材料制備技術(shù) 7.3非晶態(tài)材料的制備

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1、非晶態(tài)材料的制備10/7/20211晶體和非晶體都是真實的固體，基本的區(qū)別在于它們微觀的原子尺度結(jié)構(gòu)上的不同。在晶體中原子的排列具有長程有序。相反在非晶態(tài)固體中沒有長程序，原子的排列極其無序非晶的結(jié)構(gòu)10/7/20212非晶態(tài)材料的特性1.高強度、高韌性高強度、高韌性是金屬玻璃的寶貴性質(zhì)。對于金屬材料，通常是高強度、高硬度，但是韌性較差。非晶態(tài)金屬（金屬玻璃）不僅強度高、硬度大，而且韌性也較好。鐵基和鈷基非晶態(tài)合金的維氏硬度可達9800N/mm2，抗拉強度大4000N/mm2，比目前強度最高的鋼高出許多。其耐磨性也明顯

2、地高于鋼鐵材料10/7/20213非晶態(tài)材料的特性應(yīng)用：利用非晶態(tài)合金的高強度、高韌性，已經(jīng)開發(fā)用于輪胎、傳送帶水泥制品及高壓管道的增強纖維。此外，還可開發(fā)用于制備特殊切削刀具。非晶態(tài)金屬將重振金屬王國雄風(fēng)10/7/20214非晶態(tài)材料的特性2.優(yōu)異的耐蝕性，優(yōu)于典型的不銹鋼因為其表面易形成薄而致密的鈍化膜；同時其結(jié)構(gòu)均勻，沒有金屬晶體中經(jīng)常存在的晶粒、晶界和缺陷和不易產(chǎn)生引起電化學(xué)腐蝕的陰、陽兩極。10/7/20215非晶態(tài)材料的特性應(yīng)用：制造耐腐蝕管道、電池電極、海底電纜屏蔽、化學(xué)工業(yè)的催化劑，目前都已達到實用階段

3、。PG-NC非晶態(tài)鋼領(lǐng)10/7/20216非晶態(tài)材料的特性3.非晶態(tài)金屬優(yōu)良的磁學(xué)性能；低損耗、高磁導(dǎo)，成為引人注目的新型材料。目前使用的軟磁材料主要有硅鋼、鐵-鎳坡莫合金及鐵氧體，這些都是結(jié)晶材料，具有磁晶各向異性而互相干擾，結(jié)果使磁導(dǎo)率下降。而非晶態(tài)合金中沒有晶粒，不存在磁晶各向異性，損耗低。非晶態(tài)的鐵芯和硅鋼芯的空載損耗可降低60-80％，被譽為節(jié)能的“綠色材料”。10/7/20217非晶態(tài)材料的特性4.超導(dǎo)電性由于超導(dǎo)合金較脆，不易加工成磁體和傳輸導(dǎo)線。1975年Duwez首先發(fā)現(xiàn)La-Au非晶態(tài)合金具有超導(dǎo)性

4、，后來又發(fā)現(xiàn)了許多其他非晶態(tài)超導(dǎo)合金。10/7/20218非晶態(tài)材料的特性5.非晶半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)非晶態(tài)半導(dǎo)體可分為離子型和共價型兩大類。一類包括鹵化物玻璃、氧化物玻璃，特別是過渡金屬氧化物玻璃。另一類是元素半導(dǎo)體。如非晶態(tài)Si、Ge等。這些非晶態(tài)半導(dǎo)體呈現(xiàn)出特殊的光性質(zhì)。（1）光吸收非晶態(tài)半導(dǎo)體的本征吸收變的位置有些移動。10/7/20219非晶態(tài)材料的特性（2）光電導(dǎo)所謂的光電導(dǎo)是指在光照射下產(chǎn)生了非平衡的載流子，從而引起材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化的一種光學(xué)現(xiàn)象。由于非晶態(tài)半導(dǎo)體是高阻材料，而且存在著大量的缺陷定域態(tài)，在

5、光照產(chǎn)生非平衡載流子的同時，缺陷態(tài)上的電子濃度也要發(fā)生變化。而缺陷態(tài)可能帶正電、中性和負(fù)電，導(dǎo)致不同的載流子俘獲能力，從而影響到光電導(dǎo)的大小。10/7/202110非晶態(tài)材料的特性（3）光致發(fā)光性質(zhì)6.其他性質(zhì)非晶態(tài)材料具有室溫電阻率高和負(fù)的電阻溫度系數(shù)。例如，大多數(shù)的非晶態(tài)合金的電阻率比晶態(tài)合金高出2-3倍，但其電阻率隨著溫度的升高而降低。10/7/202111非晶材料的制備原理和方法氣體液體非晶體晶體10/7/202112非晶材料的制備原理和方法非晶態(tài)材料的制備原理要獲得非晶態(tài)，最根本的條件就是要有足夠快的冷卻速率

6、，并冷到材料的再結(jié)晶溫度以下。非晶態(tài)固體的一個基本特征是：構(gòu)成非晶體的原子或分子在很大程度上排列混亂，體系的自由能比相應(yīng)的晶態(tài)更高，因而在熱力學(xué)上是亞穩(wěn)態(tài)。10/7/202113非晶材料的制備原理和方法制備非晶態(tài)材料的技術(shù)關(guān)鍵是：（1）必須形成原子或分子混亂排列的狀態(tài)；（2）將這種熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)在一定溫度范圍內(nèi)保存下來，并使之不向晶態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。10/7/202114非晶材料的制備原理和方法非晶態(tài)材料的制備方法：1.粉末冶金制備非晶態(tài)材料的早期方法。首先用急冷法獲得非晶粉末，然后用粉末冶金方法將粉末壓制或粘結(jié)成型。粉末冶金

7、技術(shù)中的許多問題限制了該法的應(yīng)用。10/7/202115非晶材料的制備原理和方法2.氣體直接凝聚法采取的措施有：真空蒸發(fā)、濺射、化學(xué)氣相沉積等。（1）濺射與通常制備晶態(tài)材料的濺射方法相同，但對底板冷卻要求更高。先將樣品制成多晶，壓制成型，預(yù)燒，作為濺射用靶，抽真空后在氬氣氣氛進行濺射10/7/202116非晶材料的制備原理和方法（2）真空蒸發(fā)沉積這種方法是用液氨或液氦冷底板加工制備非晶材料。為了減少雜質(zhì)的摻入，常在超真空系統(tǒng)進行操作。（3）電解和化學(xué)沉積法該法工藝簡單、成本低廉，適合制備大面積非晶態(tài)薄層。10/7/20

8、2117非晶材料的制備原理和方法（4）輝光放電分解法該法是目前用于制備非晶半導(dǎo)體鍺和硅的最常見的技術(shù)。其原理是：將鍺烷和硅烷放進真空室內(nèi)，用直流或交流電場加以分解。分解出的鍺或硅原子沉積在熱的襯底上，快速冷凝而形成非晶態(tài)膜。除上述四種方法外，近年來激光加熱法和離子注入法也用以在材料表面形成非晶態(tài)物質(zhì)。10/7/202118非晶材料