有充分时间来排列成有序的晶体结构，形成了玻璃态的非晶态结构。
与晶态结构的金属材料相比，非晶态结构的金属材料具有如下特点：1. 高硬度和高强度由于非晶态结构材料不存在晶界，其内部结构实际上比晶体更加致密，这使得非晶态材料具有更高的硬度和强度。
为此，非晶合金在制造超导磁体仪器、飞行器构件和生物科技领域中的应用具有明显的优势。
2. 高磁导率和低磁滞损耗非晶合金的导磁率比一般的晶体结构金属高达25倍以上。
同时，其低磁滞损耗也为非常低，这一特性使得其在电力行业中被广泛应用于电感器和电动机中。
3. 耐腐蚀性好非晶合金中不同元素的非晶态结构互相加强，相互作用，从而产生一种抗氧化、耐腐蚀的效应，这使得其在耐腐蚀领域中有广泛的应用。
二、非晶合金的应用1. 电子领域非晶合金在电子领域中的应用主要体现在电子器件和电动工具方面。
晶体管中需要使用金属氧化物半导体材料，而非晶合金材料通常用来制造各种电动工具，例如切割剪刀和手动工具。
2. 汽车制造在汽车制造领域，非晶合金材料被广泛用于制造喷油器、人造骨头支架和减震器。
这样做不仅可以提高汽车发动机的燃油效率，而且可以减轻汽车重量，提高汽车的吸震性，从而降低车辆的噪声和振动。
3. 生物医疗领域非晶合金在医疗领域的应用主要是制造人工骨头支架，这可以帮助骨折患者更快地恢复骨骼的稳定性。
此外，非晶合金还可以用于制造耐腐蚀的齿科设备、人造心脏瓣膜，以及高强度锁骨、脊柱和肋骨钢板等。
总之，随着科技不断的发展，非晶合金材料应用领域的范围不断扩大。
非晶合金_精品文档
1. 成核速率
IV
I H0 V
IVHE
均相成核速率：
I H0 V
NV0
exp
1.229 Tr2Tr3
杂质引起的成核速率：
IVHE
AV NS0
exp
1.229 Tr2Tr3
f
2. 晶体生长速率
f
a0
1
exp
H fM Tr RTΒιβλιοθήκη f为界面上生长点与总质点之比
ΔHfM为摩尔分子熔化热
❖ 长程有序和短程有序
晶体：长程、短程均有序； 非晶体：长程无序，短程有序
❖ 单晶体、多晶体、微晶体和非晶体
按照晶粒的大小，固体的层次：单晶体（雪花）、 多晶体（金属，晶体内部有序）、微晶体（小晶体）、 纳米晶体和非晶体。晶体有熔点，非晶态无熔点， 是一个范围。
❖ 非晶态的定义
非晶态材料，顾名思义，就是指非结晶状态的材 料。它是对高温熔液以每秒10万摄氏度的超急冷方法 使其凝固因而来不及结晶而形成的，这时在材料内部 原子作不规则排列，因而产生了晶态材料所没有的性 能。无序，是象液体一样，互相积压，互相靠近，而 不是体心、面心之类。
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）。
非晶合金中的局域结构与力学性能研究
非晶合金中的局域结构与力学性能研究非晶合金是在金属冷凝过程中产生的无定形结构的材料，具有很多优良的力学性能和物理性质。
然而，非晶合金的局域结构对其力学性能具有重要影响。
本文将重点探讨非晶合金中的局域结构与力学性能研究。
非晶合金的局域结构是指在其无定形结构中存在的有序或局部有序的区域。
这些区域通常由金属原子或原子团簇组成，其大小和分布对合金的力学性能有显著影响。
研究表明，非晶合金中的局域结构可以通过多种方法来分析和表征，如X射线吸收光谱（XAS），中子散射（NS），透射电子显微镜（TEM）等。
XAS是一种表征材料中原子结构的技术，通过测量原子周围的X射线吸收光谱，可以确定原子的局部结构。
研究表明，非晶合金中的局域结构具有多样性，如聚集态、配位数变化等。
这些局域结构可以通过XAS技术来确定，并与材料的力学性能进行关联分析。
NS是一种探测材料中原子运动的技术，通过测量中子在材料中的散射模式，可以确定原子的动力学行为。
研究显示，非晶合金中的局域结构可以通过NS技术来研究，并揭示其与材料的力学性能之间的关系。
例如，通过NS技术可以研究非晶合金中的原子弛豫和扩散行为，进而了解材料的机械强度和塑性变形行为。
TEM是一种高分辨率显微技术，可以直接观察材料的组织结构和局域结构。
研究表明，非晶合金中的局域结构可以通过TEM技术来研究，并揭示其与材料的力学性能之间的关系。
例如，通过TEM技术可以观察非晶合金中的原子排列方式和晶界特征，进而了解材料的断裂行为和韧性。
除了上述实验技术外，分子动力学模拟（MD）也是研究非晶合金中局域结构和力学性能关系的重要方法。
MD模拟可以模拟材料的原子间相互作用，通过计算原子的运动轨迹和相互作用能，可以揭示非晶合金中的局域结构和力学性能之间的关系。
研究显示，通过MD模拟可以研究非晶合金中的局域结构、缺陷和位错行为，进一步理解材料的强度和塑性行为。
综上所述，非晶合金中的局域结构与力学性能的研究具有重要意义。
非晶合金可塑性和高温稳定性的研究
非晶合金可塑性和高温稳定性的研究I.引言非晶合金（Amorphous Alloy）是一种无序结构的金属材料，具有优良的性能和广泛的应用前景。
在工业生产和科学研究中，非晶合金有一些重要的特性，包括优异的化学和物理性能。
本文主要研究非晶合金在可塑性和高温稳定性方面的应用。
II.可塑性非晶合金具有优异的可塑性，其高弹性模量和大屈服强度为其提供了极大的应用前景。
在制造汽车和航空器等重要设备方面，非晶合金可以用于制造车身和机身等件，提高了整个设备的可靠性和稳定性。
此外，非晶合金被广泛应用于医学装置、纪念文具等方面，应用领域包括医疗、质量设计、装饰和电子工业等等。
III.高温稳定性非晶合金具有出色的高温稳定性，可以在高温下应用。
在科学研究和商业领域，非晶合金被广泛应用于电子、计算机、仪器和器材制造中。
非晶合金得到了广泛的研究和应用，展现出良好的实际效果。
非晶合金的高温稳定性是其在高温下能够保持性能的原因，对其进行加热处理后，其性能不会发生明显的变化，因为其结构可以保持非晶态。
因此，非晶合金可以用于高温设备的制造，以及其他一些在高温下需要性能稳定的领域，如天然气加压和火箭航天器制造等。
IV.非晶合金的制备方法非晶合金的制备方法通常有快速凝固、高压凝固、物理气相沉积等。
（1）快速凝固法快速凝固是制备非晶合金的主要方法之一。
它通过高速冷却的方式，使熔化的金属或合金在液态和固态之间迅速转变，从而形成非晶态。
这种方法具有高生产效率和高制备质量的优点，可以制备出优质的非晶合金，并被广泛应用于多种工业领域。
（2）高压凝固法高压凝固法是一种制备非晶合金的重要方法，它利用高压下的特殊热力学条件促进合金固态化的过程，即利用压力提高熔点，增加熔体的粘度，促进固相转化。
这种方法通过制备高质量的非晶合金，实现了材料的可塑性和高温稳定性的同时，保持了其独特的物理和化学性质。
（3）物理气相沉积法物理气相沉积法是制备非晶合金的一种新型技术，它具有加工简单、加工精度高、工作温度宽、引入氧化物时产生很少氧化反应等特点。
非晶合金材料的结构与性能研究
非晶合金材料的结构与性能研究非晶合金材料是一种新型的材料，具有许多特殊的性能和结构。
近年来，随着材料科学的发展，对非晶合金材料的研究引起了广泛的关注。
本文将从非晶合金材料的结构和性能两个方面展开讨论，探究非晶合金材料的内在特性。
一、非晶合金的结构特点非晶合金是指组成材料的原子或离子结构在多个尺度上没有周期性排列的材料。
与晶体材料相比，非晶合金没有明确的晶格结构，原子的位置具有一定的无规则性。
这种材料的结构特点使其具有一系列独特的性质。
首先，非晶合金材料具有高度紧密的结构。
由于原子的无规则排列，非晶合金材料中的原子之间没有明确的空隙，因此其密度较高。
这使得非晶合金材料具有较高的硬度和强度，能够抵抗外界的外力。
其次，非晶合金材料具有高度的均匀性。
由于原子的无规则排列，非晶合金材料中的各个位置上都存在着相似的原子环境。
这种均匀性使得非晶合金材料具有较好的化学稳定性和抗腐蚀性能。
最后，非晶合金材料具有较高的玻璃化转变温度。
玻璃化转变温度是指非晶合金材料从固态向液态转变的临界温度。
由于非晶合金材料的结构无序，原子之间的结合力较强，使得玻璃化转变温度相对较高。
二、非晶合金的性能特点非晶合金材料具有许多独特的性能，使其在各种领域得到了广泛的应用。
首先，非晶合金材料具有高硬度和强度。
由于非晶合金材料的结构紧密，原子之间的结合较强，使其具有较好的力学性能。
这种硬度和强度的特点使得非晶合金材料广泛应用于制造业领域，如航空航天、汽车等。
其次，非晶合金材料具有良好的弹性和塑性。
由于非晶合金材料没有明确的晶格结构，原子之间的相互作用较为均匀，使得非晶合金材料具有较好的弹性和塑性。
这使得非晶合金材料在工程领域中得到了广泛的应用，如弹簧、导线等。
此外，非晶合金材料还具有较好的磁性和导电性能。
非晶合金材料中的原子之间没有明确的周期性排列，使得其具有较好的磁性和导电性能。
这使得非晶合金材料在信息存储和电子器件领域得到了广泛的应用。
非晶合金的结构和性能研究
非晶合金的结构和性能研究第一章：引言非晶合金是由一系列金属元素混合而成的新材料，在20世纪60年代被发现并引起了广泛关注。
与传统的结晶金属材料相比，非晶合金具有更高的强度、硬度和耐腐蚀性，因此在航空、汽车、电子等领域被广泛应用。
本文将从非晶合金的结构和性能两个方面进行研究和探讨。
第二章：非晶合金的结构2.1非晶合金的制备方法非晶合金的制备方法分为快速凝固法和物理气相沉积法两种。
快速凝固法是指将液态金属材料迅速冷却至玻璃态，以制备非晶合金。
物理气相沉积法则是通过将激发的原子或离子沉积在基板上制备非晶合金。
2.2非晶合金的结构特征非晶合金的结构几乎是无序的，不存在长程有序性。
而在短程尺度上，其结构则有一定的有序性。
由于制备方法的不同，非晶合金可以分为共价非晶合金和金属间非晶合金两类。
共价非晶合金的结构特点是：金属原子与非金属原子之间的键合具有一定的共价性。
这种材料的结构主要包括三种成分，即金属原子、非金属原子和随机空穴。
金属原子和非金属原子之间的共价键赋予非晶合金高硬度和高强度的特性。
金属间非晶合金的结构特点是：金属原子之间的键合是一种杂化键，既有金属键，也有共价键。
金属原子在非晶合金中呈现无序的排列方式，因此也没有长程有序性。
第三章：非晶合金的性能3.1非晶合金的机械性能非晶合金的机械性能是其应用价值的主要依据之一。
相较于传统的结晶金属材料，非晶合金具有更好的强度和硬度。
此外，它还具有较低的弹性模量和较高的弹性突破应变，使其在制造高强度结构材料时具有很高的竞争力。
3.2非晶合金的热性能非晶合金的热性能主要指其在高温条件下的稳定性和耐热性。
尽管非晶合金具有高强度和硬度，但其耐热性不如传统的结晶金属材料。
由于无序性结构和短程有序性结构的存在，非晶合金在高温条件下易于发生晶化而失去其原有性能。
3.3非晶合金的电性能非晶合金的电性能主要包括电阻率和磁性。
一些非晶合金材料具有非常低的电阻率和高的磁性，因此它们在电子和电气工程领域具有广泛的应用前景。
非晶合金结构及特性-王云喜 张鹏(加超链接)
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三、非晶合金的物理特性
物理特性
力学性能→ 软磁特性→
高强度、高硬度、高弹性极限、 高断裂韧性和耐疲劳等 磁导率和饱和磁感应强度高，矫 顽力和损耗低 小于Tg，比热容单调且缓慢增 加，大于Tg ，陡峭的上升。 低温下直流电阻为零
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（2）高弹性应变和高弹性极限：表征弹性的一个最重要的参 数为弹性模量, 同晶态合金相比, 大块非晶合金的弹性模量值 较低, 但其最大弹性应变量很大, 可达3.7% (高碳弹簧钢为0. 46% )，这在晶态中是很难实现的。另外, 大块非晶合金的弹 性极限值很高, 接近屈服强度值。非晶这种高弹性的真正根源 在于它的结构无序性，即不像晶态材料那样通过位错的滑移很 快使材料达到屈服，非晶这种高弹性应变和高弹性极限相结合， 使之具有极高的弹性比功。
晶态
非晶态
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非晶态合金的基本定义
液态合金在冷却过程中随着不同的冷却速度会凝固成两 种具有不同结构的固体。在较低的冷却速度下，合金熔体结 晶成原子排列具有三维平移周期性（即长程有序）的晶态合 金；在较高的冷却速度下，合金的液态原子结构被“冻结” 下来而不发生结晶现象，从而得到另一种短程有序、长程无 序原子结构的固体材料：非晶态合金。
非晶合金的特点、分类、应用、可行性分析
非晶纳米晶软磁合金及其应用Amorphous and nanocrystalline soft magnetic alloys and its application陈文智1 非晶合金的特点由于非晶合金的无序结构，使其具有一些独特的性质：高强韧性：明显高于传统的钢铁材料，可以作复合增强材料，如钓鱼杆等。
国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。
非晶合金丝材可用在结构零件中，起强化作用。
优良的磁性：与传统的金属磁性材料相比，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，因此具有高的磁导率、低的损耗，是优良的软磁材料，代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、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。
非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域，下面还将详细介绍。
简单的制造工艺：以传统的薄钢板为例，从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品，需要若干工艺环节、数十道工序。
由于环节多，工艺繁杂，传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户，有"水老虎"和"电老虎"之称。
而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带，只需一步就制造出了薄带成品，工艺大大简化，节约了大量宝贵的能源，同时无污染物排放，对环境保护非常有利。
正是由于非晶合金制造过程节能，同时它的磁性能优良，降低变压器使用过程中的损耗，因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。
2 非晶合金的分类磁性非晶合金可以从化学成分上划分成以下几大类：铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。
它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达1.4T-1.7T）、软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，作为中低频变压器和电感器铁心(一般在15千赫兹以下)。
铁镍基非晶合金：主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成，它们的磁性比较弱（饱和磁感应强度大约为1T以下），价格较贵，但导磁率比较高，可以代替硅钢片或者坡莫合金，用作高要求的中低频变压器铁心。
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比热容 →
超导电性→
光学性质→
光吸收、光电导、光致发光性质
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表5 非晶态合金的主要特性及应用
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总之，非晶态材料是一种大有前途的新材料， 但也有不如人意之处。其缺点主要表现在两方 面，一是由于采用急冷法制备材料，使其厚度 受到限制；二是热力学上不稳定，受热有晶化 倾向。
新的领域。从发展上看，非晶态超导材料良好的韧性
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图10 方石英、石英玻璃和硅胶 的X射线散射图
2.有无固定熔点
晶体有确定的熔点，加热到达熔点时，如再继续加热， 则温度不再升高，而是由固体慢慢转为液体。 如果是非晶体，则没有熔点，加热时温度一直升高，温 度越高越软，密度越小。最后演化为液晶而逐渐变成液体。
磁特性软。 即由于其结构上的特点—无序结构，不存在磁晶各 向异性，因而易于磁化；而且没有位错、晶界等晶体 缺陷，故磁导率、饱和磁感应强度高；矫顽力低、损 耗小，是理想的软磁材料。
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3. 比热容
比热容又称比热容量，简称比热(specific heat)，
非晶合金结构及特性
小组成员：王云喜 张鹏
指导教师：刘世民 教授 2013 . 5月
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结构框架
一 二 三 四
基本概念
无序固体的结构
非晶合金的物理特性 区分晶体与非晶的方法
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是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改变单 位温度时的吸收或释放的内能。非晶态合金比热容随 着温度的变化如下图所示，它可以很好的反映非晶的
结构转变过程以及热稳定性。
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•温度在400K～520K，材料的比热
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2 . 软磁特性
是指磁导率和饱和磁感应强度高，矫顽力和损耗低。
· 目前使用的软磁材料主要有硅钢、铁-镍坡莫合金
及铁氧体，都是结晶材料，具有磁各向异性而互相干 扰，结果使磁导率下降。
· 而非晶态合金中没有晶粒，不存在磁各向异性，
一、基本概念
固体材料可以按照其中原子的排列的 有序程度分为晶态和非晶态两大类。 液体在缓慢降温过程中形成晶体。在 这一过程中，原子有足够的时间发生 重排，因此形成的晶体中原子的排列 呈有序状态。 液体在急冷过程中形成非晶体。在这 一过程中，原子没有足够的时间发生 重排，因此形成的晶体中原子的排列 呈无序状态。 液态 (Cu)
3.已知的非晶态材料的种类
见表1-5
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表1-5 种类 无机玻璃 凝胶
非晶态半导（1）硫系 玻璃（包括其他元素类 似的化合物）（2）非 晶态元素半导体
非晶态材料的种类 化学组成（例）
SiO2、16Na2O· 12CaO· 72SiO2、 53La2O3· 2O3· 37B 5ZrO2· 2O3、 5Ta 50PbO· 30Bi2O3· 2O3、NaF-BeF2 20B SiO2、SiO2-Al2O3
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三、非晶合金的物理特性
物理特性
力学性能→ 软磁特性→
高强度、高硬度、高弹性极限、 高断裂韧性和耐疲劳等 磁导率和饱和磁感应强度高，矫 顽力和损耗低 小于Tg，比热容单调且缓慢增 加，大于Tg ，陡峭的上升。 低温下直流电阻为零
容缓慢增加，随后由于结构弛豫 比热容开始下降，当温度为580K
时，比热容有一个最低值。随后
由于发生玻璃转变，比热容开始 迅速增加，在玻璃转变点达到最
大值。进入过冷液相区后，比热
容又开始缓慢减少，随后由于发 生晶化而使比热容开始迅速降低。
Zr60Al10Co3Ni9Cu18非晶比 热随温度的变化示意图
结构模型
无规则密堆 硬球模型
无规则 网络学说
晶子学说
无规则 线团模型
非晶合金
无机玻璃质
有机高分子
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1.无规则密堆硬球模型
无规则密堆硬球模型结构可看成是由 原子或多面体单元相互接触而形成的无序 堆积。 由于原子间的不同排列组合可以形成 不同类型的多面体 (典型多面体见下图)， 因此，非晶态的无序密堆积可看成是这些 多面体的无序连接。
Tg温度以下时，比热容单调且缓
慢的增加，而一旦到了玻璃转变 温度，比热容陡峭的上升。
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4. 超导电性
• 超导电性是指物质低温下失去电阻的特性
• 从50年代开始，人们就发现非晶态金属及合金具有 超导电性。1975年以后，用液体急冷法制备了多种具 有超导电性的非晶态合金，为超导材料的研究开辟了
非晶态固体中的无序并不是绝对的“混乱”，而是破坏 了有序系统的某些对称性，形成了一种有缺陷、不完整的短 程有序。
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二、无序固体的结构
非晶态的结构特征可从近程结构（原子在数埃以内微 小范围的排列）和远程结构（数埃到数十埃范围）来 考虑。目前较为流行的是无规则密堆硬球模型、无规 则网络学说和微晶学说等。
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4.无规则线团模型 无规则线团模型适用描述以有机高分子为基础的 非晶态固体结构。每一个高分子长链可以看作为一根 线段，各线段之间互相交织、互相穿插，如同图7所示 的乱线团一样，故得名无规则线团模型。
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（3）塑性和断裂韧性：室温下非晶合金一般呈现脆性断裂
特征。在弯曲条件下可产生多个剪切带, 相应地增大了伸长 率。在拉伸条件下, 非晶合金的变形局限于一狭窄的剪切带
内, 塑性变形也集中于剪切带内, 而在试样其他部分仍保持
Se、As40Se30Te30Si、Ge
无定形炭 金属玻璃
C
Fe 80 P 13 C 7 、Co 7 0Fe 5 Si 15 B 10 、Fe 81 B 13.5 S 3.5 C 2 、 Fe78B13Si9、Cu-P、Ni-Si(B,P) 、Co-Si-P和Cu-TiNi等 聚甲基丙烯酸甲脂
有机玻璃
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（2）高弹性应变和高弹性极限：表征弹性的一个最重要的参 数为弹性模量, 同晶态合金相比, 大块非晶合金的弹性模量值 较低, 但其最大弹性应变量很大, 可达3.7% (高碳弹簧钢为0. 46% )，这在晶态中是很难实现的。另外, 大块非晶合金的弹 性极限值很高, 接近屈服强度值。非晶这种高弹性的真正根源 在于它的结构无序性，即不像晶态材料那样通过位错的滑移很 快使材料达到屈服，非晶这种高弹性应变和高弹性极限相结合， 使之具有极高的弹性比功。
无规则线团模型
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不同结构模型比较图
结晶态（a）、根据不规则网络学说的非晶态（b）以 及根据微晶学说的非晶态（c）的结构模型（点表示 结构单元，例如［SiO4］四面体、金刚石型四面体、 六方型单元、金属四面体单元）
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1 . 力学性能
非晶合金由于其独特的长程无序、短程有序的结构, 而具 有极其优异的物理力学性能，它主要表现为表现为高强度、高 硬度、高弹性极限、高断裂韧性和耐疲劳等。 （1）强度和硬度：由于非晶态合金中原子间的键合比一般的 晶态合金中强得多, 而且合金中不会因为位错的运动而产生滑 移, 因此这些材料具有极高的强度, 特别是非晶材料复合后, 强度又有新的提高。如:锆基金属玻璃用钨丝束复合后, 压缩 断裂强度高达3500～4000MPa; 而未复合的锆基金属玻璃为 1800～2000MPa。
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四、区分晶体与非晶的方法
1.XRD衍射图谱
图10 中（a）显示出晶态物质的尖锐 的衍射峰，而图（b）、（c）在2θ=23° 附近呈现出非常宽幅的散射峰，这是非晶 态的特征散射谱。 图（c）在2θ小于3-5°的小角侧能看 到大的散射，被称为小角散射，是由于微 观上的密度不均匀而引起的。 与晶态物质不同，在非晶态物质中， 因不存在晶面上的反射，入射线只在原子 面上“反射”。由于原子间的不规则排列 ，原子之间的间距也是不规则的，由布喇 格公式2dsinθ=λ，当λ一定时，d与θ成一 一对应关系，因此，在X射线谱上显示出 宽幅的连续散射谱特征。