（材料学专业论文）alcr（si）合金系中准晶及其近似晶体相的结构研究.pdf

摘要 本文对富a l 且s i 1 5a t 的a 1 c r 一( s i ) 合金系中的准晶及近似相进行了系统的研 究。用电子探针、d s c 、单晶x 射线衍射和t e m 相结合的办法确认了a l c r 二元合金 系中两个成分非常靠近但一直未能区分的t 1 a l l l c 0 2 相和a 1 4 c r 相。确认t 1 一a 1 l l c r 2 相为 正交相，e - a 1 4 c r 相为六方相。同时对a l c r 二元合金系中0 a 1 4 5 c r 7 单斜相提出了一个更 合理的单胞结构：口= 2 0 5 9 5 n m ，b = 0 7 5 7 4 n m ，c = 1 0 9 4 9n r n ，b = 1 0 7 3 4 。新的单斜 单胞有更短的d 和更小的p 角，接近1 0 8 0 的p 角与( ol o ) 层块中c r 3 二十面体的五边形内 角能更好的对应上。 首次在a 1 c r - s i 三元合金系中发现了周期为1 2 4n l n 和3 7 2n i n 的两种稳定十次准 晶。用选区电子衍射和高分辨像等手段，确定了a 1 一c r - ( s i ) 合金系中的1 6 个准晶近似相， 其中的7 个准晶近似相为新相，它们是：六方t ( “) 相，六方相和正交”相，以及周期为 3 7 2n l n 的正交( 2 1 ，2 1 ) ，( 1 1 ，3 2 ) ，( 2 1 ，3 1 2 ) j ：n 7 0 1 口= 2 2 9n m ，c = 3 7 1r i m ，6 = 1 0 8 。 的单斜相。 高分辨像表明，十次准晶近似相的基本结构单元是由两圈各十个亮像点组成的同心 十边形原子团簇。这种原子团簇之间的连接只有五种连接形式，它们可以归为两大类， 这两大类五种连接的各种组合就可以形成准晶和各种类型的近似相。同时，这些同心十 边形原子团簇之间可以重叠，是对g u m m e l t 提出的覆盖模型在实验上的又一有力证据。 从高分辨像出发，分别用十边形，五角形以及扁六边形和船形构筑了五种十次准晶近似 相的各三种平面结构模型。 用电子晶体学的方法提出了六方肛相的结构模型，用x 光单晶衍射的方法得到了六 方t ( 山相的结构模型。分析了晶格常量a 呈t 倍关系的p 、h 、“( “) 、和t ( “) 六方相的结构， 这里t = ( 1 + , 5 ) 2 ，为黄金分割数。发现这些六方相的p f p 层块中二十面体相互穿插， 分别有2 、4 、( 4 + 2 ，3 + 3 ) 和( 4 + 4 + 2 ，3 + 3 + 4 ) 这几种组合，形成长度呈t 倍膨胀的二十面 体链，这些二十面体链沿 方向延伸且单胞内的长度比与这几个六方相的点阵常数 a 之比一致，均为t 。总结了六方准晶近似相的一般规律：六方准晶近似相可以根据其 0 0 1 带轴上强衍射点的位置分为- - o e 类型，并指出f 0 0 1 带轴上强衍射点列所在的位置 是由( 0 0 1 ) 层块中二十面体链的方向决定的。 用x 光单晶衍射的方法成功解析了简单正交8 一( a l ，s i ) 4 c r 相的结构。简单正交一( a i ， s i ) 4 c r 相的结构与底心正交一a 1 4 c r 相的结构很相似，可以看成是正交一a 1 4 c r 相的一个 有序变体。分析了正交( ) 相与六方肛相之间的结构关系，指出正交( ) 相中二十面体链 互成6 0 。角是它们表现出伪六方特性的原因。 分析了成分接近( a l ，s i ) 4 c r 的五个准晶近似相之间的关系：它们的成分相近，而且 晶格常量相关，空间群有母子群关系， 0 0 1 1 带轴上强衍射点有呈六次对称的相似分布， 结构上也相互关联，可以把它们归为( a 1 ，s i ) 。c r 家族。 关键词：准晶，准晶近似相，a 卜c r _ ( s i ) 合金，二+ 面体，晶体结构，透射电子显微学 a b s t r a c t t h eq u a s i c r y s t a l sa n dt h e i ra p p r o x i m a n t si na 1 - r i c h a 1 一c r 一( s i 、a l l o y sw i t ha s ic o n t e n t 1 5a t h a v eb e e ns t u d i e d t w oi n t e r m e t a l l i cp h a s e s ：t 1 一a l l l c r 2a n d8 - a 1 4 c ri na i c ra l l o y s y s t e m ，w h i c ha l m o s t h a v et h es a m e c o m p o s i t i o na n d w e r en o td i s t i n g u i s h e di nt h ep a s t ，h a v e b e e nc o n f i r m e db yt h ec o m b i n a t i o nm e t h o d so fe m p a ，d s ca n dx r do fs i n g l ec r y s t a l t 1 一a l n c r 2i sa no r t h o r h o m b i cp h a s ew h e r e a ss - a 1 4 c ri sah e x a g o n a lo n e an e wm o n o c l i n i c e e l lo f t h ei n t e r m e t a l l i cc o m p o u n da 1 4 s c r 7w a sc h o s e nw i t h 口= 2 0 5 9 5n n l ，b = o 7 5 7 4n n ，c 21 0 9 4 9n l na n db210 7 3 4 0 t h en e w m o n o c l i n i cc e l lh a st h es a m e s p a c eg r o u pc 2 ma n d u n i t c e l lv o l u m ea st h eo l do n e ，b u th a sas m a l l e rap a r a m e t e ra n da l s oas m a l l e rba n g l e f u r t h e r m o r e ，t h epa n g l ei sv e r yc l o s et o1 0 8 0o f t h ep e n t a g o n si nt h e ( 0 1 0 ) p l a n eo f t h ec r 3 i c o s a h e d r o n t w ok i n d so fs t a b l ed e c a g o n a lq u a s i c r y s t a l s ( d q c ) a n d16a p p r o x i m a n t sh a v eb e e nf o u n d i na i c r - ( s i ) a l l o y sb ym e a n so fs e l e c t e d - a r e ae l e c t r o nd i f f r a c t i o n ( s a e d ) ，h i g hr e s o l u t i o n e l e c t r o nm i c r o s c o p y ( h r e m ) i m a g ea n dx - r a ys i n g l ec r y s t a l l i n ed i f f r a c t i o n a m o n gt h e1 6 a p p r o x i m a n t s ，s e v e n o f t h e ma r en e w p h a s e s t h es t a b l ed e c a g o n a lq u a s i c r y s t a lw i t hap e r i o d o f 3 7 2m n a l o n g t h et e n f o l da x i si sr e p o r t e df o rt h ef i r s tt i m e t h eb a s i cs t r u c t u r a lu n i to ft h ed q ca n dt h ea p p r o x i m a n t si sah o m o c e n t r i cd e c a g o n c l u s t e r t h ec o n n e c t i o n sb e t w e e nt w od e c a g o nc l u s t e r sa r es i x ，w h i c hb e l o n gt ot w ol a r g e r g r o u p s t h e s ec o n n e c t i o n sc a r lf o r md q c a n da p p r o x i m a n t s t h ed e c a g o n a ls t r u c t u r a lu n i t c a no v e r l a pc o n f i r m i n gt h ec o v e rt h e o r yo fpg u m m e l t t h r e ed i f f e r e n tp l a n a rs t r u c t u r a l m o d e so f5a p p r o x i m a n t sh a v eb e e np u tf o r w a r db yu s i n gp e n t a g o n ，d e c a g o n ，f l a th e x a g o n a n d b o a t - s h a p er e s p e c t i v e l y as t r u c t u r a lm o d eo f t h e h e x a g o n a ll l p h a s ew a s d e d u c e df r o mt h eh e x a g o n a l 九p h a s eb y u s i n gt h ea p p r o a c ho f e l e c t r o nc r y s t a l l o g r a p h ya n das t r u c t u r a lm o d eo ft h eh e x a g o n a lt ( “) p h a s ew a so b t a i n e db yx - r a ys i n g l ec r y s t a l l i n ed i f f r a c t i o n ，at i n f l a t i o nr e l a t i o n s h i pe x i s t s a m o n gt h e1 7 p a r a m e t e r so f t h eh e x a g o n a lp ，h ，( 肛1 ) a n dt ( 肚) p h a s e s ，w h e r et = ( 1 + q 5 ) 2 ： d t ( “) 兰td u 兰t 2a h 兰t 5 口b i na 户j 叩l a y e rb l o c k ，t h e r ea r ei n t e r p e n e t r a t e di c o s a h e d r a lc h a i n s c o n s i s t i n go f2 ，4 ，( 4 + 2 ，3 + 3 ) a n d ( 4 + 4 + 2 ，3 + 3 + 4 ) i c o s a h e d r a ，r e s p e c t i v e l y , i np ，h ，“( “) ，a n d t ( “) p h a s e s t h ep e r i o d i c i t y o f t h e s ec h a i n s ，n a m e l yt h el a t t i c ep a r a m e t e ra ，f o r m sat i n f l a t e d s e r i e s w eh a v es u m m e d u p ar u l et h a tt h eh e x a g o n a la p p r o x i m a n t sc a nb ec l a s s i f i e da st h r e e b yt h es t r o n gd i f f r a c t i o ns p o t si nt h e i r 【0 0 1 】e d p sa n d t h ed i r e c t i o no ft h ei c o s a h e d r ac h a i n s i nt h e i rf 0 0 1 ) l a y e r si st i l es t r u c t u r en a t u r eo f t h i sp h e n o m e n o n t h ec r y s t a ls t r u c t u r eo ft h ep r i m i t i v eo r t h o r h o m b i cs - ( a 1 ，s i ) 4 c rp h a s ew a sd e t e r m i n e d b ys i n g l e c r y s t a lx r a y d i f f r a c t i o n a n a l y s i s t h em o r p h o l o g i c a l u n i t si n 8 - a 1 4 c r a n d ( a i ，s i ) 4 c ra r en o to n l yt h es a m e b u ta l s oh a v et h es f l i l ea r r a n g e m e n ta n ds - ( a l ，s i ) 4 c rc a r l b ec o n s i d e r e da sa no r d e r e do n eo ft h e 一a 1 4 c r b o t ht h es t r u c t u r e so f 一a 1 4 c ra n d e - ( a l ，s i ) 4 c ra r ec l o s e l yr e l a t e dt ot h a to f t h eh e x a g o n a lp a 1 4 m n p , - a 1 4 c r t h ei c o s a h e d r a l c h a i n si nt h ep s e u d oh e x a g o n a ld i r e c t i o n si nt h ee - a 1 4 c ra n ds - ( a i ，s i ) 4 c rr e v e a lt h ei d e n t i t y o f p s e u d oh e x a g o n a lp h a s e s a f a m i l yo f ( a 1 ，s i ) 4 c ri n c l u d i n gt h eh e x a g o n a l “a 1 4 c ra n dg - a 1 7 t9 c r 2 。o s i 8lp h a s e s ， t h eo r t h o r h o m b i c - a 1 4 c g 一( a l ，s i ) 4 c ra n de - a 1 7 05 c r l 98 s i 97p h a s e sw e r ed i s c u s s e d t h e s e f i v ea p p r o x i m a n t sa r es t r u c t u r a l l yr e l a t e d k e y w o r d s ：q u a s i c r y s t a l ；a p p r o x i m a n t s ；a i - c r - ( s i ) a l l o y s ；i e o s a h e d r o n ；c r y s t a l s t r u c t u r e ；t e m 大连理工大学博士学位论文a i ，c r - ( s i ) 舍金系中准晶及其近似相的结构研究 1 1 引言 第一章前言 准晶是同时具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称的固态有序 相。准周期性平移序和非晶体学旋转对称性是准晶的晶体学特征。准晶的原予 分布虽然没有周期性却有严格的位置序，因此能给出明锐的衍射斑点。准晶是 二十世纪八十年代凝聚态物理的重大发现之一，由于其独特的结构和性能，它 受到了材料、物理、化学、数学等领域科学家的广泛关注。至今，准晶研究仍 然是固体物理及材料学领域的科学前沿。准晶的发现扩大了晶体的范畴：现在 即包括有周期位置序的传统晶体也包括有准周期位置序的准晶体。 自1 9 8 4 年a 1 m n 准晶被首次报道以来，准晶研究主要集中在以下三个 方面：1 、对准晶结构的认识；2 、准晶制备：3 、准晶性能及应用研究。准晶 的制备工艺已有比较大的发展。无论是八十年代采用的激冷法，九十年代初已 经用的提拉法，还是近来董闯等人新发展的吸铸法【2 j 等，都能得到大块准晶单 晶。准晶的一些独特性能p ，4 】，如高硬度、高耐磨性、高热障、低摩擦系数、 低表面能和储氢特性等，使得准晶在不粘锅剃刀以及隔热、储氢和太阳能吸收 材料和金属基复合材料等方面有一些应用 s - 9 j 。而准晶的结构自准晶发现以来 就一直是准晶研究的热点。但由于准晶的准周期性平移序和非晶体学旋转对称 性，使得准晶的结构研究变得很复杂。好在准晶与其晶体近似相( 与准晶有类 似化学配比和相关结构的晶体相) 有相似的结构单元。如：三维二十面体准晶 的结构特征是二十面体对称，因此它的晶体近似相中都有二十面体对称同心壳 层结构。二维十重对称准晶的结构特征是五重或十重对称准周期层在十重轴方 向的周期堆垛，因此它的晶体近似相的晶体结构中一则应有五角面或十角面 层，二则它在这些层的法线方向的晶胞常数应与十重轴方向的周期相同或者有 整数倍的关系。我们可以通过准晶近似相的结构来理解准晶的结构并预测准晶 的性能。所以我国的准晶研究工作者投入了相当多的精力来研究准晶及准晶近 似相的结构。特别是郭可信院士和他的学生在a l 基合金的晶体近似相方面的 研究工作最为系统。中国科学院物理研究所李方华院士领导的研究组、武汉大 学王仁卉教授研究组、大连理工大学董闯教授研究组也对准晶及其近似相的结 构和缺陷做了一系列的研究。研究准晶的晶体近似相结构不但可以帮助我们由 近似相中的基本结构单元( 原子团) 推测准晶的原子结构，还可以从已知的小 单胞近似相中的基本结构单元出发来研究大单胞近似相的原子结构。基于准晶 及其近似相的重要意义，本论文系统的研究了a 1 c r ( s i ) 合金系中富a l 部分准 晶及其近似相的结构。 1 2 准晶的发现 经典晶体学理论认为，晶体是原子、离子或分子的三维周期排列，即具有 第一章前言 平移周期性。由于晶体的平移周期性对点对称性的制约，晶体只能有1 、2 、3 、 4 、6 次旋转对称，5 次和高于6 次的旋转对称性都是不允许的，也即是五次或 高于六次对称的平面图形不能布满整个平面。因此晶体可分为七大晶系1 4 种 布拉菲点阵，具有3 2 个晶体学点群及2 3 0 种空间群。这是一个世纪来晶体学 的基本规律。 19 8 4 年底，美国国家标准局( n b s ) 的s h e c h t m a n 等人【1 1 报道了在急冷的 a 1 6 m n 台金中观察到具有二十面体对称性的电子衍射图( 见图1 1 ) 这些衍射 图之间的夹角关系符合m 3 5 点群对称。明锐的衍射斑点说明物质具有长程序， 但各衍射峰之间不呈周期性排列而是满足黄金中值t = ( 1 + 5 ) 2 的比例关系。 这种衍射特征与传统晶体学的基本规律相违背引起了晶体学家和物理学家的 极大兴趣。 图i 1 二二十面体准晶的五次轴( a ) ，三次轴( b ) 和二次轴( c ) 的电子衍射图及( d ) 二十 面体的示意图 f i g u f e1 1t h ed i f f r a c t i o np a t t e r n so ft h ei e o s a h e d r a lq u a s i c r y s t a la l o n gt h e f i v e ( a ) ，t h r e e ( b ) a n dt w o ( c ) f o l da x e s ( d ) a ni c o s a h e d r o n 美国宾州大学的l e v i n e 和s t e i n h a r d t 1 0 从理论上对这种具有二十面体对称 性的结构进行了研究，论证了二十面体结构出现的可能性并计算了与二十面体 相一致的衍射图，由此提出了“准晶”的概念。这种新的有序相被称为“准晶” ( q u a s i e r y s t a l s ) ，即具有长程准周期平移序的晶体。 与s h e c h t m a n 等人同时或稍后，中科院沈阳金属所的郭可信教授领导的一 个研究小组于1 9 8 4 年在高温合金中观察到了五次对称电子衍射图，而后于 1 9 8 5 年初在急冷n i t i 合金中也发现了与a 1 6 m n 合金中相同的五次对称现象 f i 】1 。 2 大连理工大学博士学位论文a 1 - c 卜( s i ) 舍金系中准晶及其近似相的结构研究 二十面体准晶是三维准晶，既在三维空间的任何一方向都不具有周期性。 继二十面体准晶发现之后几类新的二维准晶也相继被发现。所谓二维准晶是指 一个方向具有平移周期性，在垂直于此方向的二维平面上呈准周期性。 b e n d e r s k y 2 l 和c h a t t o p a d h y a y ”】等人分别在a 1 m n 合金中发现了具有1 0 m m m 点对称性的二十面体准晶：中科院物理所冯国光【l4 j 研究员等在急冷a 1 f e 中发 现了十次对称准晶。i s h i m a s a 等i l 纠和中科院北京电镜室陈焕等人1 1 6 1 分别在 c r n i 蒸镀膜和v n i s i 合金中发现了十二次对称准晶。王宁和郭可信【”】在 c r n i 。s i 合金中发现了具有8 m m m 点群的八次对称准晶。中科院沈阳金属所 曹巍8 1 周大顺等【l 引人也分别在m n s i 和m n s i f e 合金中发现了八次对称准 晶。除三维二十面体准晶和二维准晶外，中科院沈阳金属所的何伦雄等人 2 0 1 在急冷a 1 n i s i 和a 1 c u m n 合金中以及急冷并退火的a 1 c u c o 合金中发现了 一维准晶。 早期发现的准晶都是一种亚稳相，由熔融液态合金急冷凝固产生，晶粒尺 寸般只有微米数量级。此外由固态转变的方法也可产生这类亚稳准晶：如共 沉积多层膜离子离子注入【2 1 , 2 2 和机械合金化2 2 1 等。用离子蒸镀和激光或电予 束熔融处理( i s h i m a s a e t a l 等1 2 3 】，a z i z e t a t 等f 2 4 1 ) 也可以制备出亚稳的准晶。 随着准晶研究的进一步深入一些稳定的准晶相继被发现。1 9 8 6 年s a i n f o r t 等1 25 l 用通常的铸锭方法成功地制备出了a 1 l i c u 稳定准晶。其后蔡安邦等发 现了a 1 c u ( f e ，o s ，r u ) t 2 6 , 2 7 】和a 1 p d m n 2 引稳定二十面体准晶，o h a s h i 2 9 1 现了 g a m g z n 稳定二十面体准晶。何伦雄等d o 于1 9 9 0 年发现了第一个稳定 a 1 c u c o 十次对称准晶。 1 3 准晶的分类 根据准晶在热力学上的稳定性可将其分为稳定准晶和亚稳准晶两大类。根 据三维物理空间中材料呈现周期性的维数可以把准晶分成三维准晶、二维准 晶、和一维准晶三大类。三维准晶指的是三维物理空间的材料其中的原子在三 维上都是准周期分布的。实验上已经发现的三维准晶有二十面体准晶和立方准 晶两大类。其中二十面体准晶又可分为简单二十面体准晶和面心二十面体准晶 两类。二维准晶指的是三维物理空间的准晶体中的原予有二维是准周期分布 的，另外一维则是呈周期分布。实验上已发现的二维准晶有十次准晶、十二次 准晶、八次准晶、和五次准晶等四类。这些二维准晶沿其周期性方向分别具有 十次旋转轴、十二次旋转轴、八次旋转轴、和五次旋转轴。一维准晶指的是三 维物理空间的准晶体中的原子有二维是周期分布，另外一维才是准周期分布。 至今己发现了共1 9 0 多种成分的准晶，其中有7 0 多种是热力学上稳定的。在 这1 9 0 多种准晶中有9 2 种( 其中4 3 种是稳定的) 是二十面体准晶，6 4 种( 其 中2 5 种是稳定的) 是十次准晶。 1 3 1 三维准晶 第一章前言 1 3 1 1 二十面体准晶 按照构成准晶的原子团来分，现在已知的二十面体准晶有两种结构类型。 其中a 类二十面体准晶的原子团是m a c k a y 二十面体，准点阵常数a r “0 4 6 n m ， 电子浓度比e a 约为1 7 5 。b 类二十面体准晶的原子团是 s a m s o n - p a u l i n g b e r g m a n n 菱形三十面体，准点阵常数口r 一0 5 2 n m ，电子浓度 比e a 约为2 1 。董闯1 3 j 和蔡安邦【”j 详细地总结了准晶与其晶体近似相的电子 浓度比e a 的规律，认为稳定的二十面体准晶是由电子结构决定的 h u m e r o t h e r y 相。 表1 1 引自武汉大学王仁卉教授新著准晶物理学 3 2 j 一书，列出了实验 上已经发现的二十面体准晶的化学成分、准点阵常数a 孙点阵类型( 初基简单 准点阵p 或面心准点阵f ) 、热力学上的稳定性、以及结构类型( a 类或b 类) 。 其中口r 是初基简单二十面体准点阵的点阵常数。由于原子分布的有序化而形 成的面心二十面体准点阵的点阵常数则为其两倍。 表1 1 实验上已经发现的二十面体准晶【3 2 1 t a b l e1 1t h ei c o s a h e d r aq u a s i c r y s t a l sw h i c hh a v eb e e nf o u n d 【3 2 化学成分准点阵常数点阵类热力学稳定结构类 口r r i m型型 a 1 t m ( 过渡金属) 合金 a l s 6 m n l4 0 4 6 0 r i mpa a l s s c r l5 0 4 6 5 n ma a 1 m o0 4 7 5 n ma a 1 7 8 r e 2 2 a a 1 4 r u a a 1 4 v0 4 7 5 n ma a l wa a l ( c r l ，f e 。) a a i ( m n l x f e x ) a a l s 2 4 f e 8 8 v 3 6 s i 52 pa a 1 7 63 f e 92 c r 46 m 0 2 9 s i 7o pa a 1 6 2 c r l 9 s i i9 0 4 6 0 n ma a l 6 0 c r 2 0 g e 2 0 a l 6 5 c r 2 0 x f e x g e l5 a a 1 c r r ua a 1 6 2 c u 2 55 f e l 2 5 o 4 4 5 n mf稳定a a 1 6 2 一x b e x c u 25 5 f e l 25 f稳定a a 1 6 5 c u 2 0 m n l5 fa a i c u m n b0 4 5 1 n mf稳定a a 1 6 3 c u 2 5 0 s 12 0 4 5 l l l mf稳定a 4 大连理工大学博士学位论文a i c r - ( s i ) 台金系中准晶及其近似相的结构研究 a 1 6 3 c u 2 5 r u j 2 a | 6 5 c u 2 0 c r l5 a 1 6 5 c u 2 0 v l5 a l t o f e 2 0 t a l0 a 1 7 3 m n 21s i 6 a 1 5 5 m n 2 0 s i 2 5 a 1 6 0 m n 2 0 g e 2 0 a 1 7 55 m 1 7 1 175 r u 4 s i 3 a 1 7 4 m n l7 6 f e 24 s i 6 a 1 7 5 m n ls c r s s i 5 a 1 一m n 一( c r ，f e ) a l t o5 p d 2 l m n s5 a 1 7 05 p d 2 05 r e 9 a 1 p d m n b a 1 7 2 p d 2 5 v 3 a 1 7 0p d l7 f e l3 a 1 7 2 p d 2 0c r s a 1 7 5 p d l5c o i o a 1 7 0 p d 2 0 c r s f e 5 a 1 7 0 p d 2 0 v 5 c o5 a 1 7 0 p d 2 0 m o s r u s a 1 7 0 p d 2 0 w s o s 5 a l s 2 m g l 7 p d 3 i a 1 7 0 m g s r h 2 2 0 4 5 3 n m 0 4 5 9 n m 0 4 5 5 n m 0 4 6 0 n m 0 4 5 9 n m 0 4 5 6 n m 0 4 6 0 n m 0 4 5 5 n m 0 4 6 3 n m t i 基t i n i 基t i z r 基v - n i 基p d 基合金 ( t i l - x v 。) 2 n i ，x = 0 0 3 t i ，f e t i 2 m n t i 2 c o t i 5 6 n i 2 8 s i l 6 t i 4 15 z r 4 i5 n i i7 t i 4 5 z r 3 8 n ii7 v 4 i n i 3 6 s i 2 3 m n n i s i 0 4 7 2 n m 0 4 7 9 n m 0 4 8 2 n m f f 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 p d s s8 u 2 06 s i 2 06 0 51 4 n m ( a l ，z n ，c u ，a u ) 4 9 m 9 3 2 类型合金 a 1 5l l i 3 c u 0 5 0 4 n m 稳定 a 1 6 c u m 9 4 0 5 21n m a 1 5 】c u j25 ( l i x m 9 3 65 x ) 0 5 0 5 n m a 1 5 a l i 2 5 m 9 2 5 0 517 n mf 5 a a b b b b a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a f f f f f f f f f f f f f f f f f f 一蔓= 童塾壹 a 1 6 a u l i 3 a 1 5 l z n l7 l i 3 2 a l g o m 9 3 5 a g l 5 a 1 - n i n b ( a 1 ，z n ) 4 9 m 9 3 2 z n 3 8 m 9 3 7 a 1 2 5 ( a 1 ，z n ，c u ) 4 9 m 9 3 2 z r l 5 2 m 9 3 2 0 a 1 6 z n 4 3 m 9 3 7 0 a 2 0 z n 4 0 m 9 4 0 a 1 2 0 m 9 4 4 a 1 4 3 p d l3 ； m 9 4 7 a 1 3 8 p d l5 o 5 1 l n m o 5 1 l n m o 5 2 3 n m o 5 15 n m o 5 15 n m 0 5 0 9 n m 0 5 13 n m z n m g r e 系合金( r e 代表稀土元素) z n m g y z n 6 75 m g l 94 y 8z r 49 z n 6 0 m 9 3 0 r e l o ( r e = g d ，t b ，d y , h o ，e r ) z n 6 28 m 9 3 02 d y 70 z n s o m g s s c i 50 5 0 3 n m c d 基合金 c d c u c d 8 4 y b l6 0 5 6 8 n m c d 8 5 c a i50 5 7 3 n m c d 6 5 m g z o y l 5 0 5 6 l n m c d 6 5 m 9 2 0 n d l 50 5 7 1 a m c d t o 一8 0 m g l o 2 0 n d 75 1 25 c d s o 8 5 m 9 5 4 0 s m 75 12 5 c d 6 5 m 9 2 0 e u l 5 0 5 8 0 n m c d 6 5 m 9 2 0 g d i 50 5 6 5 n m c d 6 5 m 9 2 0 t b l 5o 5 6 3 n m c d 6 6 m 9 2 i d y l 3 o 5 6 3 n m c d s s 8 0 m 9 5 3 0 d y s 2 0 c d 6 5 m 9 2 0 h o l 5o 5 6 3 n m c d 6 5 m 9 2 0 e r l 5o 5 6 2 n m c d 6 5 m 9 2 0 t m l 50 5 6 1 n m c d 6 s m 9 2 0 y b l 5 0 5 7 3 n m c d 2 s s s m g o 6 0 y b t o 2 0 c d 6 5 m 9 2 0 l u l 5 o 5 5 7 n m c d 2 5 8 5 m g o 一5 2 c a , o 2 0 p 稳定 p f f p 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 6 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b p p p p p p p p p p p p p p p p 大连理工大学博士学位论文a i c r - ( s i ) 台金系中准品及其近似相的结构研究 1 3 1 2 立方准晶 立方准晶具有立方晶体的对称性，但其中原子排列没有周期性而是具有准 周期性。表1 2 中列举了实验上观察到的立方准晶。 表1 2 实验上已经发现的立方准晶 t a b l e1 2c u b i c q u a s i c r y s t a l sw h i c hh a v eb e e nf o u n de x p e r i m e n t a l l y 化学成分制备方法准点阵常晶体近似相参考文 数献 v 6 n i 】6 s i 7快速凝固 3 3 v 6 n i l6 s i 7快速凝固 1 0 7 n m q m n ( b c c ，a = 3 4 o 8 8r i m ) m 9 3 9 a 1 6 1快速凝固【3 5 ，3 6 】 1 3 2 二维准晶 1 3 2 1 十次准晶 二维十重对称准晶是一种层状结构，它的晶体近似相也有层状结构，只是 其中的十重对称单元畸变排列成具有六角、正交、单斜( 1 3 2 1 0 8 0 ) 等对称的晶体 结构，而且它们的一个晶胞常数应与十重准晶的十重轴方向的周期相同或有整 数倍的关系。十重准晶与其晶体近似相有相似的结构单元，研究晶体近似相的 晶体结构会有助于了解甚至构筑十重准晶的结构模型。十重准晶可以看作是二 维准平面在其法线方向的周期堆垛。从这个角度看，它比三维二十面体准晶的 结构简单，可以直接用p e n r o s e 拼图作为它的二维准周期点阵模型。p e n r o s e 拼图用锐角分别为7 2 0 和3 6 0 的胖菱形和瘦菱形非周期地拼成，不允许留有空 隙也不允许重叠，有如用地砖铺地一样，这是一种拼块( t i l e s ) 的拼接( t i l i n g ) 模 型。 何伦雄等【”，3 8 】首先发现的a 1 c o c u 稳定十重准晶可以在缓冷条件下生成。 不但能长出毫米甚至厘米尺寸的十棱柱单晶体，而且比较完整。它的高分辨电 子显微像常给出直径约为2a m 的十重对称圆盘并常重叠。b u r k o v t 3 9 1 认为这是 十重对称的原子团簇，g u m m e l t 4 0 j 据此发展出原子团簇的覆盖模型，有如用瓦 片重叠在房顶上一样，既可给出准周期十重准晶又能给出有这种原子团簇的周 期点阵。在g a m n 十重准晶和它的晶体近似相方面的高分辨电子显微像观察 1 4 1 - 4 4 支持这种模型。 十次准晶在a l 基，m g z n 基和g a 基等合金中均有报道，其中以a l 基十 次准晶居多。表1 3 引自郭可信先生新著准晶研究【4 副一书，列出了已发现 的部分十次准晶类型，表中文献出处详见准晶研究【4 5 | 。 第一章前言 表1 3 二维十重对称准晶，+ 表示稳定相【4 5 t a b l e1 3d e c a g o n a lq u a s i c r y s t a l + i n d i c a t et h es t a b l eo n e s 4 5 合金周期晶体近似相文献 n m + a 1 6 5 c o l5 c u 2 0 o 4 a 1 13 c 0 4s t e u r e r ，k u o ( 19 9 0 ) + a l t o c o j5 n i l5 o 4a l i3 c 0 4 s t e u r e r ，h a i b a c h ，z h a n g ， k e k ，l f i c k ( 1 9 9 3 ) + a 1 7 0 n i i5 r h , 5 0 4 a 1 13 c 0 4t s a i ，i n o u e ，m a s u m o t o ( 1 9 8 9 ) + a 1 6 5 c u l5 r h 2 0 o 4 a 1 1 3 c 0 4 + a 1 7 1 f e 5 n i 2 4 0 4a 1 1 3 c 0 4 l e m m e r z ，g r u s h k o ， f r e i b u r g ，j a n s e n ( 19 9 4 ) a 1 7 5 c u t o n i l5 o 4 z h a n g ，k u o ( 1 9 8 9 ) a 1 4 n i 0 4 l i ，k u o ( 1 9 8 8 ) f e 5 2 n b i8 0 4 z “a 1 3h e ，y a n g ，y e ( 1 9 9 0 ) + a l l o c 0 4 o 8 a 1 1 3 c 0 4m a k u o ( 1 9 9 4 ) # a 1 2 1 c 0 4 1 6 a 1 9 c 0 2d o n g ，l i ，k u o ( 1 9 8 7 ) a 1 4 m n 1 2 u a 1 4 m ns t e u r e r ( 1 9 9 1 ) a 1 7 9 f e 26 m n l 94 1 2 m a ，s t e r n ( 19 8 7 ) + a 1 7 05 m n l65 p d i 1 2 u - a 1 4 m ns t e u r e r ，h a i b a c h ，z h a n g ， 3 5b e e l i ，n i s s e n ( 1 9 9 4 ) a i c r ( s i ) 1 2 a 1 4 5 c r 7 k u on 9 8 7 ) a 1 6 5 c u 2 0 m n l5 1 2 a l l i m n 4h e ，w u ，k u o ( 1 9 8 8 ) a 1 6 5 c u 2 0 f e l5 1 2 a 1 1 3 f e 4 a 1 6 5 c r 7 c u 2 0 f e 8 1 2 a l l a f e 4l i u ，k 6 s t e r ，m a i l e r ， r o s e n b e r g ( 19 9 2 ) a 1 5 i r 1 6 a 1 3 i r a 1 5 p d 1 6 a 1 3 p dm a ，w a n g ，k u o ( 19 9 8 ) a 1 5 p t 1 6 a 1 3 p t a i 5 0 s 1 6 a | 1 3 0 s 4 k u of 1 9 8 7 ) a ls r u1 6 a l l 3 r u 4 b a n e e l ，h e i n e y ，s t e p h e n s ， g o l d m a n ，h o r n ( 19 8 5 ) a i s r h 1 6a 1 9 r h 2 w a n g ，k u o ( 19 9 0 ) a 1 4 f e 1 6 a 1 1 3 f e 4 f u n g ，y a n g ，z h o u ，z h a o ， z h a n ，s h e n ( 1 9 8 6 ) a 1 7 4 m g s p d 2 1 1 6 a 1 3 p dk o s h i k a w a ，e