建筑工程类非晶态合金part1(课堂讲义)

1、第一节 非晶态合金简介第二节 非晶态合金的制备、性能及应用非晶态合金非晶态合金 第一节 非晶态合金简介 一. 非晶态合金的发展及概念 二. 非晶态合金的结构与表征方法 三. 非晶态合金的分类 第二节 非晶态合金的制备、性能及应用非晶态合金非晶态合金冷却后的火山熔岩冷却后的火山熔岩-自然界存在的非晶自然界存在的非晶 非晶态合金的发展及概念非晶态合金的发展及概念少数物质形成非晶？少数物质形成非晶？玻璃，聚合物玻璃，聚合物传统的金属材料都是以晶态形式存在1934年，克雷默采用蒸发沉积法制备出非晶态合金1950年，布伦纳制备出了Ni-P非晶态合金1960年，Duwez 熔体急冷熔体急冷 Au-Si金属

2、玻璃P.Duwez （1907-1984）Professor of California Institute of Technology, born in Belgium1959, Au-Si(75%Au, 25%Si)Duwezs stupid alloyCu-Ag 单相，单相，fcc固溶体固溶体Ge: 9.6%-13.5% 单相固溶体单相固溶体Ge : 23% 平衡相中不存在平衡相中不存在hcp相相Liquid quenched Au-Si alloya. 玻璃状石英玻璃状石英 b. 方英石方英石Liquid quenched Au-Si alloyKlement，Willens，Duwe

3、z Nature 187, 869-870, (3 September 1960 ）Non-crystalline Structure in Solidified Gold-Silicon AlloysComposition Requirements for Glass Formation in Metallic and Ionic Systems M. H. COHEN, D. TURNBULL Nature 189, 131-132 (14 January 1961)Duwezs stupid alloy Pd-Si Au-Ge-Si 1965年，磁性能，Fe-Co-Ni-Pd-Si 弱磁

4、性 Fe-P， Fe-P-C 1975年，超导性能，La-Au， Johnson，PoonPhilip Warren Anderson Sir Nevill Francis Mott John Hasbrouck van Vleck for their fundamental theoretical investigations of the electronic structure of magnetic and disordered systemsThe Nobel Prize in Physics 1977 1969年，美国人庞德和马丁研究了生产非晶态合金带材的技术，为规模生产奠定了技术

5、基础 1976年，美国联信公司生产出了10mm宽的非晶态合金带材，到1994年已经达到年产4万吨的能力。非晶态合金的概念非晶态合金的概念晶体：是指原子呈长程有序排列的固体氧化物玻璃氧化物玻璃 非晶态是指原子呈长程无序排列的状态，具有非晶态结构的合金称为非晶态合金 第一节 非晶态合金简介 一. 非晶态合金的发展及概念 二. 非晶态合金的结构与表征方法 三. 非晶态合金的分类 第二节 非晶态合金的制备、性能及应用非晶态合金非晶态合金晶体的结构与表征方法ncmblaR晶体由于长周期有序性，晶体由于长周期有序性，可以用晶面，晶面指数，可以用晶面，晶面指数，晶向，晶向指数来描述晶向，晶向指数来描述 非晶

6、体由于缺乏长周期有序性，无法用这些概念来描述 如何描述非晶体结构？非晶态合金的结构特点：非晶态合金的结构特点：1. 不存在长程有序性，没有平移周期性（长程无序）不存在长程有序性，没有平移周期性（长程无序）2. 每个原子都存在最近邻原子，在几个原子间距内，原每个原子都存在最近邻原子，在几个原子间距内，原子的排列仍然有着一定的规律子的排列仍然有着一定的规律 （短程有序）（短程有序）如何描述非晶体的结构？径向分布函数双体分布函数简约分布函数. .径向分布函数 以任一原子为中心时，与该中心距离为以任一原子为中心时，与该中心距离为r的球的球面上的原子数。面上的原子数。D：fcc中晶体直中晶体直径径r：大

7、小可变的小：大小可变的小 球半径球半径rD, 0r=D, 12Dr2D, 0r= 2D, 6. . 1平均原子数密度平均原子数密度0 设非晶态结构是各向同性的均匀结构，其平均原子数密度0为定体积V与V中与包含的原子数N的商：VN0 2原子数密度原子数密度(r) 设离开某一个选定原子的距离为r处的单位体积中的原子数，即原子数密度为(r)（或者说(r)表示当以任一原子为中心时，在距离该中心为r处的球面上的平均原子数密度）。 0和(r)的关系 3径向分布函数径向分布函数RDF(r)： RDF(r)表示以任一原子为中心时，在距离为r的球面上的平均原子数。)(4)(2rrrRDF RDF(r)dr代表以

8、某个原子为中心，在半径r处、厚度为dr的球壳内的原子数，从而RDF(r)表示原子数目(密度)随距离增加的变化。 4双体分布函数双体分布函数g(r) 为了更加方便的讨论，我们再引入一个双体分布函数g(r)： g(r)表示当以任一原子为 中心时，在距离为r处球 面上的原子分布概率的 统计平均值双体分布函数双体分布函数0)()(rrg RDF或g(r)可以在一定程度上反映非晶态结构的统计性质。比较气态,非晶态和晶态的双体相关函数可以看出，非晶态结构与液态结构非常接近,存在一定的短程有序，而与气态和晶态则差别显著 引入双体分布函数后，径向分布函数还可以表达为：)(4)(4)(022rgrrrrRDF

9、径向分布函数并不能完备地描述非晶态结构，它表征了半径为r的单位球壳内的原子数。它只是近程有序的一维描述，而且是对许多原子和相当长时间的统计平均值。不能由径向分布函数惟一地确定非晶体中各原子的相互位置，需要借助于结构模型等手段才能对非晶结构有更深入的认识。常用的非晶态材料的表征方法TEM 非晶体在透射电镜下的衍射花样由较宽的晕和弥散环组成。在非晶态合金中，没有晶界，位错等晶态合金所特有的晶格缺陷。单晶体单晶体纳米晶纳米晶非晶非晶单晶体单晶体晶态和非晶态材料的X-射线衍射谱 第一节 非晶态合金简介 一. 非晶态合金的发展及概念 二. 非晶态合金的结构与表征方法 三. 非晶态合金的分类 第二节 非晶

10、态合金的制备、性能及应用非晶态合金非晶态合金 (1)过渡族类金属(TMM)型。例如，以Fe80B20为代表的(Fe，Co，Ni）-（B，Si，P，C)非晶合金； 类金属起形成玻璃，即阻止结晶的作用。经验表明，当TM和M都包括多于一种元素时，比较容易形成非晶态。 这类非晶态合金具有较好的铁磁性，是一种优良的软磁材料 (2)过渡族稀土(TMRE)型。 （Fe，Co）- (Gd，Tb，Dy）非晶合金成分配比范围较宽，典型的稀土金属含量在2080。RETM型合金具有非常独特的磁性，有的属于硬磁性，磁化率很小，矫顽力很高，而有的却属于软磁性，矫顽力很小 (3)后过渡族前过渡族(LT-ET)型，例如，以F

11、e90Zr10为代表的（Fe，Co，Ni）-(Zr，Ti)非晶合金 可以含有比其它类型非晶态合金更多的Fe，Co，Ni等铁磁性元素，特别是在这类非晶态合金中添加少量的(5at)类金属(如Si、B)可以获得较好的软磁特性。 (4）其他铝基和镁基轻金属非晶材料，例如铝基非晶材料有二元的AlLn(LnY，La，Ce)、三元的AlTM(Si，Ge)、AlEMLM、AlRETM非晶合金。 较高的比强度，弹性等性能 其它Zr基，Cu基等 第一节 非晶态合金简介 一. 非晶态合金的发展及概念 二. 非晶态合金的结构与表征方法 三. 非晶态合金的分类 第二节 非晶态合金的制备、性能及应用非晶态合金非晶态合金

12、第一节 非晶态合金简介 第二节 非晶态合金的制备、性能及应用 2.1 非晶态合金的制备 2.2 大块非晶的制备 2.3 非晶合金的性能 2.4 非晶合金的应用 2.6 最新进展非晶态合金非晶态合金 如果冷却得足够快和足够低，几乎所有的材料都可以制备成非晶态材料。 足够快？ 足够低？切断炉子的电源，或者把切断炉子的电源，或者把它按照预定的工序（左图）它按照预定的工序（左图）就可以让熔液慢慢冷就可以让熔液慢慢冷却典型的冷却速度是在却典型的冷却速度是在从从l0-4-10-1Ks的范围内的范围内SiO2，聚苯乙烯等。，聚苯乙烯等。所图表示的那样，用冰所图表示的那样，用冰水混合物去淬火适当体水混合物去淬

13、火适当体积的熔体，可以得到在积的熔体，可以得到在101-102Ks范围的淬火范围的淬火速率速率制备非晶制备非晶Se砧锤法砧锤法：它是专门为了制它是专门为了制备金属玻璃而开发出来的。备金属玻璃而开发出来的。其冷速可达到其冷速可达到105-108Ks。这种方法用以制备实验室这种方法用以制备实验室用的毫克大小的金属玻璃用的毫克大小的金属玻璃样品。样品。它由气相以一个原子挨着它由气相以一个原子挨着一个原子的方式结合成非一个原子的方式结合成非晶态固体。完全避免了形晶态固体。完全避免了形成液相。成液相。用来制备那些用快速凝固用来制备那些用快速凝固方法无法得到的玻璃。方法无法得到的玻璃。 如果冷却得足够快和足够低，几乎所有的材料都可以制备成非晶态材料。 足够快？ 足够低？不同的材料要求不同不同的材料要求不同 第一节 非晶态合金简介 第二节 非晶态合金的制备、性能及应用 2.1 非晶态合金薄膜（条带）的制备 2.2 大块非晶的制备 2.3 非晶合金的性能 2.4 非晶合金的应用 2.6 最新进展非晶态合金非晶态合金 熔体急冷法 冷却速度可达105-108Ks。 熔体急冷法可直接获得在某一方向