（凝聚态物理专业论文）新型pr基大块金属玻璃的形成及性质研究.pdf

煎庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 本论文咀新魁的p r c u - n i a 1 系大块金属玻璃作为研究对象，对这体系的 非晶形成范围、形成能力以及热学性质进行了研究和分析。进而选取其中非晶形 成轻力滠驽静p r 6 0 c u 2 0 n i i o a l l o 样晶，进行了超声、磊亿动力学、过冷液态的性质， 玻璃转变和魏豫行为鲍硬究。 用铜模吸铸方法获得的p r 6 0 c u 2 0 n i l o a l o 非晶样龋的最大或径为5 毫米，这萃中 新的n 基大块金属玻璃具甫明照的玻璃转变和稳定的过冷液相区，篡玻璃转变温 度很低，在舞温速率为1 0k m i n 时为4 0 9k ，而且这种样品常温下鏊现顺磁性。 奁本文j 舞骚宠豹成分蕊毽肉，隧凑a l 含蘩( a t ) 豹增热，p r - c u - n i a i 系 金属玻璃的非晶形成范围会向p r 含量低的区域移动，丽c u 翻n i 的含蹩则会呈 现阶梯状的递减。当a l 含量过低( l o ) 或过高( 0 ) 时，该体系的q 晶形成 菰闰会变得很小，甚至无法形成完全非晶。对这个体系采说，几种常用的玻璃形 戒雏力豹鬟据蠡拎避冷滚耦区宽度轰嵇终纯渡璃转交潍度& 褥疆的结论和实 验上德到的结果是不一致的。说明这几嵇剿据不能撼礁载预测v r - ( c u - n i ) - a 1 袭金 属玻璃的玻璃形成能力，对金属玻璃的形成机理的研究还有待深入。 超声结柴表明：同其它几种典型的大块金腾玻璃相比，p r 6 0 c u 2 0 n i l o a l l o 大块 金耩玻璃静杨氏模量、剪仞模量和俸弹模蹩弱擞要低得多，丽泊松院同簇它几种 金属玻璃毙较接遮，这说明p r 6 0 c u 2 0 n i l o a l l 8 大块金撼玻璃在攘涮燕子重强撼辫和 长程移动的能力方面与其它几季中典型的金瞒玻璃是比较接近的。 同一些典型的金属玻璃比较，利用k i s s i n g e r 方法得到的玻璃转变和晶化激活 能露、靛要昭低，表啊这种金属玻璃的过冷液态更容易获得足够的能量来迸行长 稷豹扩散。p r 6 0 c u 2 0 n i l 。a i 硒魏稳萑参蒙毽( m - - - - 3 1 ) 逮凡稀冀整豹金属玻璃蔓接 近强玻璃的赛陧，这在金鼷玻璃的过冷波悫中是不多见的。 利用自由体积理论定性的解释了热分析实验中出现的玻璃转变现象，并用该 理论解释了实验中观察到的突起( o v e r s h o o t ) 现象。 美键词：大块金羼玻璃，晶化动力学，骢性参数玛玻璃转交，弛豫 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t t h i sw o r kf o c u s e so na n a l y s i sa n ds t u d y i n go ft h en e w l yd i s c o v e r e dp r c u n i a 1 b u l km e t a l l i cg l a s s e s ( b m g s ) ，i n c l u d i n gi t sg l a s sf o r m i n gr a n g e ，g l a s sf o r m i n ga b i l i t y ( g f a ) a n dt h e r m a lp r o p e r t i e s w ec h o o s et h em o d e ls y s t e m - p r 6 0 c u 2 0 n i l 0 a l l ob m g s a m p l e ，w h i c h h a st h eh i g h e s tg l a s sf o r m i n ga b i l i t y ，t os t u d yi t sc r y s t a l l i z a t i o nk i n e t i c s ， g l a s s t r a n s i t i o na n dr e l a x a t i o n u s i n g u l t r a s o n i cm e t h o da n dd i f f e r e n t i a l s c a n n i n g c a l o r i m e t e r t h ec r i t i c a ls e c t i o nt h i c k n e s so ft h ep a r a m a g n e t i cp f 确e 趣。糍1 8 越豫c o m p o s i t i o ni s 5m a ni nd i a m e t e rf o rd i ec a s t , w h i c he x h i b i t sad i s t i n c tg l a s st r a n s i t i o na n da 、越d e s u p e r c o o l e dl i q u i dr e g i o nf s l r ) t h eg l a s s t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ei so n l y4 0 9k t h e g l a s sf o r m i n gr a n g eo f t h e p r - c u - n i a ib m g sm o v e si nt h ep r - p o o rd i r e c t i o n w i t h i n c r e a s i n g a 1c o n c e n t r a t i o n ，m e a n w h i l et h ec u - n ic o n c e n 在a t i o ne x h i b i t sa s t e p w i s ed e c r e a s e i f a ic o n c e n t r a t i o ni st o o 嫩g h 里oa t ) o rt o ol o w ( z 1 0 越) ，t h e g l a s sf o r m i n gr a n g e b e c o m e sv e r ys m a l l ，e v e nv a n i s h t h eg l a s sf o r m i n ga b i l i t y i n d i c a t e db ys e v e r a lm o s t l yu s e dc r i t e r i o n sd o e sn o ta c c o r dw i t ht h a tf r o m e x p e r i m e n t a l r e s u l t s 秘l i sm a y s u g g e s t s t h a tt h e r ei sn ou n i v e r s a lc r i t e r i o nf o rg l a s sf o r m i n ga l l o y su p t on o w t h eu l t r a s o n i ce x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h ep r r 0 c u 2 0 n i l 0 a l l ob m ge x h i b i t ss m a l l m o d u l ic o m p a r e d 淅t l lt h a to fs o m eo t h e rt y p i c a lb m g s 。w h i l ei t sp o i s s o n 。sr m i oi s c o m p a r a b l et ot h a to ft h e s eb m g s t h i si n d i c a t e st h a tt h ep r 6 0 c u 2 0 n i l o a l t om a y h a v ea s i m i l a ra b i l i t yt op r e v e n tt h ea t o mr e a r r a n g e m e n ta n dl o n gr a n g em o v e m e n tt ot h e s e b m g s h la d d i t i o n ，t h ea p p a r e n ta c t i v a t i o ne n e r g yf o rg l a s st r a n s i t i o na n dc r y s t a l l i z a t i o n a r ea l s os m a l l e rt h a nt h a to ft h eo t h e rt y p i c a lb m 0 s w h i c hm e a n sal a r g e rp o s s i b i l i t yt o g e te n o u g he n e r g y t oe v o l v ei n t oam o r es t a b l es t a t ei ne n e r g yl a n d s c a p e 。a c c o r d i n gt o t h ev a l u eo ft h ef r a g i l i t yo ft h eb m g ( h e 3 1 ) i tc a nb ec l a s s i f i e di n t ot h es t r o n g c a t e g o r y f i n a l l y , w e c l a r i f i e d q u a l i t a t i v e l y t h e g l a s s t r a n s i t i o ni nt h e r m a l a n a l y s i s e x p e r i m e n t sb y f r e ev o l u m e t h e o r y , t h e o v e r s h o o t i so b s e r v e di ne x p e r i m e n t s k e y w o r d s ：b u l km e t a l l i cg l a s s ，c r y s t a l l i z a t i o nd y n a m i c s ，f r a g i l i t ymg l a s st r a n s i t i o n ， r e l a x a t i o n 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 非晶态金属合金及其发展历史 非龉态豳体在结耥上与晶态固体本质的区剩是没有平移周期往，静不存在长 程痔。艨子撵嚣帮分悫鼹无痔可以崮瑷诲多静不同戆壤援，惫摇几侮位淫无序、 化学( 戏分) 无序、自旋无序等。但原子位置的空间分布也并不是完全无规的， 非晶态阉体的结构中短程序( s r o ) 是极为明照的。在非晶态材料中存在短程序 即存在很确定的最近邻和次近邻配位层的直接证据跫在径向分布函数( r d f ) 中出 现清晰霹觅豹第一晦和第二峰，褥第三远邻醴麓死孚没饔可分辨黪蜂。磊态耱嚣 晶态材料豹结构特征跫被愆射实验( x 射线衍射、瞧予衍射、中予愆射等等) 所 证实。当温度接逝熔点时，液体也会有短程有序的结构，但这与非晶态的短程有 序仍有定的差别。这主要表现在非晶态金属的r d f 曲线具有比液体更锐更强的 宽主蜂并有三、磷个徽弱静次峰，雨叠通常第二峰会萌显遣分袈为两个驻峰，丽 液态金爝的麴线中第二峰不会分裂。瑟且援者缀子数徽溅运动壤提选衣明显躲差 异，液体中原子窭易 乍太予其原子间距的扩散迁移，而非晶态固体中原子主器作 小于原子间距的热振动【l j 。原予或分子很大程度上的混乱排列导致体系自由能增 加，因而菲晶态属于热力学亚稳态。尽管如此，玻璃一旦形成就能够傈持实际上 无限长扮时润。这耱撬形类 蛙予结晶豹金涮石。金剃石怒己躲静最疆的物矮秘典 型敬共侩键驻体，实躲上它一或处在旺稳态。碳原子集合的最低能量的位形不是 金剐石，而是石攫，在标准温度和压强下，石墨是稳定的热力学相。然而，不管 它们的旺稳性质，“金刚石实际上是永存的”。因此对于温度远低于玻璃转变温度 霸的玻璃来说，它稻闯样能够缣持实际上无隈长的辩润。菲鑫态耪瓣爨有一般鑫 态携料所不具备懿缀多饯舅豹躲理、位学鞠力学性能( 热毫强度、抗瘸蚀、延展 性能好等) ，拥商巨大的应用前景。 第二次世界大战后，非晶态物理在理论和实验方面有巨大的发展。从安德森 1 9 5 8 年关予无序体系电子悉的开宦l 髓工俸到1 9 7 6 筇荚符和戴维颠合写熊菲晶固 锩中的奄予过程一书翊擞；从挂藏兹1 9 6 0 年雳骥稔法铡鍪爨嚣嶷台金到1 9 7 6 年卡尔森制造出第一个非晶硅太阳能电池，短短十几年的时间非晶态物理的研究 已l 取得了很大的进展。但是，无论是无序理论、非晶态的微观结构和宏观性能的 研究、非晶态材料的开发利用都还处在发展阶段，萁前途必然繁荣似锦。 j 晶态金属台金( 又称金耩玻璃) 楚菲晶客榜籽韵一个蘩要分支。疑究龚磊 会金的一个独特优势是我们可以连续变化戏分以制备出均匀合金，用这静均匀合 金可以研究其和成分殿温度的关系而没有来自结构相变的复杂干扰。在以往八千 重庆大学硕士学位论文 年中，人类所使用的金属都是晶态材料。历史上第一次报道制备出菲晶态合金的 是妇a m e f 强，铜备工琶为蒸发沉积法。魏藩不久，b r e n n e r 翻等声称羯电沉积涟利 出了n i - p 嚣妈态台金，x 冀童线镪射分蜒结果中只观察到一个漫教晕环。但1 9 6 0 年 如刹福尼亚大学的杜威兹( p o ld u w e z ) 及其同事发明直接将液态a u - s i 合叠急冷( 约 1 0 6k s ) 制备出a u - s i 非晶态台企的方法 4 j 。此后，采用该方法制成了多种非晶态 合金。这是铺备非晶态金耩和合金工艺上酌重要突破。襟苏联的m i r o s h n i c h e n k o 和s a l l ia 乎楚露睁擐遂了铡备j 鑫态合金粒据钕装矍。程这一技术中，金属熔滂 喷射在冷基扳上，分散成为薄膜从丽快速凝固，杜威兹是采用连续喷射熔滴的方 法，而m i r o s h n i c h e n k o 和s a l l i 熟推进两个相对的活濮将熔滴厦入其间。这种技术 后朱被称之为“喷溅冷却”( s p l a t c o o l i n g ) 。喷溅冷却法可以产生大子l 妒k s 的冷 却迷度铁两翎造了一个崭耨懿高度避键稻豹霞漆体帮瑟豹亚稔鑫悫维稳帮 # 爨合 金的冶金学。1 9 7 0 年至1 9 7 3 年，陈鹤涛( h ，s c h e n ) 等人进一步发展了可连续浇 铸和连续制锯非黯态含金的双辊急冷轧制法和单滚筒离心急冷法。1 9 7 3 年，美国 联合化学公间的吉尔受( j j g i l m a n ) 等人做到以2 0 0 0m m i n 的高遍度连续生产非 晶态金耩薄膜，并良商品赉售。柱藏兹的研究成栗不仅谯金感玻璃静懿各上淑褥 了显著成就，嚣基开糖了# 曩态金属懿砑宠领域，大批物理学家开始磷究金属玻 璃的形成条件、结构与稳定性；研究和利用金属玻璃的优异物理性质，例如高强 度、软磁性、抗腐蚀性、抗辐照等性能。此后的7 0 8 0 年代，非晶合金研究在学 术及应爝上都非常活跃，强科学稀工程上积累了大壤前数据，菲晶台金也在一些 领域褥到了一定瓣应羽。键是由于一般 漂合金懿形戏蒜要1 0 。k s 以上豹冷甥速 率，这使于寻影成非晶合金只能制备成很薄的条带或细丝状，从而农很大程度上限 制了非晶合金的应用。8 0 年代发展起来的机械含金化、阐相反应等制备非晶合金 的新方法虽然有稍于入们对非爵形成机制的理解。但是没有从根本上解决这一难 题。予是，寻求矮有强菲菇形成能力，毒l 备毽大获喾晶会金就残了菲鑫耱毽磷究 考 追求的墅撂。9 0 年代以来，i o d 5 。”j 等人开始系统磷究一系列多组元合金族 的玻璃形成能力( g f a ) 。他们采用金属模浇铸( m e t a lm o l dc a s t i n g ) 的方法系统评估合 会熔体转变成非晶台余的临界冷却速率，获得了l a 基、m g 慕、z r 基、n i 基、f o 基、曩基簿其有很强薄晶形成麓力的大袋金鬣渡璃体系，能形成赢径为1 3 0 n g n 豹挎等。表1 1 绘爨嚣兹已经摄邀懿大块金属玻璃髂系及菸发瑷豹对闻。漫l 。l 是典 型大块金属玻璃的形貌图。其中左边的是直径7 5m m 的p d 4 0 c u 3 0 n i l 0 p 2 0 非晶合金， 右边的五根柱状样品则是巍径1 7i n l n 的z r 6 0 a 1 1 0 n i l o c u 2 0 j 晶合金。1 9 9 3 年，w l j o h n s o n t 6 等人发现了迄今为止非晶形成畿力最好的z r - t i c u - n i b e 合金系，其菲 茹形成能力已经接近转统袋纯貔玻璃，金撂玻璃壹经最大达裂卡多蓬卷，重达2 0 重庆大学硕士学位论文 表1 1 目前已报道的犬块金属玻璃体累及其发现的时间( 阻文章或专利的靛袭时间为准) t a b l e1 1 t y p i c a lb u l kg l a s s ya l l o ys y s t e m sr e p o r t e dt od a t et o g e t h e rw i t ht h ec a l e n d a ry e a r sw h e n t h e f i r s tp a p e r o r p a t e n t o f e a c h a 珏o ys y s t e m w a s p u b l i s h e d i n o l l f e u i o u $ m e t a lb a s ey e a r s m g l n - m ( l n - l m l t h a n i d em e t a l ，m = n i ，c uo yz n ) 1 9 8 8 l n _ a l t m ( t m = v i 一g r o u pt r a n s i t i o nm e 协1 1 1 9 8 9 l n - g a - t m1 9 8 9 z r - a 1 善m1 9 9 0 t i z r - 州1 9 9 3 z r - t l ，t m 。b e1 9 9 3 z r _ ( t i ，n b ，p d ) - a 1 - t m 1 9 9 5 p d ：u - n i 母 1 9 9 6 p d - n i 。f e ，p 9 9 6 p d e u m 。s i1 9 9 7 t i - n i c u - s n1 9 9 8 c u - ( z r , h i ) - t i 2 0 0 l c u - ( z r , h t ) - t i - ( y , b 砖 2 0 0 l p r - a i ，n i - c u 2 3 c e _ a l ，n l ，c u2 0 0 4 g a n l o q i c u 2 0 0 4 y - s c a l 。c o2 0 0 4 c u - z r 2 0 0 4 珏。f e r r o u sg r o u pm e t a lb a s e f e - ( a ! ，g a ) - ( p , c ，b ，s i ，g e ) 1 9 9 5 f e - 0 妯，m o h a l ，g 妒( p b ，s i ) 1 9 9 5 c o - ( a l ，g a ) - ( p , b ，s i ) 1 9 9 6 f e - ( z r , n f , n b 强 1 9 9 6 c o 一翟tl - i f , n 讳b1 9 9 6 n i ( z r , h f , x v o ) - ( c r , m o ) - 1 31 9 9 6 f e c o + l n - 1 3 1 9 9 8 f e 一0 岫，c r , m o ) - 但c ，b ) 1 9 9 9 n i - ( n b , c r , m o h p , b 1 1 9 9 9 f e - g a - 拣转) 2 0 6 0 n i - z n t i ，s n - s i2 0 0 1 f e c r - m o 一口，l n ) 一c b 2 0 0 4 公厅，糕界冷蘸速率在lk s 左在，大大诋予菲鑫按冷法1 0 6 m 7 s 懿冷帮速率，量翻 工艺简单，台金性能优异，具有很犬的应用潜力。簸近维吉尼亚大学的s j p o o h 3 重庆大学硕士学位论文 的工作纽用水淬的方法合成出了直径2 5 c m 的丫- 基大块金属玻璃y 3 6 s c 2 0 a 1 2 4 c 0 2 0 1 17 l ，2 0 0 4 年，中科院物理_ 弄，舀本东1 0 大学金鬟所| 噩及美滔加舞；j j o h n s o n d x 缝a 孚 同时报邋割蚤出鸯径大子1 0m m 瞧c u - z r z - 元大块金壤玻璃i l “驯。二元大块金麟玻 璃直是该领域的研究工作者们梦寐以求的。由于金属玻璃是单原予组成，故与 分子组成的玻璃、高分子聚合物相比，是一种更加理想的非晶态材料。多组元大 块金属玻璃撼然形成麓力好，僵葵成份复杂，绘形成祝割豁研究带柬不傻。二个 整纪5 0 年代激来，对薄膜积薄豢二元 # 最会金遂嚣了大量豹磅究，这对棼晶合金 后来的发展楚至关重要的，同时也为质来的物蚀和机理研究提供了宝贵的指导与 借鉴作用。然而薄膜和簿带二元非晶合金也有其自身固有的不足，例如过冷液相 区太窄，样晶太小难酞进行力学往能的测试，而且在中子衍射实验中也需要较大 榉蟊等。这臻都大大嗣绣了入锅对金耩玻璃豹深入磷究。嚣大块二元金璃玻璃静 发现将霄助予人们对金属玻璃的形成机理秘形成能力的深入认识。它的发现必将 对大块众属玻璃乃至熬个非晶态物理的研究和发展产生应有的影响。 图1 1 典型大块金属玻璃的形貌图。左边魑直径7 s f i l m 高8 0 m m 的p d 4 0 c u 3 0 n i l o p 2 0 非晶合金，右 边是赢径1 7 m m 长分捌蹙6 0 0 和1 2 0 m m l 篓 l z r 6 v a l l 。n f l o c u 豁晶台盎。 f i gl 。lo u t e rs u r f a c em o r p h o l o g yo f b u l ka m o r p h o u sa l l o y s i l a ec y l i n d r i c a li n g o to f 7 5m l t li n d i a m e t e ra n d8 0m mi nh e i g h ta n dt h ec y l i n d r i c a lb a ro f1 7r a i ni nd i a m e t e ra n d6 0 00 1 12 0m mi n l e n g t ha r ec o m p o s e do f p d 4 0 c u 3 0 n i l 护2 8 鞠dz 确a l j 。n 羚c 翰a l l o y s ，r e s p e c t i v e b , 在基础研究方面，大块非晶合金也对人们深入认识非晶态材料的络构、物性 隧及二者之间的联系穗供了大豢有价值的研究数据。在菲晶态结秘方谣的研究， b e m a l 在1 9 5 9 年题等径豹钢珐来模拟金属渡钵秘分子滚体的几翅结构，提出艇谓 重庆太学硕士学位论文 1 绪论 的b e m a i 多面体密堆结构模型；电子输运特性方面，z i m a n l 2 2 j 液态金属电子散 射瑾论被推广到金属玻璃酌研究中，溺来辩释无痔结梅对奄子豹散射；n a g e l 等入 【2 习采蜃窭出毫子接型，得出菲晶导棼电阻率一瀑度关系，并 蠢计了电阻温度系数 的蹩级，褥到与实验符合很好的结果。再到后来m o r 的争d 电子散射模型”o ”、 k o n d o 的自旋翻转散射理论【2 酏、双能级散射理论【2 7 l ，自旋涨落理论 2 8 - 3 1 1 及自旋波 散射理论1 3 2 l 簿等都被用来解释非晶合金的魄阻率与涌度交彳乞规律。越导彀萑方面， 土逛纪六十年代束，m e m i l l a n 提出软化声予哥默提惑瓦瓣理论磊，广泛豹j # 黠态 超导电性研究开始，1 9 7 5 年，wl j o h n s o n 等人得到了第一批非晶合金超导体， 开辟了非晶合金超导体研究的新领域。非晶合佥的铁磁性能是非晶材料吸引人的 另一方面。由于没有原子有序，曾一度认为非酗固体将不其有铁磁性。然而1 9 6 0 年古班诺夫( g u b a n o v ) 3 3 1 程理论分耩豹基础土预示菲鑫溢髂将是铰磁链鲍。这一 预示是摄握熬态滔钵转变成渡态时，其电子能繁结构基本上不发生变化这样个 事实。这意味着电子能带结构更依赖于短程有序而不是长程有序。因此，依赖于 短程有序的铁磁性在相应的非晶固体中不会消失。j # 晶网体中将保留铁磁佳这一 瑗论上的预测首次由马德( m a d e r ) 稿诺臻克( n o w i k ) 在t 9 6 5 年麓囊空沉程c o a 珏合金豹工馋中予矬证实。不久，捷( t s u e i ) 秘挂韦兹对喷溅冷却媳含p d 为2 0 ( 原予) 的硅合金( 以一些铁磁性元素部分取代p d ) 的工作中也证实了这点。 进一步证实这一理论预测的第一个具有较高磁化强度的合金韪杜韦兹和林所报道 的f e 7 5 p 1 5 c l o 合金。这是典藿的软磁合金，具有高静饱和磁彳宅强度7k g ( o 7 t ) 和 低跨矫疆力2 4 0 a m 。辛善森( s i m p s o n ) 秘存兰布裂( b r a m b l e y ) 蓄先豢爨，预诗没 鸯磁最各肉异性的非晶合企应具有缀低的矫颓力。然两早期用沉积方法铡备的 c o 。p 非晶合金的矫顽力高达8 0 0 一1 6 0 0 a m ，现在了解到这么商的矫顽力是成分不 均匀引起的。这已由希( c h i ) 和卡荫尔( c a r g i l l ) 的小角度x 射线散射分析和应 变一磁致 牵缩各随箕靛所诞实。落体侠淬酶f e p ，c 合金瓣均匀往好得多，毽矫颓 力仍裹这1 6 0 a m ，比一般f e - n i 较磁会金蹇出几个数量缓。现在融撼瀵楚，这是 急冷技术中快淬所引入的较高的应力所造成的结果，这萃中高应力导致了大的应力 一磁致伸缩各向异性。用熔体快淬方法在高速转动的转鼓上凝固形成的f e n i p b 菲晶条带呈现更低的矫顽力( 约为8 a m ) 。卢溥新基等蔷次稽适当静燕处瑙方法 将这类舍金瓣矮鞭力降低到o 。8 a m 跛下，劳攒明这转交他是稳退火溃除内应力楣 联系的。最近诺簸( n o s e ) 和增本健( m a s u m o t o ) 报道了一类新的非爵合金，这 类合金是由过渡金属和铁戏铅组成的，即( c o ，n i ，f e ) 9 n 飙o 。其饱和磁化强度稍 低于f e 9 0 8 2 0 合金，但其他往能如损耗、磁导率和磁致伸缩等却菲常褶似。大块金 属凌璃静发瑷为这些罄穑磷究掇供了缑多方覆，太大方馕了越声 3 4 - 3 7 】、沈热1 3 蛐们、 暾疆1 4 1 l 、磁性1 4 2 4 4 】等方面物理性质的测量和研究。人们还对金属玻璃的常压和高 重庆大学硕士学位论文 压相变规律进行了广泛的研究。| 4 “8 j 非晶合金由于萁敬特的无序结构，园黼具有穰多优异的力学、物理鞠纯学性 能。力学性能方嚣，毅型大块 熊合会豹摭拉强度一般太子固类晶态舍金。查gm g 基大块非晶含金的抗挝强度在室温高达6 0 0m p a ，远大于抗拉强度最大的晶态m g 基合金。大块非晶合金( 如z r 基) 由于其具有高的抗拉强度、好的延展性、高的 弹性能、高的冲击断裂陲& 和高的抗腐蚀性，且具有菲常好的能薰传递性畿( 做 成翡高尔夫球头貔够传递9 9 豹栽量到达球上) ，已经被掰来铺佟毫尔夫球括和其 击球部谯( 球头) 上。另孙，习本和美国逐开发了滑雪、网球拍、崮行车、潜水 图1 2 左图为已商业化的术制，铁制简尔夫球杆，其表面材料为z r - a i - n i - c u 大块非晶，右图 为g e n e s i s 宇宙飞船和它的窳帑风收集器 f i g1 2l e f t ：o u t e rs h a p e so f c o m m e r c i a lg a l f c l u b si nw o o d 一，i r o n - a n dp u t t e r - t y p ef o r m sw h e r et h e f a c em a t e r i a l sa r ec o m p o s e do f z r - a 1 - n i c ub u l ka m o r p h o u sa l l o y s r i g h t ：t h eg e n e s i ss p a c e s h i p a n dh e rs o l a rw i 髓c o l l e c t o r 装置等大块非晶合金的体育用品。最近，用大块非豁合鑫做的手表表壳，手提电 箭矫壳等等商韭产磊落阉懿。美菌国家航空稻宇靛简( n a s a ) 的起源号( g e n e s i s ) 字密飞艇毂善要经务楚收集著带回太阳风撑本。这颂 王务憋帮助科学家们重叛认 识太阳特性的基本定义以及了解太阳星云是如何从太阳系统中升起的。科学家们 选择了大块非晶( z r - n b - c u - n i - a 1 ) 来作为太阳风收集器，大块非晶可以吸收并保 6 重庆大学硕士学位论文 持氮和氖，而它们是理解太阳和行星形成的重臻元素。另外，由于大块非晶巾不 存在晶体中的滑移位镣，在较低溢度下其霄禳安孑静精浠滚动链。利爝这特性， 可以把丈块嚣晶台金遴努各耱塑性女8 = ，加工戏所鬟的各萼孛形状。大块4 晶合金 在军事方冠墩得到了应用，如用来制造反坦克的动能穿甲弹。用大块金属玻璃和 钨复合制成的穿甲弹头有很高的密度，很离的强度和模量，具有自锐效应，也具 有贫铀弹头的高缎熟剪切敏感往和更高的强度，穿深，质纛院大，穿甲性能莳，成 为稍遥穿军弹豹薪材料，鸯鎏取代对久类健康霹巧境造成严羹惫害豹贫键弹，美 国罩方曩计划将大块非晶合金用于m 1 一1 9 型反坦克导弹上；禚化学方谳，由于大 块非晶的抗腐蚀性、储存能量( 吸氢和析氯) 和高催化性能 3 7 1 ，将有可能在海洋 业和能源方面得到应用；物理性能方面，早在1 9 7 3 年，曩国联合亿学公司( a l l i e d c h e m i c nc o r p o r a t i o n ) 虢麓连续大量生产均匀鹄蓬菲鑫缯丝程薄带。毽是薄带 懿形炊特蔹辍制了其农电力、电子和电子绥息领域的应用。1 9 9 5 年以后，日本的 井上明久( i n o u e ) 等人进步开发出多种铁磁性大块非晶合垒p 。1 ，这些大块非 晶合金其有高于5 0k 的过冷液相区，o 9 6 。1 1 5t 的高磁饱和的良好软磁性能， 1 1 - 6 4a m 的低矫顽力戳及室滠下lk h z 辩高遮7 0 0 0 2 5 0 0 0 酌渗逶性。由予新型 f e 基a # 晶合金具骞低饱和磁致 枣缭，镬缛它们豹软磁性能可与传统熬f e s i b 非 晶合金楣比拟甚至更优。日本研制出来的f e 基大块a e 晶台金软磁材料的磁导率比 硅钢片材料及传统的晶体结构的磁性材料商1 5 倍，阿尔卑斯山电器公司曾准备在 2 0 0 4 年开始商业优生产。美国洛新阿拉莫新国家实验窒镌已经翎备出奁径达翊1 0 m m 冀上懿低磁熊损耗麓大块铁基软磁产熬。在未寒靛宅予技术中，菲晶态会金褥 强其褰效、低损耗、赢导磁等优异物理性能有力地键进电子元器 牛向高频、蕊效、 节能、小型化方向发展，并可部分替代传统的硅钢、铁氧体材料等，被称为跨世 纪的新型功能材料。程电力技术中，采用非晶态合金作为铁芯材料的配电变压器， 箕空载损耗院商容量静硅锅芯交篷器降低6 0 至8 ，1 嚣置黻少了二裁纯碳、二 氧化酸等的接敦燕，被认为是绿色弼保材料。专家预测，大块非鼓合金软磁材料 制品将很快应用于电子信息( 如计算机、通讯设备和工业自动化等) 等高技术产 业和电力等传统产业；在鼷学和生物学方面，大块非晶含金的一个很重要的特性 就是高度的生物兼容往和不会弓f 起_ i 尊敏反应，这在医学上如修复移植私镧造舞科 手零嚣件等方瑟是菲鬻有爆静。哥援于终辩手术熬手术刃，入造繁头，人遗矛齿 及用于电磁劁激的体内生物传感材料等。我国在非鼹新材料研究及生产上也取得 重要突破，特别悬2 0 0 1 年在千吨级非晶带材生产线上实现了在线自动卷取新成果， 使我国非晶材料生产能力仪次于美醋跃届世界第二位，成为氆界上该领域预先的 少数死令嚣家之一。 当然，大块金属玻璃的用途还远不止这些，对它的研究还有德深入，它的披 7 重庆大学硕士学位浩文 多用途还不为人蜘所船。相信随着基础研究和应用研究的不断深入，人们对大块 非晶的认识也会越来越深入，它将给人类的生活带来巨大的变化。 1 2 非晶态金属合金研究中的两个重要问题 1 2t 形成机理和彩成能力的判据 渡体的凝固过程可以用图1 3 来描述，如图所示，液体可阻用两种方式同化： 哥十是不连续地圃化成为品悉固体；另一种是连续固化而成为非品态固体即玻璃。 在通常情况下，液体冷却到熔点处会结晶雨发生体积和热焓的突变。但是如果 冷却速度足够炔，则在品点以下不会结晶，而成为过冷液体，并在玻璃转变温度 瓦以下成为非晶态固体。在t # r 晶的整个温度区