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非晶合金概述二一零年三月 目录非晶合金简介1概述1大块非晶合金1大块非晶合金性能1大块非晶合金的形成机制3成分结构条件3热力学条件4动力学条件4大块非晶合金的研究进展4国内外研究现状5当前非晶合金研究应把握的关键问题5大块非晶合金制备技术研究7吸铸法7固结成形法8非晶合金的应用9产业化与市场10产业化分析10安泰科技与日立10非晶合金变压器12非晶合金简介概述金属在熔化后，内部原子处于活跃状态。一旦金属开始冷却，原子就会随着温度的下降，而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来，形成晶体。但如果冷却过程很快，原子还来不及重新排列就被凝固住了，由此就产生了非晶态合金。制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却，仅用千分之一秒的时间就将1300的钢水降到200以下，形成非晶带材。非晶态合金与晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例，它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性,非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。正是因为非晶材料这样一系列优良特性，国内外均对其开展了系统性的理论与应用研究，国内对非晶合金的研究从1976年开始，国家科委一直将非晶合金的研究、开发、产业化列入重大科技攻关项目。在国际上，美日等西方发达国家也开展了大量的基础性研究。经过几十年的科研攻关，非晶材料的产业化应用取得了长足的进步，国内安泰科技股份有限公司，日本日立公司在非晶材料生产方面具有较强优势。同时，在下游产业，采用美国通用电气技术的置信电气已经成为国内目前最大的非晶合金变压器生产企业。展望未来，非晶合金具有广阔的发展空间，因此，在另一方面，其对传统材料如冷轧硅钢等产品的替代威胁值得相关企业进行关注。大块非晶合金大块非晶合金是相对于传统的低维非晶材料(非晶粉、丝、薄带等)而言的，具有较大的三维几何尺寸。固态时原子在三维空间呈拓扑无序排列，表现为短程有序、长程无序，呈亚稳态结构，而且在一定温度范围内还可以相对稳定地保持这种结构。另外研究发现大块非晶合金在过冷液相区具有超塑性，也为大块非晶合金的塑性成型和加工提供了可能。自非晶合金问世以来，提高非晶成形能力，即得到大尺寸的非晶样品一直是人们努力追求的主要目标之一。在常规的冷却条件下，合金熔体在冷却过程中总是很快结晶而形成晶体结构的固体，一般需要采用至少105Ks以上的冷却速度来冷却合金熔体，才能制备出厚度在几十到上百微米的薄带状金属玻璃。最近lO年来，对金属玻璃的研究获得了很大的进展，人们可以在多个合金体系获得毫米甚至厘米级尺寸的块状金属玻璃。大块非晶合金性能大块非晶合金是通过抑制合金熔体的形核和长大，保持液态的长程无序结构，从而获得具有类似玻璃结构的合金材料。因而，块体非晶是兼有液体和固体、金属和玻璃特征的材料。由于具有“冻结”的液态结构，没有晶态材料的长程有序，因而不存在影响合金性能的空位、位错、层错、晶界、第二相等缺陷，也就不会因为位错的运动而产生滑移，加上非晶合金中原子间的键合比一般晶态合金强得多，因此某些材料具有极高的强度等优异的力学性能，如高的硬度、弯曲强度、良好的耐磨性和断裂韧性等。大块非晶合金在加热发生晶化以前存在一个过冷温度区间，当过冷液体的粘度达到10PaS的数量级时，过冷液体就转变为类似于氧化物玻璃的无序结构，表现为牛顿流动状态，可以在一个较宽的应变率范围内发生粘性流动，具有极高的超塑成形能力。块状非晶合金还具有可焊接性，结合爆炸法现已被用于制备更大尺寸的非晶合金。由于不存在晶界、沉淀相相界、位错等容易引起局部腐蚀的部位，同时也不存在晶态合金容易出现的成分偏析，所以非晶合金在结构和成分上都比晶态合金更均匀，因而具有更高的抗腐性。因为大块非晶中不存在磁晶粒各向异性，通常也没有沉淀相粒子等对磁畴壁的钉扎作用，所以具有优异的软磁性能，对其进行一定的热处理可在非晶基体中获得弥散纳米晶微粒，进一步改善其软磁性能。大块非晶合金晶化后获得的纳米晶软磁材料FeMB(MZr，Hf，Nb)，具有高的磁感应强度B和磁导率，这是以往的软磁材料所难以企及的。FINEMET材料的软磁性的发现更是引起了广泛关注。表1列出了非晶合金与传统硅钢的主要物理性能的差别。表1 非晶合金与硅钢的主要物理性能比较项目非晶合金冷轧硅钢饱和自感应强度/T1.542.03矫顽力/Am-130单位铁损/Wkg-10.181.2电阻率/cm14050密度/gcm-37.187.65硬度/hgcm-2860-饱和磁致延伸系数/10-63010最大导磁率20010注：铁损测量是在50Hz的工作磁场下测试的另外，非晶合金还具有晶体所不具有的高电阻、小涡流热等性能。大块非晶合金的形成机制合金在缓慢冷却时易形成晶体，在快冷的条件下则可形成非晶态，如图1所示，在非晶合金的发展过程中，Turnnull的连续形核理论在解释非晶形成动力学和阐述玻璃转变的特征方面发挥了重要作用。根据连续形核理论，Uhlmann引入了非晶形成的相变理论。此后，Davis将这些理论用于玻璃体系，估算了玻璃形成的临界温度。2O世纪80年代末，随着块体非晶合金的出现，非晶形成理论又有了新的发展，主要有以Greer为代表的混沌理论和Inoue的三个经验规律： 合金由3种以上组元组成；各组元原子尺寸差别较大，一般大于12 ；3个组元具有负的混合热。Inoue还给出了大块非晶合金形成机理的唯象解释。此外，Inoue和JohnsonE 教授等在大量实验的基础上对此做了进一步阐述，从拓扑学和化学的观点提出这些多组元大块非晶合金体系的过冷液相具有以下特征：具有高度无序的密集堆垛结构； 其局部原子结构明显不同于相应的结晶相； 各组元元素的分布在长程上是均匀的。成分结构条件对已获得的大块非晶体系从以下几个方面进行分析，从合金成分设计的角度来看，组成合金的各原子之间差异越大，越有利于形成随机密堆结构，有利于形成非晶，实验表明主要组元原子尺寸差超过13 ，可以大大提高合金的非晶形成能力。研究合金成分时发现，形成大块非晶的合金其对应的晶体大多为复杂的金属间化合物，结构大多为复杂的拓扑密度结构，这种相结构从液态向固态的快速冷却过程中形核与长大都需要原子的长程扩散，而随机密堆结构和多组元使原子扩散比较困难，形成金属间化合物的可能性越小，合金的非晶形成能力越大，这即所谓的多组元块体非晶形成的“混乱原理”。综上所述，影响玻璃形成能力的因素有：合金由多种组元构成，组成合金的主要组元原子直径差大于13 。较大的负的混合热，一方面可以提高固液界面能，抑制结晶形核，另一方面增加了长程范围内原子排列的难度，抑制了结晶。除此之外，各组元的相对含量、合金中原子的键合特征、电子结构、合金的热力学性质以及相应的晶态结构等对非晶形成能力也有较大的影响。 热力学条件为了制备大块非晶合金，从热力学观点分析，它对应于液相转变为晶相时具有极低的自由能差、低的熔化焓Hr、高的过冷度丁x和约化玻璃转变温度T 及高的液固相界面能，这些都将导致低的化学电位而使Gibbs自由能差降低，因而热力学驱动力减小，不容易发生结晶转变，更容易形成非晶。根据热力学原理，合金系统自液态向固态转变时自由能变化可表述为xG=HTAS，合金组元数的增多无疑使熔化熵AS 增值，原子稠密无序排列程度增大，有利于H 值的减小和液固界面能的增大，因而非晶形成能力大的合金都是3个以上组元的合金系，同时也降低了结晶的驱动力，增加了非晶形成能力。原子尺寸差异较大的多组元组合形成的随机密堆结构大大降低了过冷液态与晶态的焓变H 的绝对值(因为H 是负数，所以实际上是增加的)并增大固液界面能，H 的增加导致了G 的增加，抑制了晶体的形核与生长，增大了非晶形成能力，宏观上表现为合金的玻璃转变温度Tk和晶化温度TX升高，过冷液相区间TX变大。所以大块非晶形成的热力学条件是：由于液相中原子之间的强烈结合反应和原子尺寸差，从而使得液固相之间具有小的熵变s，低的焓变H，小的自由能差G，降低了结晶驱动力，从而增大了合金的非晶形成能力。动力学条件从液态到固态的快速冷却过程中，如果动力学条件抑制了结晶的形核与长大，就容易形成非晶态。因此，分析非晶形成动力学与结晶动力学所要考虑的因素是一致的。从结晶动力学方面考虑，丁x也反映了形核率的大小和长大速率的快慢。Tx大的合金在宏观上表现出较小的形核率和较慢的长大速率。而在过冷区间内，过冷液体结晶过程中形核率越小和长大速率越慢的合金的非晶形成能力越大。大块非晶合金的研究进展国内外研究现状我国对非晶合金的研究从1976年开始，国家科委一直将非晶合金的研究、开发、产业化列入重大科技攻关项目。“九五”期间，组建了“国家非晶微晶合金工程技术研究中心”，建立了“千吨级非晶带材生产线”，非晶态合金的产业化进程大大加快，现已初步形成非晶态合金科研开发和应用体系。国内关于大块非晶合金的研究主要集中于中科院物理所、金属所，现在各大学也加大了对非晶的研究力度。近年来，在非晶的研究领域中，中国科学家已成为该领域的一支重要力量，国内许多研究组一直在从事非晶以及相关物理问题的研究，在结构、物性、制备、应用研究等方面有较雄厚的实力。现在已经可以制备出多种有自主知识产权的大尺寸块体非晶体，并在块体非晶结构、形成规律、力学和物理性能以及应用开发等方面做出了很多有特色的工作，引起国际同行的广泛关注和重视。中国科学院物理研究所汪卫华研究组在非晶方面的研究近年来取得了重大进展，其主要工作集中在稀土基非晶的制备和力学性能的研究上；中国科学院金属研究所张哲峰等人主要研究不同非晶材料的拉伸和压缩变形与断裂特征，还总结了不同非晶材料在拉伸和压缩及断裂时的不对称性；清华大学姚可夫等人采用玻璃包覆提纯技术和水淬及空冷方法制备了PdSi二元非晶球形样品；西安交通大学张临财等人讨论了第二相对Zr基非晶复合材料力学性能的影响；哈尔滨工业大学黄永江等人研究了Ti 4 2_ Zr Cu 。Ni Sn 块体非晶的形成、热稳定性与力学性能；华中科技大学谌祺等人制备了zr基块体非晶并研究了块体非晶和复合材料在过冷液态区内的单向压缩变形行为。山东大学郭晶等人采用真空回转振动式高温熔体粘度仪测量了Gd基大块非晶形成合金过热液体的粘度，并计算得到过热液体脆性参数；北京科技大学惠希东等人对Zr基非晶的原子结构进行了研究，重点讨论了玻璃结构中的短程与中程有序结构，张勇等人研究了合金化对大块非晶合金及高熵合金的组织与性能的影响；大连理工大学程旭等人利用团簇线和微合金化方法研究了FeBYNb四元合金体系中块体非晶合金的形成；燕山大学徐涛等人通过原位x射线衍射测量结构参数方法，研究了Fe 。CuNd。Si B。非晶合金的热力学结构弛豫。目前国外关于大块非晶合金的研究主要集中在日本和美国，尤其是日本东北大学材料研究所的井上明久和美国的Johnson研究小组。合金系列涉及到过渡金属一类金属系、锆基、钼基、镁基等，研究方法覆盖了从模铸法到水淬、粉末冶金、区域熔炼等多种方法。块体非晶合金研究是日本文部省1998年最大的研究项目；2000年美国陆军拨款3000万美元，用于块体非晶的研究；此外，2000年欧共体也专门立项，组织欧洲10个重要实验室联合攻关。当前非晶合金研究应把握的关键问题2009年4月1416日，香山科学会议在北京召开了以“非晶合金材料与物理”为主题的第347次学术讨论会。香港科技大学刘锦川教授在题为“大块非晶合金的研究进展”的主题评述报告中指出：块体非晶合金由于与各种传统材料相比具有更为优异的物理、化学、力学性能及精密成型性，在航空航天器件、精密机械、信息等领域显示出重要的应用价值。但是，玻璃形成能力与形成理论、原子尺度的结构特征、结构缺陷类型和表征方式、非均匀形变与脆性断裂、剪切带的萌生与滑移扩展、制备过程中的结构与流变特性可控制性等仍是材料科学与物理研究的重大挑战性问题。与会专家认为，非晶态材料如金属玻璃的结构及其表征是凝聚态物理和材料科学领域中长期存在的热点和难点之一。过去几十年的研究工作对非晶合金的三维原子结构的认识和描述还远远不够，这在很大程度上限制了人们对其动力学和力学性质以及玻璃形成和玻璃转变的认识和理解。与会专家在介绍非晶合金结构研究的发展动态、液体脆性研究的国内外现状等内容的基础上建议，应采用同步辐射和中子等先进实验技术，结合先进理论计算技术，来研究过热、深过冷金属熔体和非晶态合金的原子结构；在极端条件下(高温、高压和拉伸)研究非晶合金的原子结构，加深人们对非晶合金本质的认识。非晶形成能力与设计是非晶合金材料研究中的关键问题之一。专家认为非晶转变过程仍然是一个黑箱，而非晶合金是一个十分复杂的体系，还存在许多需要解决的问题。就非晶形成过程而言，在非晶态结构形成前存在各种竞争，非晶合金本身可以认为是一个结晶被阻碍的结晶过程终止态或未完成态，非晶形成的动态过程尽管十分复杂，但开展相关研究十分必要。我国在该领域已具有一定的人才积累和研究基础，相信经过努力能使我国在非晶合金研究领域走在世界前列，为提升我国在高技术领域的竞争力打下坚实基础。非晶合金形变和断裂研究中的一个核心问题是剪切带的形成与演化机理及其能量耗散机制。非晶合金变形行为和力学性能的尺度效应在非晶合金应用和理解宏观变形机制方面都具有重要意义。晶态金属合金的组织一结构一性能间有强关联性，而非晶态合金中这种关联性尚未建立，其根本原因是非晶合金脆性或韧性的原子尺度微观机制尚未了解。非晶合金剪切应变很可能通过原子团(剪切转变区，$TZ)的运动实现，而探明STZ的尺度则是理解非晶合金局域化剪切变形物理机制的重要一环。通过断裂面特征的研究可能为寻找非晶合金韧化途径提供重要帮助。与会专家指出，非晶合金是微成型器件的理想材料；应加强对厚非晶带材、超薄非晶带材和磁敏传感元件的开发；非晶合金在过冷液相区的超塑成型和铸造成型是复杂零件成型的主要方法，我国应当加强这方面的研究。与会专家一致认为，我国目前在该领域已形成了具有国际水平的研究队伍，聚集了一批优秀的青年科学家，并取得了一批重要的科研成果。但是，与我国科学家的理论研究成就相比，该领域中的应用研究相对比较薄弱。专家建议，我国政府应当不失时机地组织优秀的科学家和企业进行联合攻关，解决应用研究中的关键技术问题，力争在23个合金体系的实际应用研究方面取得突破，形成整套的工艺技术成果，早日将这种性能优异的新金属材料产业化，将科学优势转换成产业优势和经济优势。大块非晶合金制备技术研究Duwez在1960年采用铜辊快淬法制备出AuSi系非晶合金条带，这是第一次用快速冷却(冷却速度达到106 Ks)的方法制备而成的非晶合金。1984年KuiHW 和DTurnbull等人通过B2O3溶剂包裹的方法获得尺寸接近10rmn的大块PdNi P非晶合金。在90年代初，日本东北大学的TMasumoto和AInoue等人发现了具有极低临界冷却速率的多元合金体系，通过水淬法或铜模铸造法制备出毫米级的非晶合金，这也是首次发现不含贵金属的毫米级大块非晶合金形成体系。大块非晶合金具有很强的非晶形成能力，突破了传统非晶合金的制造上需要高的冷却速率的工艺限制，在较低的冷却速率下就可以形成较大体积。目前大块非晶合金的制备方法主要有两类：凝固法：由于多组元大块非晶体系具有很高非晶形成能力，其临界冷却速率小，故采用一些传统的金属熔体凝固技术即可，如喷射吸铸法、水淬法、定向凝固法、溶剂包敷法等； 固化法：即在过冷液相区采用热压或温压的办法将非晶粉末压制成大块非晶合金。它主要利用多组元合金体系的过冷液相稳定性高并具有粘滞流动性好的特点，如非晶粉末固结成形法、高压铸造法。另外还有以下几种方法：非晶条带直接复合爆炸焊接、磁悬浮熔炼铜模冷却法、深过冷加液淬法、掺杂、替换法、落管法。在制备大块非晶过程中，关键是减少非均质形核，因而各种制备方法都有以下两个共同特征：(1)对合金母材反复熔炼，以提高熔体的纯度，消除非均质形核点。(2)采用高纯惰性气体保护，尽量防止氧化。一些高效率、低成本的成型方法和一些新的成型工艺都可用于制备大体积非晶，下面以吸铸法和非晶粉末固结成形法为例进行介绍。吸铸法吸铸法是制备非晶合金最常用、也是最方便的方法。这种方法在制备高熔点的非晶合金方面具有其它方法所不能比拟的优势。利用铜模的优良导热性能和高压水流的强烈散热效果，可以制备出各种体系块体非晶。这种原理很简单，设备共分为6个部分：(1)真空系统；(2)压力系统；(3)感应电源加热系统；(4)喷射系统；(5)测温系统；(6)模具成形系统。其基本原理如下：将高纯度的母合金置于底部具有一定小孔的坩埚中，铜模置于坩埚下面，铜模的下端始终与真空系统相连。采用电弧加热将母合金熔化，整个装置放在一个密闭的真空系统中。母合金完全熔化后，从石英管上端导入压力为P1的氩气，底部形成P。的负压，在压力差PP1 +P。的作用下，液态母合金从坩埚注入水冷铜模型腔中，由于强的热流和大的传热系数可以提供很高的冷速，液态母合金在水冷铜模型腔中快速冷却形成非晶。吸铸的优点是，采用高频或中频感应加热，合金熔化速度快，电磁搅拌使合金成分更加均匀，加上熔炼数次，临界冷却速度将明显下降，这是因为反复熔炼提高了熔体纯度，消除了非均质形核点，同时还适合于大尺寸样品的制备。由于液态金属填充好，熔体充型速度快，玻璃形成能力就高，可直接制备较复杂形状的大尺寸非晶合金。固结成形法目前，大块非晶主要是通过将液态金属迅速冷却制备的，但是这种方法只能应用在那些高非晶形成能力的合金体系中，并且样品的尺寸受到很大的限制。利用大块非晶特有的过冷液相区T 的超塑性成形能力来制备大块非晶，可以消除凝固法在尺寸上所受到的限制，因此是一种极有前途的大块非晶的制备方法。采用固结成形法制备大块非晶合金的首要条件是合金在加热时存在一个较宽的过冷温度区T ，对于高非晶形成能力的合金而言，其低的非晶形成临界冷速使之具有更小的晶化驱动力，因而在过冷度区间有更高的热稳定性。非晶粉末固结成形法的工艺流程如下，将配置好的合金在惰性气体保护下进行熔化，之后进行雾化制粉，该过程要在高真空或者在惰性气体的保护下进行。将获得的非晶粉末收集起来过筛，筛掉较大粒度的可能发生晶化的颗粒。将过筛之后的颗粒进行真空热挤压，获得一定的致密度，然后将预挤压的试样进行包套、除气、焊合、挤压，由于非晶具有超塑性能，粉末受到一定条件的挤压后就能够完全弥和在一起。由于粉末固结成形法可以制备大尺寸的非晶，还可以进行大量制备，是一种极有前途的制备大块非晶的方法，原则上讲粉末固结成形法也是有效的，但实际上存在不少问题，比如若过冷温度区间较窄，获得非晶粉末完全弥合而不发生晶化的玻璃态是很困难的，所以该工艺的关键还是要寻找具有较大过冷温度区间的合金系列，目前主要集中在对Zr基和Al基合金的研究上。同时，如何获得比较洁净的非晶粉末以减少在固结成形时的非均质形核核心，如何控制合金在过冷温度区间的固结成形工艺参数以获得大尺寸的完全非晶样品等诸多问题还需要进一步研究。另外，粉末固结成形法经常使非晶特性受到损害，性能较差。因此出现了以下3种非常规的固化成型技术：高压放电首先将一定厚度的非晶合金薄带进行冲裁和叠层，在进行高压放电结合前，先将电容器充电至规定的能量，然后通过开关对试样进行放电。日新制钢公司用此法制造了厚度达原始薄带100倍以上的高密度块状结合体。（2)爆炸焊接通过引爆雷管在非晶复合带上产生巨大压力，由于冲击力远大于非晶带的屈服强度，形变能和动能的一部分将转变为热能。如果冲击点的速度小于复合带中的声速，那么在动板下表面将形成一股净化射流。这样，在高温、高压和净化射流的综合作用下，非晶复合带将瞬间焊合在一起。由于爆炸焊接具有结合力大、热影响区域小的优点，因此焊合过程中不会发生晶化转变。（3）放电等离子烧结 现在出现了利用放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering，简称SPS)将非晶粉末致密化来制备块体非晶合金。SPS是利用外加脉冲强电流形成的电场清除粉末颗粒表面氧化物和吸附的气体，并活化粉末颗粒表面，提高颗粒表面的扩散能力，再在外加压力下利用强电流短时加热粉体进行快速烧结致密化，其消耗的电能仅为传统烧结工艺的1513。SPS具有如下优点：烧结温度低、烧结时间短、单件能耗低；烧结机理特殊，赋予材料新的结构和性能；烧结体密度高，纤维组织均匀，是一种近净成形技术；操作简单。由于其具有烧结温度低、烧结时间短的特点，能够快速固结粉末制备致密的块体材料，因此SPS技术可以应用于制备需要抑制晶化形核的非晶。其烧结机理是在极短的时间内，粉末间放电，快速熔化，在压力作用下非晶粉末还没有来得及晶化就已经发生烧结，而后通过快速凝固就得到非晶态结构，从而得到致密的块体非晶。非晶合金的应用基于非晶独特的组织结构和优异的性能，及高效的制备工艺和广阔的应用前景，自诞生以来就一直受到广泛重视，人们也逐渐加大了对其应用技术的研究，短短的几十年，块体非晶已经在很多领域得到广泛应用，可以预见，大块非晶合金作为一种性能优异的工程材料必将获得广泛应用。目前非晶主要用作模具材料、切削工具材料、电极材料、耐腐蚀材料、储氢材料、运动器材材料、软磁材料等，其在汽车工业、化学工业、运动器材乃至国防军事上已经表现出巨大的应用潜力。由于大块非晶合金可在熔融液体中直接形成，因而在过冷液相区具有超塑成形能力，容易加工成不同的形状，现已用来制作微型模具，也可以进行微型零件的成型，以及具有复杂形状的零件的近终成形。大块非晶具有高的弹性极限和低的杨氏模量，相对于晶态材料而言，大块非晶合金具有更好的弹性。用大块zr基非晶制作的高尔夫球头，由于没有晶界、位错等缺陷，在受到冲击时能量损失很少，可以把更多的能量传递给球，将球击得更远，同时球与杆作用的时间加长，有利于对球的控制。目前在美国市场上已有这种高尔夫球杆出售。在物理性质方面的应用主要是基于其卓越的软磁性。这是由于与传统的晶态合金磁性材料相比，由于其原子排列无序，没有晶体的各向异性，电阻率高，具有高的磁导率。由于非晶能减少涡流，因而可以应用在高频设备中，现代工业多用它制造配电变压器，具有显著的节能效果。非晶态合金铁芯还广泛地应用在各种高频功率器件、传感器、高耐磨音频视频磁头和高频逆变焊机上，这使得电源工作频率和效率大大提高，焊机的体积成倍减小。目前，一种体积小、重量轻的非晶态软磁材料以损耗低、导磁高的优异特性正逐步代替一部分传统的硅钢、坡莫合金和铁氧体材料，成为目前越来越引人注目的新型功能材料之一。专家预计，到2050年，全球的能源消耗将会是目前消费水平的3倍。由于经济发展与电力供应的不匹配，电力短缺代价也越来越大。因此急需新的技术来提高电力供应的灵活性，改变当前电网能源利用率低，发电、传输、使用过程都存在大量能量损失的现象。电力行业可以采取诸如使用非晶合金变压器代替硅钢配电与启用需求响应程序，增加电力需求侧管理等解决办法。在化学性质方面，非晶对某些化学反应具有明显的催化作用，可用作化工催化剂；某些非晶通过化学反应可吸收和释放出氢，可用作储能材料。由于没有晶粒，晶界等缺陷，非晶比晶态合金更加耐腐蚀，可作为腐蚀环境中应用设备的首选材料。大块非晶的弹性模量约为钢的一半，做复合装甲的夹层可以延长射弹与装甲车的作用时间，减小冲击；同时由于它的无定形的结构，使破甲弹爆炸产生的喷流对装甲车的冲击得到分散，避免了晶体材料制备的装甲车被击中时产生的沿结晶结构边缘破裂。用这种强化的大块非晶合金来做穿甲弹的弹芯，具有“自锐”效应。普通的金属射弹在冲击力的作用下变成一种扁平的蘑菇状，而大块非晶射弹不同，相反冲击力的作用会将它的四周撕裂开来，在它钻进物体的时候，实际上变得更加尖锐，大大提高了其摧毁力。另外，新型大块非晶还具有类似于贫铀合金的高绝热剪切敏感性和更高的强度，这种特殊性能使得它适合于用来制造穿甲弹，因而已引起美国军方的高度重视。据报道，美国军方已经与加州理工学院、约翰一霍普金斯大学及橡树岭国家实验室合作，研究大块非晶穿甲弹从而代替现役的贫铀穿甲弹。另外，大块非晶还具有耐磨、抗疲劳、延展性优良的性质。最近制备出的轻型、抗辐照、高强度的大块Ti基金属玻璃在航天领域有很大的应用前景。产业化与市场产业化分析虽然大块非晶作为一种新型材料，具有许多优异的性能，近年来对它的制备技术、非晶形成能力的研究都取得了一定的进展，但是对于它能否得到实际应用还有许多问题需要解决：(1)如何获得更大的尺寸。虽然目前所制备的块体非晶截面尺寸可以达到几十mm，但是尺寸因素仍是制约其应用的一个重要因素。(2)如何提高稳定性。非晶是一种亚稳材料，在某些条件下将发生结构弛豫，向稳定结构转变。(3)如何降低成本。目前制备大块非晶的母合金中大部分含有稀有金属，成本很高。(4)如何改进制备工艺。熔体水淬法操作简单，但有一定的局限性，对于那些与石英管壁有强烈反应的合金熔体不宜采用此法，其熔体冷却效率也不如铜模高。粉末固结成形法制备的样品，不仅要满足致密，而且要避免晶化，所制备的块体材料在纯度、致密度和成形等方面都受到很大限制，效率也有待提高。定向凝固法适于制作截面积小但比较长的样品，一般只适用于非晶形成能力较强的体系。要解决上述问题，可以从以下几个方面人手：(1)以现有的理论来指导合金成分设计，增加合金组元数量可以降低合金的熔点，提高合金的玻璃化温择合理的原子尺寸配合，以便构成更加紧密的无序堆积；减小自由体积，使流动性更小；另外还要合理选择合金的组元，组元的选择相当复杂，如何高效地选择合金组元尚有待人们的深人研究。(2)从制备工艺上考虑，改变现有的冷却环境和控制非均匀形核条件(如改善模具内腔的光洁度、提高原材料纯度)，探寻新的实验方法和设备。深过冷结合液淬法可避免合金母材与容器壁直接接触，最大限度地避免了非均质形核。掺杂、替换法可在原非晶合金基础上获得热稳定性更佳、强度更高的多组元非晶合金及大块纳米晶合金。(3)建立非晶反应晶化动力学，推迟非晶态向晶态转变，使之向更高温度和更长孕育期推迟；阐明过冷液相区和稳定性之间的关系，探索提高块体非晶稳定性的途径。(4)开发具有较低成本的合金体系。 安泰科技与日立安泰科技安泰科技股份有限公司是以中国钢研科技集团有限公司（原钢铁研究总院）为主要发起人，联合清华紫光(集团)总公司等单位发起成立的股份有限公司。安泰科技设有国家非晶微晶工程技术研究中心，其主要定位是加速非晶微晶科研成果的工程化和产业化。目前该公司拥有5条带材生产线，可生产宽度在100mm以下的不同规格的铁基、铁镍基、钴基非晶带材和铁基超微晶带材。目前，安泰科技的非晶材料产品线丰富，主要用于满足各种特种需求（表2）。表2 安泰科技非晶材料产品线概览类别主要应用领域铁基非晶合金带材中频电源变压器铁芯，用于高功率密度的变速电动机、发电机的定子及转子等铁基纳米晶带材作为各种形式的高频（20kHz100kHz）开关电源中的大中小功率的主变压器、控制变压器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、饱和电抗器铁芯、EMC滤波器共模电感和差模电感铁芯、ISDN微型隔离变压器铁芯；同时广泛应用于各种类型不同精度的互感器铁芯中频变压器铁芯各种中频变压器铁芯，如航空变压器、铁路控制系统变压器、机械零件淬火设备变压器、激光电源变压器等电抗器矩形铁芯高频大功率开关电源中的输出滤波电抗器及某些不间断电源中的主变压器大功率开关变压器环形铁芯大功率开关电源主变压器（如逆变电源、X光电源、激光电源、通讯设备电源、高频感应加热电源、UPS）A型抗直流漏电铁芯PFC环形开口电感铁芯漏电保护开关用互感器环状铁芯小型开关变压器环形铁芯各种中小功率的开关电源模块的主变压器、脉冲变压器、控制变压器等EMC共模电感环形铁芯共模噪声抑制作用，在精密设备保护，电网EMI谐波过滤等各种EMC场合广泛应用中高压电流互感器铁芯0.2、0.2s、0.1精度等级的精密电流互感器，环氧灌封套管式电流互感器，气绝缘或油浸开关设备，低压、中压、高压开