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
晶态合金。 W=（Tm-Tm')/cb，cb为溶质的浓度。
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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，
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第一类为类金属元素（或弱金属元素）与非金属元素的组 合。类金属元素主要是周期表中ⅢA、ⅣA、ⅤA元素，非金 属元素主要是ⅥA和ⅦA元素，它们能形成诸如氧化物、硫 化物、硒化物、氟化物和氯化物等非晶态物质；
第二类是准金属元素和金属元素的组合。金属元素则主要 是过渡元素和贵金属元素，例如形成Pd-Si、Co-P、Fe-C等 非晶态材料。
（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%-
20%), 越容易形成非晶态。因而过渡族金属或贵金属与 类金属 (B、C、N、Si、P)、稀土金属与过渡族金属、 后过渡族金属与前过渡族金属组成的合金易于形成非晶.
三、非晶态合金薄膜的主要制备方法
1. 非晶态合金的制备原理：
制备原理示意图
液态金属结晶开始时间与过冷度的关系
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2. 非晶态合金的制备方法的分类：
➢ 通过蒸发、电解、溅射等方法使金属原子或离子凝 聚或沉积而成；
➢ 由熔融合金通过急冷快速固化而形成粉末、丝、条 带等；
➢ 利用激光、离子注入、喷镀、爆炸等方法使表面层 结构无序化。
➢ 熔点和玻璃化温度之差T ：T =Tm-Tg ，T越小，形 成非晶倾向越大。 因而，成分位于共晶点附近的合金易 于形成非晶.
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二、非晶态形成的判据
1. 戴维斯判据
设合金的熔点为Tm, 混合熔点为Tm',定义J= (Tm-Tm')/Tm 为熔点的相对偏移，则戴维斯判据可叙述为： 当J>0.2时，合金可在105-107 K/s下形成非晶态合金。
非晶态是一种亚稳态；
结构均匀、各向同性，成分 均匀性；
非晶体（如玻璃）没有确定 的熔点，只有一定的软化温 度。
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XRD pattern
TEM diffraction pattern
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2. 非晶态材料包括：
（1）非晶态金属及合金（金属玻璃） （2）非晶态半导体﹑非晶态超导体 （3）非晶态电介质 （4）非晶态离子导体 （5）非晶态高聚合物 （6）传统的氧化物玻璃等。
积的非晶薄膜。
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立 式 C V D 装 置 卧式CVD装置
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四、非晶态合金粉末的制备
1. 气体雾化采用液体作为冷却介质。
小滴而雾化，气流又起到 淬火冷却剂的作用。
冷却速度较高。
颗粒形状不规则。 ➢ 冷却速度决定于金属液滴
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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；
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3.非晶态合金薄膜的主要制备方法
（1） 真空蒸镀法：
在高真空下，采用电阻、高频感应或电子束等方法加热 基体金属，使得从表面蒸发的金属原子附着在基板上而 获得薄膜。
优点：设备和工艺比较简单、冷却速率快、可以制备纯 金属非晶态薄膜
缺点：蒸镀速率太慢，获得的薄膜极薄（约几个纳米）， 膜大的致密度低。
非晶合金的形成机制与制备方法
1.非晶态合金的特征和形成条件 2.非晶态合金的主要制备方法 3.单片非晶态合金箔、粉末、纤维、丝材以 及薄带的制备方法 4.大块非晶合金的制备 5.影响非晶态合金带材制备的因素 6.非晶态合金的应用
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一、非晶态合金
1.结构的主要特征：
短程有序，长程无序性；
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（3）化学气相反应法：
利用含有析出元素的化合物蒸气在基板上热分解，与其 他气体在气态下发生化学反应，并在基板上析出反应生 成物而得到薄膜。
主要制备碳化硅、氮化硅、硼化硅等非晶态薄膜。
（4）电镀法：
利用电极还原电解液中金属离子，析出金属原子来获得 非晶态材料。
用于制备Ni-F-Co-P等少数体系非晶合金，可获得大面