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1、第4章非晶態(tài)材料的制備(Non-crystallinemetals)4.1概述 4.2非晶態(tài)材料的性能 4.3非晶態(tài)材料的制備方法 4.4非晶態(tài)材料的加工 4.6非晶態(tài)材料的應(yīng)用 4.7展望14.1概述非晶態(tài)金屬（合金），也稱金屬玻璃，是指非結(jié)晶狀態(tài)的金屬或合金。即高溫熔液以105℃/s以上的超急冷速度凝固，因而來不及結(jié)晶而形成的結(jié)構(gòu)。這時在材料內(nèi)部原子作不規(guī)則排列，因而產(chǎn)生了晶態(tài)材料所沒有的性能。4.1概述24.1.1非晶態(tài)原子結(jié)構(gòu)無晶面長程無序、短程有序4.1概述3徑向分布函數(shù)radialdistributionfunction(
2、RDF)是以任一原子為中心在距離r處找到其他原子的幾率，是距離為r處單位體積中的原子數(shù)目，為整體材料中原子平均密度。4.1概述4微觀組織特點原子排列隨機(jī)沒有晶界和因晶界而產(chǎn)生的晶體缺陷宏觀結(jié)構(gòu)各向同性成分波動較小、元素組合范圍較寬、是單相的均質(zhì)固體4.1概述54.1.2非晶態(tài)的形成條件非晶態(tài)可由氣相、液相快冷形成，也可在固態(tài)直接形成（如離子注人、高能粒子轟擊、高能球磨、電化學(xué)或化學(xué)沉積、固相反應(yīng)等）合金由液相轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)（金屬玻璃）的能力，既決定于冷卻速度也決定于合金成分； 由固態(tài)形成需在高能輻射或機(jī)械驅(qū)動作用下也會發(fā)生非晶化轉(zhuǎn)變。4
3、.1概述6冷卻速度須使金屬不產(chǎn)生晶核也不發(fā)生晶核長大晶體形成溫度與時間的關(guān)系冷卻速度高于臨界冷卻速度以上時，金屬不再發(fā)生結(jié)晶C字型曲線4.1概述7臨界冷卻速度典型非晶態(tài)金屬形成時所需要的冷卻速度對于純金屬高于1010K/s對于某些合金103-106K/s4.1概述8合金成分非晶合金元素的重要性質(zhì)降低熔點：合金成分一般在“共晶”點附近，使合金的熔點遠(yuǎn)低于純金屬抑制晶格排列：抑制原子移動，阻礙晶格排列，合金在冷卻時被“凍結(jié)”成非晶4.1概述9Zr-Ti-Ni-Cu-Be精密器件齒輪凸輪成型條件：390℃，6.5×10-4/s齒輪約800-
4、1000秒完成，凸輪約180秒完成4.1概述10高能輻射或機(jī)械驅(qū)動除了從熔體急冷可獲得非晶態(tài)之外，晶體材料在高能幅照或機(jī)械驅(qū)動（如高能球磨、高速沖擊等劇烈形變方式）等作用下也會發(fā)生非晶化轉(zhuǎn)變，即從原先的有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序結(jié)構(gòu)（對于化學(xué)有序的合金還包括轉(zhuǎn)為化學(xué)無序狀態(tài)），這類轉(zhuǎn)變都?xì)w因于晶體中產(chǎn)生大量缺陷使其自由能升高，促使發(fā)生非晶化4.1概述114.1.3非晶態(tài)材料的種類按元素的組合，大體上可以分為五種： 1）過渡金屬—半金屬系列（Fe-B，Ni-P） 2）過渡金屬—過渡金屬系列（Fe-Zr，Ni-Zr） 3）過渡金屬—稀土類系列（C
5、o-Gd、Ni-La） 4）典型金屬系列（Pd-Si、Mg-Zn） 5）含有氣體元素的非晶態(tài)金屬（如：Fe-B-O， Fe-B-N）到目前為止所發(fā)現(xiàn)的非晶態(tài)金屬的種類很多4.1概述12部分非晶態(tài)金屬組成4.1概述13性能4.1.4非晶態(tài)材料的性能與應(yīng)用在結(jié)晶態(tài)強(qiáng)度較差的合金，通過非晶態(tài)化，可提高強(qiáng)度和韌性作為軟磁材料可做變壓器的鐵芯，其磁損耗只相當(dāng)于冷軋硅鋼片的1/3是音質(zhì)好、長壽命的磁頭材料電阻率比一般的鐵基或鐵鎳合金高3～4倍非晶鐵基合金具有很好的耐腐蝕性能，例如Fe72Cr8P13C7的耐腐蝕性能優(yōu)于不銹鋼某些非晶態(tài)材料的熱膨脹
6、系數(shù)接近于零非晶態(tài)材料也具有良好的催化性能4.1概述14應(yīng)用4.1概述154.1.5非晶態(tài)材料的發(fā)展世界上有關(guān)非晶態(tài)合金研究的最早期報道是1934年德國人克雷默采用蒸發(fā)沉積法制備出的非晶態(tài)合金。1950年，他的同胞布倫納又聲稱用電沉積法制備出了Ni－P非晶態(tài)合金。1960年，美國Duwez教授發(fā)明直接將熔融金屬急冷制備出非晶態(tài)合金的方法。與此同時，蘇聯(lián)的米羅什尼琴科和薩利也報道了制備非晶態(tài)合金的相似裝置。1969年，美國人龐德和馬丁關(guān)于制備一定連續(xù)長度條帶的技術(shù)為規(guī)模生產(chǎn)非晶態(tài)合金奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。1976年美國聯(lián)信公司利用快速凝固技術(shù)
7、生產(chǎn)出10毫米寬的非晶態(tài)合金帶材，到1994年已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)4萬噸的能力。4.1概述164.2非晶態(tài)金屬的基本特性微觀組織特點原子排列隨機(jī)無晶界以及因界晶過程所產(chǎn)生的晶體缺陷宏觀結(jié)構(gòu)各向同性成分波動較小、元素組合范圍較寬、單相的均質(zhì)固體亞穩(wěn)態(tài)組織結(jié)構(gòu)性能特點4.2非晶態(tài)金屬的基本特性17晶化1）非晶態(tài)特性消失 2）析出有害第二相4.2.1穩(wěn)定性和晶化非晶合金的原子結(jié)構(gòu)處于亞穩(wěn)態(tài)，在一定條件下會向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，成為晶體，這個過程稱之為晶化4.2非晶態(tài)金屬的基本特性18廣義地說，非晶合金的穩(wěn)定性包括4.2非晶態(tài)金屬的基本特性溫度穩(wěn)定性長期使
8、用時效穩(wěn)定性 機(jī)械沖擊震動穩(wěn)定性 強(qiáng)磁場沖擊穩(wěn)定性等。19溫度穩(wěn)定性居里溫度對于非晶態(tài)磁性材料來說，當(dāng)溫度升高時，其飽和磁通密度下降。當(dāng)溫度高于居里溫度時，材料變成順磁性，原有磁性能喪失。晶體化溫度非晶態(tài)材料加熱到晶體化
