非晶合金知識講解

1、非晶合金晶體和非晶體 自然界中的固體物質(zhì)可以分為自然界中的固體物質(zhì)可以分為晶體晶體和和非晶體非晶體兩大類。兩大類。 晶體晶體是指那些內(nèi)部質(zhì)點是指那些內(nèi)部質(zhì)點( (原子、離子或分子原子、離子或分子) )在三維空間周在三維空間周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。 非晶體非晶體是指組成物質(zhì)的分子（或原子、離子）不呈空間有是指組成物質(zhì)的分子（或原子、離子）不呈空間有規(guī)則周期性排列的固體。它的物理性質(zhì)在各個方向上是相規(guī)則周期性排列的固體。它的物理性質(zhì)在各個方向上是相同的，叫同的，叫“各向同性各向同性”。它沒有固定的熔點。所以有人把。它沒有固定的熔點。所以有人把非晶體叫做非晶體叫

2、做“過冷液體過冷液體”或或“流動性很小的液體流動性很小的液體”。 晶體和非晶體的原子排列非晶合金 定義：非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固時原子來不及定義：非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結(jié)構(gòu)，沒有晶有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結(jié)構(gòu)，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在。態(tài)合金的晶粒、晶界存在。 通常金屬材料在固態(tài)下都是晶體，但是在金屬材料結(jié)晶過通常金屬材料在固態(tài)下都是晶體，但是在金屬材料結(jié)晶過程中采用特殊方法可以打亂金屬材料原子的規(guī)則排列，得程中采用特殊方法可以打亂金屬材料原子的規(guī)則排列，得到原子排列混亂的固態(tài)金屬材料，稱其為非晶金屬材料。到

3、原子排列混亂的固態(tài)金屬材料，稱其為非晶金屬材料。非晶合金就是非晶金屬材料里的一種非晶合金就是非晶金屬材料里的一種。非晶合金的結(jié)構(gòu)特征非晶合金的結(jié)構(gòu)特征1.1.短程有序而長程無序性短程有序而長程無序性：晶體的特征是長程有序，原子在三：晶體的特征是長程有序，原子在三維方向有規(guī)則的重復(fù)出現(xiàn)，呈周期性。而非晶態(tài)的原子排列無維方向有規(guī)則的重復(fù)出現(xiàn)，呈周期性。而非晶態(tài)的原子排列無周期性，是指在長程上是無規(guī)則的，但在近鄰范圍，原子的排周期性，是指在長程上是無規(guī)則的，但在近鄰范圍，原子的排列還是保持一定的規(guī)律，這就是所謂的短程有序而長程無序性。列還是保持一定的規(guī)律，這就是所謂的短程有序而長程無序性。短程有序區(qū)

4、小于短程有序區(qū)小于1.5nm1.5nm。 表示材料的表示材料的平均分子數(shù)密度，平均分子數(shù)密度，(r)表示當(dāng)以任意表示當(dāng)以任意原子為中心時，在距離為原子為中心時，在距離為r處球面上的處球面上的平均原子數(shù)平均原子數(shù)密度密度。雙體概率分布函數(shù)雙體概率分布函數(shù) g(r)=(r)/晶體和非晶體的g(r)函數(shù)圖像2.均勻性和各向同性均勻性和各向同性：非晶合金的均勻性也包括兩種含：非晶合金的均勻性也包括兩種含義。（義。（1）結(jié)構(gòu)均勻，它是單向無定型結(jié)構(gòu)，各向同性，）結(jié)構(gòu)均勻，它是單向無定型結(jié)構(gòu)，各向同性，不存在晶體的結(jié)構(gòu)缺陷，如晶界、晶格缺陷、位錯，層不存在晶體的結(jié)構(gòu)缺陷，如晶界、晶格缺陷、位錯，層錯等；（

5、錯等；（2）成分均勻，無晶體那樣的異相、析出物、）成分均勻，無晶體那樣的異相、析出物、偏析以及其他成分起伏。偏析以及其他成分起伏。晶體和非晶體的X射線衍射圖像3.熱力學(xué)不穩(wěn)定性熱力學(xué)不穩(wěn)定性：當(dāng)溫度升高時，在某個很窄：當(dāng)溫度升高時，在某個很窄的溫度區(qū)間，會發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)相變，因而它是的溫度區(qū)間，會發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)相變，因而它是一種亞穩(wěn)相。一種亞穩(wěn)相。制備方法制備方法1.由汽相直接凝聚：真空蒸發(fā)，離子濺射，化學(xué)氣相沉由汽相直接凝聚：真空蒸發(fā)，離子濺射，化學(xué)氣相沉淀等。蒸發(fā)和濺射可超過淀等。蒸發(fā)和濺射可超過108k/s冷卻速度，因此可用冷卻速度，因此可用于制備許多液態(tài)急冷法無法實現(xiàn)的非晶。如于制備許

6、多液態(tài)急冷法無法實現(xiàn)的非晶。如純金屬純金屬，半半導(dǎo)體導(dǎo)體等非晶。等非晶。2.液體急冷法液體急冷法: 目前驟冷法仍是最主要的方法，其基目前驟冷法仍是最主要的方法，其基本原理是先將合金加熱熔融成液態(tài)，然后通過各種不本原理是先將合金加熱熔融成液態(tài)，然后通過各種不同的途徑使它們以同的途徑使它們以105108k/s的速度高速冷卻，的速度高速冷卻，致使液態(tài)金屬的無序結(jié)構(gòu)得以保存下來而形成非晶態(tài)。致使液態(tài)金屬的無序結(jié)構(gòu)得以保存下來而形成非晶態(tài)。采用此方法制備的非晶態(tài)合金通常具有采用此方法制備的非晶態(tài)合金通常具有高強(qiáng)度高高強(qiáng)度高、高高硬度硬度、高耐蝕性高耐蝕性和其他優(yōu)異的和其他優(yōu)異的電磁性能電磁性能。3.由晶

7、體制備：通過幅照、離子注入、沖擊波等由晶體制備：通過幅照、離子注入、沖擊波等方法制備。高能注入的粒子，與被注入的材料的方法制備。高能注入的粒子，與被注入的材料的原子核以及電子碰撞時，發(fā)生能量損失，因此粒原子核以及電子碰撞時，發(fā)生能量損失，因此粒子注入有一定的射程，只能得到薄層的非晶。子注入有一定的射程，只能得到薄層的非晶。非晶合金的性能非晶合金的性能1.良好的力學(xué)性能良好的力學(xué)性能 非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)，在宏觀上是各向同性的沒有晶態(tài)金屬中常見的京介和非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)，在宏觀上是各向同性的沒有晶態(tài)金屬中常見的京介和缺陷等各種局部不均勻。這就是的非晶態(tài)金屬，既可以具有很高的強(qiáng)度和硬缺陷等各種局部不均勻

8、。這就是的非晶態(tài)金屬，既可以具有很高的強(qiáng)度和硬度，同時又能在常溫下產(chǎn)生塑性形變。度，同時又能在常溫下產(chǎn)生塑性形變。 與結(jié)晶合金相比，非晶合金具有較高的拉伸強(qiáng)度和顯微硬度，較低的楊氏與結(jié)晶合金相比，非晶合金具有較高的拉伸強(qiáng)度和顯微硬度，較低的楊氏模量。在楊氏模量相同的情況下，非晶合金的拉伸強(qiáng)度和顯微硬度約為結(jié)晶模量。在楊氏模量相同的情況下，非晶合金的拉伸強(qiáng)度和顯微硬度約為結(jié)晶合金的合金的3倍。它的強(qiáng)度和硬度比現(xiàn)有的許多晶態(tài)金屬膏能高達(dá)每平方毫米倍。它的強(qiáng)度和硬度比現(xiàn)有的許多晶態(tài)金屬膏能高達(dá)每平方毫米4000牛頓，超過了超高硬度工具鋼，同時還具有相對較高的韌性。牛頓，超過了超高硬度工具鋼，同時還具

9、有相對較高的韌性。 非晶合金的拉伸塑性較低，在拉伸時小于非晶合金的拉伸塑性較低，在拉伸時小于1%，但在壓縮、彎曲時具有較，但在壓縮、彎曲時具有較好的塑性，壓縮塑性可達(dá)好的塑性，壓縮塑性可達(dá)40%。非晶合金薄帶彎達(dá)。非晶合金薄帶彎達(dá)180也不斷裂。也不斷裂。2.物理性能物理性能 非晶合金具有良好的磁學(xué)性能，非晶合金因矯頑力小、導(dǎo)磁率非晶合金具有良好的磁學(xué)性能，非晶合金因矯頑力小、導(dǎo)磁率高、鐵損小，非常適用于制作變壓器、電池開關(guān)、磁放大器等磁芯。高、鐵損小，非常適用于制作變壓器、電池開關(guān)、磁放大器等磁芯。非晶合金可屏蔽外來電磁場對高分辨率電子顯微鏡的干擾。利用其非晶合金可屏蔽外來電磁場對高分辨率電

10、子顯微鏡的干擾。利用其優(yōu)異的磁性能制作各種磁記錄頭和磁光光盤等。優(yōu)異的磁性能制作各種磁記錄頭和磁光光盤等。 非晶態(tài)材料電學(xué)性能方面展現(xiàn)出許多優(yōu)于的晶態(tài)的特點。如非非晶態(tài)材料電學(xué)性能方面展現(xiàn)出許多優(yōu)于的晶態(tài)的特點。如非晶合金具有比晶態(tài)合金大晶合金具有比晶態(tài)合金大10到到100倍的高電阻率。部分非晶態(tài)合金倍的高電阻率。部分非晶態(tài)合金還具有超導(dǎo)特性。還具有超導(dǎo)特性。3.化學(xué)性能化學(xué)性能 非晶態(tài)合金比相同成分的晶態(tài)合金有強(qiáng)得多的耐腐蝕性能，如非晶態(tài)合金比相同成分的晶態(tài)合金有強(qiáng)得多的耐腐蝕性能，如Fe43Cr16Co16C18B8非晶合金的耐腐蝕性恪比不銹鋼高非晶合金的耐腐蝕性恪比不銹鋼高1萬多倍。萬多

11、倍。 由于非晶態(tài)材料的顯微組織均勻不包含位錯、晶界等缺陷使腐蝕液不能入由于非晶態(tài)材料的顯微組織均勻不包含位錯、晶界等缺陷使腐蝕液不能入侵。侵。 同時，非晶態(tài)合金自身的活性很高，能夠在表面迅速的形成均勻的鈍化膜，同時，非晶態(tài)合金自身的活性很高，能夠在表面迅速的形成均勻的鈍化膜，或一旦鈍化膜局部破裂也能夠及時修復(fù)?；蛞坏┾g化膜局部破裂也能夠及時修復(fù)。非晶合金的應(yīng)用 非晶態(tài)材料有著其十分優(yōu)越的價值，應(yīng)用范圍也十分廣泛，可用非晶態(tài)材料有著其十分優(yōu)越的價值，應(yīng)用范圍也十分廣泛，可用于日常用品保護(hù)和裝飾、功能材料的功能膜層、電子、電力、化于日常用品保護(hù)和裝飾、功能材料的功能膜層、電子、電力、化工等領(lǐng)域，塊

12、狀化的非晶合金在這些行業(yè)也顯示出十分廣闊的應(yīng)工等領(lǐng)域，塊狀化的非晶合金在這些行業(yè)也顯示出十分廣闊的應(yīng)用前景用前景。在電力領(lǐng)域，非晶得到大量應(yīng)用。例如鐵在電力領(lǐng)域，非晶得到大量應(yīng)用。例如鐵基非晶合金的最大應(yīng)用是配電變壓器鐵芯?；蔷Ш辖鸬淖畲髴?yīng)用是配電變壓器鐵芯。由于非晶合金的工頻鐵損僅為硅鋼的由于非晶合金的工頻鐵損僅為硅鋼的1/51/3，利用非晶合金取代硅鋼可使配電變壓，利用非晶合金取代硅鋼可使配電變壓器的空載損耗降低器的空載損耗降低6070。因此，非。因此，非晶配電變壓器作為換代產(chǎn)品有很好的應(yīng)用晶配電變壓器作為換代產(chǎn)品有很好的應(yīng)用前景。前景。目前在逆變焊機(jī)電源中非晶合金已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，在通訊、目前在逆變焊機(jī)電源中非晶合金已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，在通訊、電動交通工具、電解電鍍等領(lǐng)域的開關(guān)電源中的應(yīng)用正在電動交通工具、電解電鍍等領(lǐng)域的開關(guān)電源中的應(yīng)用正在積極開發(fā)之中。積極開發(fā)之中。 在電子防竊系統(tǒng)中，早期利用在電子防竊系統(tǒng)中，早期利用鈷基非晶窄帶鈷基非晶窄帶的諧波式防盜的諧波式防盜標(biāo)簽在圖書館中獲得了大量應(yīng)用。最近利用標(biāo)簽在圖書館中獲得了大量應(yīng)用。最近利用鐵鎳基非晶帶鐵鎳基非晶帶材材的聲磁式防盜標(biāo)簽克服了諧波式防盜標(biāo)簽的聲磁式防盜標(biāo)簽克服了諧波式防盜標(biāo)簽誤報警率高誤報警率高、檢