[2018年必威体育精装版整理]3-非晶态合金.pptVIP

非晶态合金(Amorphous Alloys) 一、晶态与非晶态 晶体是指原子呈长程有序排列的固体。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(或称金属玻璃)。 通常认为，传统的金属材料都是以晶态形式出现的。 因此，近些年来非晶态合金的出现引起人们的极大兴趣，成为金属材料的一个新领域。 晶体与非晶体的结构 晶体与非晶态固体的差别： （1）晶体一般都有特定的多面体外形，而非晶体无论是在什么条件下形成的，总不会有晶体所具有的特定外形。 （2）晶体具有解理性，即具有容易沿着一些特定界面裂开的特性。而常见的非晶态玻璃破裂时，断裂面总是凹凸不平的。 （3）晶体的力、电、光、热学等性质是是各向异性的，而非晶体材料通常是各向同性的。 （4）晶体有确定的熔点，即有一固定的固－液相变温度；而非晶体（如玻璃）没有确定的熔点，只有一定的软化温度。 1934年德国人克雷默采用蒸发沉积法制备出非晶态合金。 1950年，布伦纳用电沉积法制备出了Ni－P非晶态合金。 1960年，DUWEZ等人从熔融金属急冷制成了金属玻璃并开始进行研究。 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基础。 1976年，美国联信公司生产出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。目前美国能生产出最大宽度达217mm的非晶带材。 2000年9月20日，在钢铁研究总院的非晶带材生产线上成功地喷出了宽220mm、表面质量良好的非晶带材，它标志着我国在该材料的研制和生产上达到国际先进水平。 ? 非晶态材料包括： （1）非晶态金属及合金（金属玻璃） （2）非晶态半导体﹑非晶态超导体 （3）非晶态电介质 （4）非晶态离子导体 （5）非晶态高聚合物 （6）传统的氧化物玻璃等 “非晶态”含义的英语表达： Non-crystalline（非结晶状态的）； Amorphous（无定形的） 二、非晶态材料结构的主要特征 短程有序，长程无序性（乱中有序性） ? 晶体结构：原子排列是长程有序的，即沿着每个点阵直线的方向，原子有规则地重复出现（晶体结构的周期性） ? 非晶态结构：原子排列没有周期性，即原子的排列从总体上是无规则的（长程无序），但是，近邻原子的排列是有一定规律的（短程有序） 晶态和非晶态材料的X-射线衍射谱 三、非晶态的形成过程 与结晶相比，非晶态形成过程有以下特点： （1）从熔体中形成非晶态的过程是：A?B?C 即：过热熔体 ? 过冷熔体 ? 非晶固相 （2）非晶形成是亚稳相之间相互转变，即： 稳定过热液相 ? 亚稳过冷液相 ? 亚稳固相 （3）从现象上看，在非晶态的形成过程中，熔体由液态变为固态时是连续的、粘滞系数加大的过程 ? 欲制备非晶材料，必须抑制过程E（结晶过程）、D（非晶晶化过程）的发生； ? 欲保证非晶材料稳定性，要研究过程D （非晶晶化过程）发生的条件； ? 非晶态形成过程的本质是亚稳液相与亚稳固相之间的转变 非晶态形成条件 冷却速度：冷速足够大(大于RC) 化学成分：组元间电负性与原子尺寸相差越大(10%~ 20%), 越容易形成非晶态。因而过度族金属或贵金属与类金属 (B、C、N、Si、P)、稀土金属与过度族金属、后过度族金属与前过度族金属组成的合金易于形成非晶. 熔点和玻璃化温度之差?T ： ?T =Tm-Tg ，?T越小，形成非晶倾向越大。 因而，成分位于共晶点附近的合金易于形成非晶. 例如： ? 一些二元体系（Pd-Si，Zr-Cu、Zr-Be等），较难形成非晶态；即使形成了非晶态，在Tg温度以下极易晶化（不稳定）； ? 加入第三种组元之后，如Pd-Si-Cu，使熔点温度Tm大大下降，使得体系的Tg/Tm相对提高。这样，不仅易于形成非晶态，而且也比较稳定。 ? 因此，一般来说，多元复杂系更容易形成非晶态。 非晶态的结构弛豫 ? 弛豫是指在外界因素影响下，一个偏离了原来平衡态或亚稳态的体系回复到原来状态的过程。 ? 刚制备完的非晶材料，不是稳定态。在常温常压条件下，或加热到一定温度进行保温退火，非晶材料的许多性质将随时间而发生变化，最终会达到另一种亚稳态，这就是非晶态的结构弛豫。 ? 在非晶态的弛豫过程中，并末发生结晶，它在微观上发生了结构松弛，是由一种亚稳态变化为另一种能量较低的亚稳态。 ? 弛豫过程总伴随着体系各种物理性质的改变，所以从材料的实际应用上看，弛豫过程的研究具有重要的意义。 非晶态材料的晶化 ? 非晶态材料是亚稳态，通过成核和晶核长大过程可以发生晶化； ? 晶化使非晶态材料原有的某些优良性能消失，必须防止，这也决定了材料使用的极限条件（如最高使用温度