第6講非晶態(tài)合金

1、王王 念念重慶交通大學(xué)重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院材料科學(xué)與工程系土木建筑學(xué)院材料科學(xué)與工程系功功 能能 材材 料料功能材料功能材料功能材料功能材料主要內(nèi)容主要內(nèi)容 非晶態(tài)合金的發(fā)展非晶態(tài)合金的發(fā)展 非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu) 非晶態(tài)合金的性能非晶態(tài)合金的性能 非晶態(tài)合金的制備非晶態(tài)合金的制備 非晶態(tài)合金的應(yīng)用非晶態(tài)合金的應(yīng)用功能材料功能材料o 自然界中各種物質(zhì)按不同物理狀態(tài)可分為自然界中各種物質(zhì)按不同物理狀態(tài)可分為有序結(jié)有序結(jié)構(gòu)構(gòu)和和無(wú)序結(jié)構(gòu)無(wú)序結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。兩大類(lèi)。o 晶體為典型有序結(jié)構(gòu)，氣體、液體以及非晶態(tài)固晶體為典型有序結(jié)構(gòu)，氣體、液體以及非晶態(tài)固體都屬于無(wú)序結(jié)構(gòu)。體都屬于無(wú)序結(jié)構(gòu)。o

2、 人們最先認(rèn)識(shí)的非晶固體是玻璃等非金屬物質(zhì)，人們最先認(rèn)識(shí)的非晶固體是玻璃等非金屬物質(zhì)，所以所以玻璃在一定程度上成為非晶材料的代名詞玻璃在一定程度上成為非晶材料的代名詞。石英石英玻璃玻璃功能材料功能材料o 1970年，杜韋茲創(chuàng)立年，杜韋茲創(chuàng)立快速凝固技術(shù)快速凝固技術(shù)，從，從Au-Si合金熔合金熔體中制備了非晶合金，非晶概念才開(kāi)始與固態(tài)金屬體中制備了非晶合金，非晶概念才開(kāi)始與固態(tài)金屬與合金聯(lián)系在一起，與合金聯(lián)系在一起，常用金屬玻璃常用金屬玻璃(metallic glass)來(lái)來(lái)表示非晶合金表示非晶合金。o 隨著更多非晶合金的發(fā)現(xiàn)以及它們所具有的各種獨(dú)隨著更多非晶合金的發(fā)現(xiàn)以及它們所具有的各種獨(dú)特性

3、能的揭示，特性能的揭示，非晶已不僅作為合金在快速凝固中非晶已不僅作為合金在快速凝固中出現(xiàn)的一種亞穩(wěn)相，還成為一類(lèi)重要的功能材料出現(xiàn)的一種亞穩(wěn)相，還成為一類(lèi)重要的功能材料。非晶合金帶材非晶合金帶材功能材料功能材料非晶態(tài)合金的發(fā)展非晶態(tài)合金的發(fā)展功能材料功能材料o 1845年，沃茨通過(guò)將年，沃茨通過(guò)將鎳的磷化物溶液分解在鐵基體鎳的磷化物溶液分解在鐵基體上獲得鎳的沉積物，這種沉積物很可能就是人類(lèi)第上獲得鎳的沉積物，這種沉積物很可能就是人類(lèi)第一次獲得的非晶態(tài)金屬，但當(dāng)時(shí)由于還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一次獲得的非晶態(tài)金屬，但當(dāng)時(shí)由于還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)X射線衍射技術(shù)，因此未能得到證實(shí)。射線衍射技術(shù)，因此未能得到證實(shí)。o 歷史上有

4、關(guān)非晶合金的第一個(gè)報(bào)導(dǎo)是克拉模在歷史上有關(guān)非晶合金的第一個(gè)報(bào)導(dǎo)是克拉模在1934年用蒸發(fā)沉積制得的。年用蒸發(fā)沉積制得的。o 1947年，布倫列等人用電解和化學(xué)沉積獲得了年，布倫列等人用電解和化學(xué)沉積獲得了Ni-P和和Co-P的非晶薄膜，發(fā)現(xiàn)其有的非晶薄膜，發(fā)現(xiàn)其有高硬度、耐腐蝕高硬度、耐腐蝕特性，特性，可用作金屬表面的防護(hù)涂層，這是非晶材料最早的可用作金屬表面的防護(hù)涂層，這是非晶材料最早的工業(yè)應(yīng)用，但并末引起廣泛注意。工業(yè)應(yīng)用，但并末引起廣泛注意。功能材料功能材料o 1958年，安德森提出：年，安德森提出：當(dāng)晶格無(wú)序度超過(guò)一定臨當(dāng)晶格無(wú)序度超過(guò)一定臨界標(biāo)準(zhǔn)后，固體中的電子擴(kuò)散將會(huì)消失。界標(biāo)準(zhǔn)后

5、，固體中的電子擴(kuò)散將會(huì)消失。o 同年，在美國(guó)阿爾弗雷德召開(kāi)了第一次非晶態(tài)固同年，在美國(guó)阿爾弗雷德召開(kāi)了第一次非晶態(tài)固體國(guó)際會(huì)議。從此，非晶物理與材料的研究發(fā)展體國(guó)際會(huì)議。從此，非晶物理與材料的研究發(fā)展成為材料科學(xué)的一個(gè)重要分支。成為材料科學(xué)的一個(gè)重要分支。o 1960年，古貝蒙維從理論上預(yù)示非晶固體具有鐵年，古貝蒙維從理論上預(yù)示非晶固體具有鐵磁性：晶態(tài)固體的電子能帶過(guò)渡到液態(tài)時(shí)不會(huì)有磁性：晶態(tài)固體的電子能帶過(guò)渡到液態(tài)時(shí)不會(huì)有任何基本形式的改變，這意味著任何基本形式的改變，這意味著能帶結(jié)構(gòu)更依賴能帶結(jié)構(gòu)更依賴于短程序，而不是長(zhǎng)程序，交換作用與短程序相于短程序，而不是長(zhǎng)程序，交換作用與短程序相關(guān)而

6、與晶格結(jié)構(gòu)并無(wú)必然的聯(lián)系關(guān)而與晶格結(jié)構(gòu)并無(wú)必然的聯(lián)系。因此，短程序因此，短程序的非晶固體應(yīng)具有鐵磁性。的非晶固體應(yīng)具有鐵磁性。 功能材料功能材料o 1965年，馬德和諾維克在真空沉積的年，馬德和諾維克在真空沉積的Co-Au合金薄合金薄膜中發(fā)現(xiàn)了非晶的鐵磁性。膜中發(fā)現(xiàn)了非晶的鐵磁性。o 1970年，杜威茲等用噴槍法將年，杜威茲等用噴槍法將70%Au-30%Si液態(tài)金液態(tài)金屬高速急冷制成非晶合金，這種方法使工業(yè)化大規(guī)屬高速急冷制成非晶合金，這種方法使工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)非晶合金成為可能。模生產(chǎn)非晶合金成為可能。o 1973年，美國(guó)生產(chǎn)出具有很好年，美國(guó)生產(chǎn)出具有很好導(dǎo)磁和耐蝕性能導(dǎo)磁和耐蝕性能的非的非

7、晶鐵基合金薄帶，非晶合金的研究和應(yīng)用受到世界晶鐵基合金薄帶，非晶合金的研究和應(yīng)用受到世界各國(guó)廣泛的重視。各國(guó)廣泛的重視。非晶非晶FeFe基帶材基帶材功能材料功能材料o 我國(guó)非晶合金的研究開(kāi)始于七十年代中期。我國(guó)非晶合金的研究開(kāi)始于七十年代中期。o 1982年，我國(guó)建立非晶合金牌號(hào)，批量年，我國(guó)建立非晶合金牌號(hào)，批量(50kg/次次)生生產(chǎn)寬度為產(chǎn)寬度為50-100mm的薄帶并制成大功率變壓器、的薄帶并制成大功率變壓器、開(kāi)關(guān)變壓器等鐵芯。開(kāi)關(guān)變壓器等鐵芯。o 用非晶材料制成磁頭可用于錄音、錄像；用于各種用非晶材料制成磁頭可用于錄音、錄像；用于各種傳感器的非晶圈絲、薄帶及薄膜也研制成功；非晶傳感器

8、的非晶圈絲、薄帶及薄膜也研制成功；非晶薄膜用于磁記錄技術(shù)方面也取得重大成果。薄膜用于磁記錄技術(shù)方面也取得重大成果。非晶磁頭非晶磁頭功能材料功能材料非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)特征非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)特征 功能材料功能材料功能材料功能材料表表6-1 各種散射實(shí)驗(yàn)比較各種散射實(shí)驗(yàn)比較注：注：NMR核磁共振，核磁共振，ESR電子自旋共振，電子自旋共振，XPSX射線光電子譜，射線光電子譜，EXAFS擴(kuò)展擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)，射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)，SAS小角度散射，小角度散射，INS滯彈性中滯彈性中子散射。子散射。功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料圖圖6-1 氣體、固體、液體的原子分布函數(shù)氣體、固體、液體的

9、原子分布函數(shù)徑向分布函數(shù)徑向分布函數(shù)24)()(rrgVNrJ其中其中NV為原子的密度。為原子的密度。功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料圖圖6-2 微晶模型得出的徑向分布函數(shù)與微晶模型得出的徑向分布函數(shù)與 非晶態(tài)非晶態(tài)Ni實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較功能材料功能材料功能材料功能材料圖圖6-3 貝爾納多面體貝爾納多面體功能材料功能材料功能材料功能材料 短程有序短程有序l非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：原子在三維空間呈拓?fù)錈o(wú)序狀原子在三維空間呈拓?fù)錈o(wú)序狀排列，不存在長(zhǎng)程周期性，但在幾個(gè)原子間距的范圍內(nèi)，原排列，不存在長(zhǎng)程周期性，但在幾個(gè)原子間距的范圍內(nèi)

10、，原子的排列仍然有著一定的規(guī)律，因此可以認(rèn)為非晶態(tài)合金的子的排列仍然有著一定的規(guī)律，因此可以認(rèn)為非晶態(tài)合金的原子結(jié)構(gòu)為原子結(jié)構(gòu)為“長(zhǎng)程無(wú)序，短程有序長(zhǎng)程無(wú)序，短程有序”。l通常定義非晶態(tài)合金的短程有序區(qū)小于通常定義非晶態(tài)合金的短程有序區(qū)小于1.5nm，即不超過(guò)，即不超過(guò)4-5個(gè)原子間距，從而與納米晶或微晶相區(qū)別。個(gè)原子間距，從而與納米晶或微晶相區(qū)別。l短程有序可分為化學(xué)短程有序和拓?fù)涠坛逃行騼深?lèi)。短程有序可分為化學(xué)短程有序和拓?fù)涠坛逃行騼深?lèi)。功能材料功能材料u(1)化學(xué)短程有序?；瘜W(xué)短程有序。合金中的每一類(lèi)合金元素原子周合金中的每一類(lèi)合金元素原子周?chē)脑踊瘜W(xué)組成均與合金的平均值不同，稱化學(xué)短

11、圍的原子化學(xué)組成均與合金的平均值不同，稱化學(xué)短程有序。實(shí)際獲得的非晶態(tài)金屬至少含有兩個(gè)組元，程有序。實(shí)際獲得的非晶態(tài)金屬至少含有兩個(gè)組元，除了不同類(lèi)原子的尺度差別、穩(wěn)定相結(jié)構(gòu)和原子長(zhǎng)程除了不同類(lèi)原子的尺度差別、穩(wěn)定相結(jié)構(gòu)和原子長(zhǎng)程遷移率等因素以外，不同類(lèi)原子之間的原子作用力在遷移率等因素以外，不同類(lèi)原子之間的原子作用力在非晶態(tài)合金的形成過(guò)程中起著重要作用。非晶態(tài)合金的形成過(guò)程中起著重要作用?；瘜W(xué)短程有化學(xué)短程有序的影響通常只局限于最近鄰原子序的影響通常只局限于最近鄰原子 。u(2)拓?fù)涠坛逃行?。拓?fù)涠坛逃行颉Ｖ竾@某一原子的局域結(jié)構(gòu)的短指圍繞某一原子的局域結(jié)構(gòu)的短程有序。常用幾種不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)

12、描述非晶態(tài)與合金程有序。常用幾種不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)描述非晶態(tài)與合金的結(jié)構(gòu)特征，主要有原子分布函數(shù)、干涉函數(shù)、最近的結(jié)構(gòu)特征，主要有原子分布函數(shù)、干涉函數(shù)、最近鄰原子距離與配位數(shù)和質(zhì)量密度。鄰原子距離與配位數(shù)和質(zhì)量密度。功能材料功能材料o 非晶體與晶體都是由氣態(tài)、液態(tài)凝結(jié)而成的固體，非晶體與晶體都是由氣態(tài)、液態(tài)凝結(jié)而成的固體，由于冷卻速率不同，造成結(jié)構(gòu)的迥然不同由于冷卻速率不同，造成結(jié)構(gòu)的迥然不同。o 晶體是典型的有序結(jié)構(gòu)，原子有規(guī)則地排列在晶體晶體是典型的有序結(jié)構(gòu)，原子有規(guī)則地排列在晶體點(diǎn)陣上形成對(duì)稱性；非晶態(tài)與氣態(tài)、液態(tài)在結(jié)構(gòu)上點(diǎn)陣上形成對(duì)稱性；非晶態(tài)與氣態(tài)、液態(tài)在結(jié)構(gòu)上同屬同屬無(wú)序結(jié)構(gòu)無(wú)序結(jié)構(gòu)

13、，它是通過(guò)足夠快的冷卻發(fā)生液體的，它是通過(guò)足夠快的冷卻發(fā)生液體的連續(xù)轉(zhuǎn)變，凍結(jié)成非晶態(tài)固體。連續(xù)轉(zhuǎn)變，凍結(jié)成非晶態(tài)固體。晶體晶體非晶體非晶體氣體氣體晶體、非晶體、氣體原子排列示意圖晶體、非晶體、氣體原子排列示意圖功能材料功能材料o 非晶固體的原子類(lèi)似液體原子的排列狀態(tài)，但它與非晶固體的原子類(lèi)似液體原子的排列狀態(tài)，但它與液體又有不同：液體又有不同： 液體分子很易滑動(dòng)，粘滯系數(shù)很小液體分子很易滑動(dòng)，粘滯系數(shù)很小；非晶固體分子非晶固體分子是不能滑動(dòng)的，粘滯系數(shù)約為液體的是不能滑動(dòng)的，粘滯系數(shù)約為液體的1014倍，它具倍，它具有很大的剛性與固定形狀。有很大的剛性與固定形狀。 液體原子隨機(jī)排列，除局部結(jié)

14、構(gòu)起伏外，幾乎是完液體原子隨機(jī)排列，除局部結(jié)構(gòu)起伏外，幾乎是完全無(wú)序混亂；非晶排列無(wú)序并不是完全混亂，而是全無(wú)序混亂；非晶排列無(wú)序并不是完全混亂，而是破壞了長(zhǎng)程有序的周期性和平移對(duì)稱性，形成一種破壞了長(zhǎng)程有序的周期性和平移對(duì)稱性，形成一種有缺陷的、不完整的有序，即最近鄰或局域短程有有缺陷的、不完整的有序，即最近鄰或局域短程有序序（在小于幾個(gè)原子間距的區(qū)間內(nèi)保持著位形和組（在小于幾個(gè)原子間距的區(qū)間內(nèi)保持著位形和組分的某些有序特征）。分的某些有序特征）。功能材料功能材料o 非晶材料在微觀結(jié)構(gòu)上具有以下基本特征：非晶材料在微觀結(jié)構(gòu)上具有以下基本特征： 存在小區(qū)間的短程有序存在小區(qū)間的短程有序，在近鄰

15、或次近鄰原子的鍵，在近鄰或次近鄰原子的鍵合具有一定規(guī)律性，但合具有一定規(guī)律性，但沒(méi)有任何長(zhǎng)程有序沒(méi)有任何長(zhǎng)程有序。 溫度升高，非晶材料會(huì)發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，因此溫度升高，非晶材料會(huì)發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，因此它是一類(lèi)它是一類(lèi)亞穩(wěn)態(tài)材料亞穩(wěn)態(tài)材料，但亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變到自由能最低，但亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變到自由能最低的穩(wěn)態(tài)須克服一定的能量勢(shì)壘，因此的穩(wěn)態(tài)須克服一定的能量勢(shì)壘，因此這種亞穩(wěn)態(tài)在這種亞穩(wěn)態(tài)在一定溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定存在一定溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定存在；當(dāng)加熱溫度超過(guò)一；當(dāng)加熱溫度超過(guò)一定值定值Tc(晶化溫度晶化溫度)后就會(huì)發(fā)生穩(wěn)定化轉(zhuǎn)變，形成晶后就會(huì)發(fā)生穩(wěn)定化轉(zhuǎn)變，形成晶態(tài)合金。態(tài)合金。功能材料功能材料o 金屬玻璃

16、結(jié)構(gòu)金屬玻璃結(jié)構(gòu)亞穩(wěn)性亞穩(wěn)性不僅包括溫度達(dá)到不僅包括溫度達(dá)到Tc以上發(fā)生以上發(fā)生的的晶化晶化，還包括低溫加熱時(shí)發(fā)生的，還包括低溫加熱時(shí)發(fā)生的結(jié)構(gòu)弛豫結(jié)構(gòu)弛豫。o 在低于晶化溫度在低于晶化溫度Tc下退火時(shí)，合金內(nèi)部原子的相對(duì)下退火時(shí)，合金內(nèi)部原子的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生較小變化，合金密度增加，應(yīng)力減小，位置會(huì)發(fā)生較小變化，合金密度增加，應(yīng)力減小，能量降低，使金屬玻璃的結(jié)構(gòu)逐步接近能量降低，使金屬玻璃的結(jié)構(gòu)逐步接近有序度較高有序度較高的的“理想玻璃理想玻璃”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)變化稱為，這種結(jié)構(gòu)變化稱為結(jié)構(gòu)弛豫結(jié)構(gòu)弛豫。o 發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫的同時(shí)，非晶合金的密度、比熱、粘發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫的同時(shí)，非晶合金的密度、比熱

17、、粘度、電阻、彈性模量等性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化。度、電阻、彈性模量等性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化。功能材料功能材料o 金屬玻璃在高于晶化溫度金屬玻璃在高于晶化溫度Tc退火時(shí)，退火時(shí)，由于熱激活的由于熱激活的能量增大，非晶合金克服穩(wěn)定化轉(zhuǎn)變勢(shì)壘，轉(zhuǎn)變成能量增大，非晶合金克服穩(wěn)定化轉(zhuǎn)變勢(shì)壘，轉(zhuǎn)變成自由能更低的晶態(tài)。自由能更低的晶態(tài)。o 晶化中金屬玻璃的結(jié)構(gòu)變化較大，一般涉及原子長(zhǎng)晶化中金屬玻璃的結(jié)構(gòu)變化較大，一般涉及原子長(zhǎng)程擴(kuò)散，所需激活能比發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫時(shí)高。程擴(kuò)散，所需激活能比發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫時(shí)高。晶化中晶化中發(fā)生相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化，合金許多性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生較大發(fā)生相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化，合金許多性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生較大的變化。的變

18、化。晶化熱處理晶化熱處理功能材料功能材料o 非晶晶化結(jié)晶與凝固結(jié)晶類(lèi)似，也是一個(gè)形核和長(zhǎng)非晶晶化結(jié)晶與凝固結(jié)晶類(lèi)似，也是一個(gè)形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。大的過(guò)程。 晶化是固態(tài)反應(yīng)過(guò)程，受原子在固相中的擴(kuò)散支配，晶化是固態(tài)反應(yīng)過(guò)程，受原子在固相中的擴(kuò)散支配，所以所以晶化速度沒(méi)有凝固結(jié)晶快晶化速度沒(méi)有凝固結(jié)晶快。 非晶比熔體在結(jié)構(gòu)上更接近晶態(tài)，晶化形核時(shí)作為非晶比熔體在結(jié)構(gòu)上更接近晶態(tài)，晶化形核時(shí)作為主要阻力的界面能比凝固時(shí)固液界面能小，因而形主要阻力的界面能比凝固時(shí)固液界面能小，因而形核率很高，核率很高，非晶合金晶化后晶粒十分細(xì)小非晶合金晶化后晶粒十分細(xì)小。 實(shí)際快速凝固中，形成非晶同時(shí)也可能形成一些細(xì)實(shí)

19、際快速凝固中，形成非晶同時(shí)也可能形成一些細(xì)小的晶粒，它們?cè)诜蔷ЬЩ瘯r(shí)可作為非均勻形核媒小的晶粒，它們?cè)诜蔷ЬЩ瘯r(shí)可作為非均勻形核媒質(zhì)。此外，非晶中的夾雜物、自由表面等都可使晶質(zhì)。此外，非晶中的夾雜物、自由表面等都可使晶化以非均勻形核方式進(jìn)行。化以非均勻形核方式進(jìn)行。功能材料功能材料o 非晶的非晶的結(jié)構(gòu)弛豫和晶化都是結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)產(chǎn)生的變結(jié)構(gòu)弛豫和晶化都是結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)產(chǎn)生的變化化，非晶的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要取決以下因素：，非晶的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要取決以下因素： 合金組元的種類(lèi)和含量：合金組元的種類(lèi)和含量：組元種類(lèi)和含量的變化組元種類(lèi)和含量的變化會(huì)改變?cè)渔I合強(qiáng)度和短程有序程度。會(huì)改變?cè)渔I合強(qiáng)度和短程有序程度。

20、 凝固冷速：凝固冷速：冷速越高，金屬玻璃的自由能就會(huì)越冷速越高，金屬玻璃的自由能就會(huì)越高，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)越低，在一定條件下越高，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)越低，在一定條件下越容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)弛豫和晶化。容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)弛豫和晶化。選擇適當(dāng)?shù)哪汤渌龠x擇適當(dāng)?shù)哪汤渌賹?duì)保證金屬玻璃穩(wěn)定性十分重要。對(duì)保證金屬玻璃穩(wěn)定性十分重要。功能材料功能材料其它一些因素也能影響金屬玻璃的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：其它一些因素也能影響金屬玻璃的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性： 退火溫度一定時(shí)，退火溫度一定時(shí)，組態(tài)熵較大的合金組態(tài)熵較大的合金晶化激活能較晶化激活能較大，非晶發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫或晶化所需激活能越大，非大，非晶發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫或晶化所需激活能越大，非晶結(jié)構(gòu)就

21、越穩(wěn)定。晶結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定。 玻璃形成能力玻璃形成能力(GFA)較強(qiáng)較強(qiáng)的合金形成的非晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的合金形成的非晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，共晶成分或接近共晶成分的合金性較高，共晶成分或接近共晶成分的合金GFA很強(qiáng)，很強(qiáng)，它們形成的非晶穩(wěn)定性一般都很高。它們形成的非晶穩(wěn)定性一般都很高。 中子輻照中子輻照可使極細(xì)晶粒非晶化，消除非晶合金晶化可使極細(xì)晶粒非晶化，消除非晶合金晶化時(shí)非均勻形核媒質(zhì)，提高非晶合金的穩(wěn)定性。時(shí)非均勻形核媒質(zhì)，提高非晶合金的穩(wěn)定性。功能材料功能材料非晶合金的制備方法非晶合金的制備方法 功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料圖圖6-4 純純Ni，Au

22、77.8Ge13.8Si8.4，Pd82Si18， Pd77.5Cu6Si16.5的的C曲線曲線功能材料功能材料功能材料功能材料圖圖6-5 幾種非晶態(tài)合金的幾種非晶態(tài)合金的CCT圖及圖及TTT圖圖功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料圖圖6-6二二元元系系形形成成非非晶晶態(tài)態(tài)合合金金的的鍵鍵參參數(shù)數(shù)判判別別曲曲線線功能材料功能材料非晶態(tài)合金的形成條件非晶態(tài)合金的形成條件要制得非晶態(tài)合金必須有要制得非晶態(tài)合金必須有兩個(gè)先決條件：兩個(gè)先決條件：首先需要有足夠高的冷卻速度，臨界冷卻速度要大于首先需要有足夠高的冷卻速度，臨界冷卻速度要大于106/s；另外合金非晶化溫度另外合金

23、非晶化溫度(玻璃化溫度玻璃化溫度)要高于室溫。要高于室溫。從熱力學(xué)和結(jié)晶學(xué)的理論出發(fā)，從熱力學(xué)和結(jié)晶學(xué)的理論出發(fā)，要形成非晶態(tài)合金還要形成非晶態(tài)合金還應(yīng)該滿足以下的要求：應(yīng)該滿足以下的要求：(1) 合金組元間的原子半徑差要大于合金組元間的原子半徑差要大于10；(2) 合金組元的電負(fù)性差異合宜合金組元的電負(fù)性差異合宜(不能太大，也不能過(guò)不能太大，也不能過(guò)小小)；(3) 合金熔體具有大的黏度，使原子的擴(kuò)散阻力增加。合金熔體具有大的黏度，使原子的擴(kuò)散阻力增加。功能材料功能材料非晶態(tài)合金一般可以由以下合金組成：非晶態(tài)合金一般可以由以下合金組成： (1) 過(guò)渡金屬、貴金屬與類(lèi)金屬的組合。過(guò)渡金屬、貴金過(guò)

24、渡金屬、貴金屬與類(lèi)金屬的組合。過(guò)渡金屬、貴金屬為屬為Fe、Co、Ni、Au等；類(lèi)金屬為等；類(lèi)金屬為B、Si、P、C等。等。 (2) 過(guò)渡金屬的前部元素和后端元素之間的組合。例如，過(guò)渡金屬的前部元素和后端元素之間的組合。例如，Zr-Cu、Nb-Ni、Zr-Pd等。等。 (3) 稀土元素與過(guò)渡金屬的組合。稀土元素主要是稀土元素與過(guò)渡金屬的組合。稀土元素主要是Ga、Tb、Dy；過(guò)渡元素為；過(guò)渡元素為Fe、Co。 (4) 過(guò)渡金屬與非過(guò)渡金屬之間的組合。如過(guò)渡金屬與非過(guò)渡金屬之間的組合。如(Ti、Zr)-Be，Al-Cr。 (5) 非過(guò)渡金屬之間的組合。如非過(guò)渡金屬之間的組合。如Mg-Zn。功能材料功

25、能材料其中三元合金或者多元合金更容易形成非晶合金其中三元合金或者多元合金更容易形成非晶合金u一般常用的過(guò)渡金屬是：一般常用的過(guò)渡金屬是：Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni等；等；u貴重金屬是：貴重金屬是：Au、Cu等；等；u類(lèi)金屬是：類(lèi)金屬是：B、C、Si、P等；等；u非過(guò)渡金屬是：非過(guò)渡金屬是：Zn、Al等。等。對(duì)于合金的成分在具體選擇時(shí)，以共晶、包晶或它們附近對(duì)于合金的成分在具體選擇時(shí)，以共晶、包晶或它們附近的成分更容易形成非晶合金。的成分更容易形成非晶合金。功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料功能材料非晶合

26、金薄膜非晶合金薄膜o 在高真空中合金被加熱蒸發(fā)，蒸在高真空中合金被加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)的蒸氣沉積在液氟或液氯冷卻發(fā)的蒸氣沉積在液氟或液氯冷卻的冷基板上形成非晶薄膜的冷基板上形成非晶薄膜。o 原料加熱可采用電阻加熱、高頻原料加熱可采用電阻加熱、高頻感應(yīng)或電子束轟擊法等，基板按感應(yīng)或電子束轟擊法等，基板按薄膜用途不同選用玻璃、金屬、薄膜用途不同選用玻璃、金屬、石英等。石英等。真空蒸鍍法真空蒸鍍法真空蒸鍍?cè)碚婵照翦冊(cè)砉δ懿牧瞎δ懿牧蠟R射法濺射法o 濺射是利用高能離子去濺射是利用高能離子去轟擊陰極靶材，將其動(dòng)轟擊陰極靶材，將其動(dòng)量直接傳送給靶材原子，量直接傳送給靶材原子，使其向外飛濺，附著在使其向外飛濺

27、，附著在陽(yáng)極基板上獲得靶材的陽(yáng)極基板上獲得靶材的非晶薄帶。非晶薄帶。o 大部分稀土大部分稀土- -過(guò)渡金屬過(guò)渡金屬非晶薄膜都采用此法制非晶薄膜都采用此法制得。得。高頻濺射法原理圖高頻濺射法原理圖功能材料功能材料非晶合金薄片非晶合金薄片o 杜威茲最早用噴槍法制備非晶薄片。杜威茲最早用噴槍法制備非晶薄片。o 將少量合金裝入底部有小孔的石墨將少量合金裝入底部有小孔的石墨坩堝中，由感應(yīng)加熱或電阻加熱，坩堝中，由感應(yīng)加熱或電阻加熱，在惰性氣體中使之熔化。合金熔體在惰性氣體中使之熔化。合金熔體的表面張力高，不致從小孔漏出。的表面張力高，不致從小孔漏出。隨后用沖擊波使熔體從小孔中快速隨后用沖擊波使熔體從小孔

28、中快速噴出，并在冷卻基板上形成薄膜。噴出，并在冷卻基板上形成薄膜。o 噴槍法的冷卻速率很高，可達(dá)噴槍法的冷卻速率很高，可達(dá)106-108K/s，可制成寬約，可制成寬約10mm，長(zhǎng)為，長(zhǎng)為20-30mm，厚為，厚為20-50m的非晶薄片，的非晶薄片，但形狀不規(guī)則、厚度不均勻。但形狀不規(guī)則、厚度不均勻。噴槍法制備非晶合金噴槍法制備非晶合金薄片示意圖薄片示意圖功能材料功能材料o 活塞砧座法也可制備非晶活塞砧座法也可制備非晶薄片。薄片。o 讓合金液滴被快速移動(dòng)的讓合金液滴被快速移動(dòng)的活塞打在金屬砧座上，液活塞打在金屬砧座上，液滴被迅速壓平并沖擊成非滴被迅速壓平并沖擊成非晶薄片。晶薄片。o 活塞法的冷卻

29、速率可達(dá)到活塞法的冷卻速率可達(dá)到106-107K/s，樣品的厚度，樣品的厚度可達(dá)可達(dá)30-80m，均勻性和，均勻性和光潔度比噴槍法好。光潔度比噴槍法好?；钊ㄖ苽浞蔷Ш辖鸹钊ㄖ苽浞蔷Ш辖鸨∑疽鈭D薄片示意圖功能材料功能材料非晶合金粉的制備非晶合金粉的制備o 將合金液吹成小滴霧化，如圖將合金液吹成小滴霧化，如圖(a)所示，氣流本身還所示，氣流本身還是淬火冷卻劑，也可用液體是淬火冷卻劑，也可用液體(如水如水)代替氣體作淬火代替氣體作淬火介質(zhì)，提高冷速，但得到的顆粒形狀不規(guī)則。介質(zhì)，提高冷速，但得到的顆粒形狀不規(guī)則。o 同時(shí)使用氣體和液體噴流，如圖同時(shí)使用氣體和液體噴流，如圖(b)所示，所示，氣體

30、將小氣體將小顆粒淬火，大顆粒由液體提供較高冷速，顆粒淬火，大顆粒由液體提供較高冷速，平均冷速平均冷速達(dá)達(dá)105-106K/s。非晶合金粉末的制備非晶合金粉末的制備(a)(a)氣流體霧化，氣流體霧化，(b)(b)氣氣- -流霧化流霧化a ab b功能材料功能材料非晶合金薄帶的制備非晶合金薄帶的制備 o 單輥急冷法和雙輥急冷軋單輥急冷法和雙輥急冷軋制法可制備非晶帶材制法可制備非晶帶材。o 用惰性氣體將液態(tài)合金從用惰性氣體將液態(tài)合金從直徑為直徑為0.2-0.5mm的石英噴的石英噴嘴中噴出，連續(xù)噴射到高嘴中噴出，連續(xù)噴射到高速旋轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)(2000-10000r/min)的冷卻圓筒表面或一對(duì)軋的冷卻圓筒

31、表面或一對(duì)軋輥之間，液態(tài)合金由于急輥之間，液態(tài)合金由于急冷形成非晶態(tài)。冷形成非晶態(tài)。制備非晶條帶的方法制備非晶條帶的方法(a)(a)單輥離心急冷單輥離心急冷(b)(b)雙輥急冷軋制雙輥急冷軋制功能材料功能材料圖圖6-8 液體淬火法制備非晶態(tài)合金薄片液體淬火法制備非晶態(tài)合金薄片功能材料功能材料圖圖6-9 非晶態(tài)合金生產(chǎn)線示意圖非晶態(tài)合金生產(chǎn)線示意圖功能材料功能材料非晶態(tài)合金的性能非晶態(tài)合金的性能功能材料功能材料功能材料功能材料o 非晶中非晶中原子有較強(qiáng)的鍵合原子有較強(qiáng)的鍵合，特別是金屬，特別是金屬- -類(lèi)金屬非晶類(lèi)金屬非晶中原子鍵合比一般晶態(tài)合金強(qiáng)得多；中原子鍵合比一般晶態(tài)合金強(qiáng)得多；o 非晶合

32、金中原子排列長(zhǎng)程無(wú)序，缺乏周期性，非晶合金中原子排列長(zhǎng)程無(wú)序，缺乏周期性，合金合金受力時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑移受力時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑移。o 非晶合金具有很高的強(qiáng)度、硬度和較高的剛度，是非晶合金具有很高的強(qiáng)度、硬度和較高的剛度，是強(qiáng)度最高的實(shí)用材料之一。強(qiáng)度最高的實(shí)用材料之一。強(qiáng)度、硬度和剛度強(qiáng)度、硬度和剛度高強(qiáng)度非晶材料高強(qiáng)度非晶材料功能材料功能材料金屬玻璃的強(qiáng)度、硬度和彈性模量金屬玻璃的強(qiáng)度、硬度和彈性模量合金合金屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度/GPa斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度/GPa硬度硬度Hv/MPa彈性模量彈性模量/GPaNi36Fe32Cr14P12B62.73/8.63141Ni40Fe20P14B4Si22.352.3

33、87.77129Fe80P16C1B12.44/8.19135Fe80Si10B102.91/8.13158Fe80P13C72.303.047.45122Fe80B203.63/10.79166Co77.5Si12.5B103.58/11.2190Ni60Nb401.93/8.82125Cu50Zr501.80/5.6883.5功能材料功能材料o 一些非晶合金的強(qiáng)度甚至超過(guò)了高強(qiáng)度馬氏體一些非晶合金的強(qiáng)度甚至超過(guò)了高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼時(shí)效鋼(s約約2GPa)，強(qiáng)度最高的，強(qiáng)度最高的Fe80B20的屈服的屈服強(qiáng)度與經(jīng)過(guò)冷拉的鋼絲差不多。強(qiáng)度與經(jīng)過(guò)冷拉的鋼絲差不多。o 金屬玻璃具有很好的室溫強(qiáng)度和

34、硬度的同時(shí)，金屬玻璃具有很好的室溫強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，也具有很好的耐磨性能，也具有很好的耐磨性能，在相同的試驗(yàn)條件下在相同的試驗(yàn)條件下磨損速度與磨損速度與WCrCo耐磨合金差不多。耐磨合金差不多。功能材料功能材料韌性和延性韌性和延性o 非晶合金不僅具有很高的強(qiáng)非晶合金不僅具有很高的強(qiáng)度和硬度，與脆性的無(wú)機(jī)玻度和硬度，與脆性的無(wú)機(jī)玻璃截然不同，還具有很好的璃截然不同，還具有很好的韌性，并且在一定的受力條韌性，并且在一定的受力條件下還具有較好的延性。件下還具有較好的延性。o Fe80B20非晶合金的斷裂韌性非晶合金的斷裂韌性可達(dá)可達(dá)12MPa.m-1/2，這比強(qiáng)度，這比強(qiáng)度相近的其它材料的韌性高得相

35、近的其它材料的韌性高得多，比石英玻璃的斷裂韌性多，比石英玻璃的斷裂韌性約高二個(gè)數(shù)量級(jí)。約高二個(gè)數(shù)量級(jí)。柔韌的非晶柔韌的非晶功能材料功能材料o 金屬玻璃的塑性與外力方向有關(guān)，金屬玻璃的塑性與外力方向有關(guān)，處于壓縮、剪處于壓縮、剪切、彎曲狀態(tài)時(shí)，金屬玻璃具有很好的延性，切、彎曲狀態(tài)時(shí)，金屬玻璃具有很好的延性，非非晶合金的壓縮延伸率可達(dá)晶合金的壓縮延伸率可達(dá)40，軋制時(shí)壓下率為，軋制時(shí)壓下率為50以上也不會(huì)產(chǎn)生斷裂，薄帶對(duì)彎至以上也不會(huì)產(chǎn)生斷裂，薄帶對(duì)彎至180度一度一般也不會(huì)斷裂。般也不會(huì)斷裂。o 金屬玻璃在拉伸應(yīng)力條件下的延伸率很低，金屬玻璃在拉伸應(yīng)力條件下的延伸率很低，一般一般只有約只有約0.

36、1%。o 非晶合金的彈性模量比晶態(tài)合金略低。非晶合金的彈性模量比晶態(tài)合金略低。o 非晶合金在外力作用下應(yīng)變不均勾，受疲勞應(yīng)力非晶合金在外力作用下應(yīng)變不均勾，受疲勞應(yīng)力作用時(shí)疲勞裂紋容易形核，作用時(shí)疲勞裂紋容易形核，疲勞壽命較低疲勞壽命較低。功能材料功能材料o 非晶是一種短程有序密排結(jié)構(gòu)，與長(zhǎng)程有序的晶態(tài)非晶是一種短程有序密排結(jié)構(gòu)，與長(zhǎng)程有序的晶態(tài)密排結(jié)構(gòu)相比，密排結(jié)構(gòu)相比，非晶合金的密度一般比成分相近的非晶合金的密度一般比成分相近的晶態(tài)合金低晶態(tài)合金低1-2。Fe88B12合金在晶態(tài)時(shí)密度為合金在晶態(tài)時(shí)密度為7.52g/cm3，在非晶態(tài)時(shí)密度為，在非晶態(tài)時(shí)密度為7.45g/cm3。o 非晶合金

37、具有很高強(qiáng)度、硬度、耐磨性能和韌性，非晶合金具有很高強(qiáng)度、硬度、耐磨性能和韌性，在彎曲、壓縮狀態(tài)時(shí)有很好的延性，但拉伸延性、在彎曲、壓縮狀態(tài)時(shí)有很好的延性，但拉伸延性、疲勞強(qiáng)度很低，所以疲勞強(qiáng)度很低，所以一般不能單獨(dú)用作結(jié)構(gòu)材料一般不能單獨(dú)用作結(jié)構(gòu)材料。許多成分的金屬玻璃經(jīng)適當(dāng)晶化處理后，綜合力學(xué)許多成分的金屬玻璃經(jīng)適當(dāng)晶化處理后，綜合力學(xué)性能會(huì)有很大提高。性能會(huì)有很大提高。密度密度功能材料功能材料熱學(xué)性能熱學(xué)性能o 非晶態(tài)合金處于亞穩(wěn)態(tài)，是溫度敏感材料。非晶態(tài)合金處于亞穩(wěn)態(tài)，是溫度敏感材料。o 如果材料的晶化溫度較低，非晶態(tài)合金更不穩(wěn)定，如果材料的晶化溫度較低，非晶態(tài)合金更不穩(wěn)定，有些甚至在

38、室溫時(shí)就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。有些甚至在室溫時(shí)就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。非晶的熱處理非晶的熱處理功能材料功能材料o 金屬玻璃在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)，都顯示出很低的金屬玻璃在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)，都顯示出很低的熱膨脹系數(shù)，熱膨脹系數(shù)，并且經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，還可進(jìn)一步并且經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，還可進(jìn)一步降低非晶合金在室溫下的熱膨脹系數(shù)。降低非晶合金在室溫下的熱膨脹系數(shù)。非晶合金非晶合金-195- -100-100-00-5050-100100-200200-300Fe72Co18Zr10(3001慢冷慢冷)3.20.120.120.120.120.12Fe72Ni18Zr10(急冷狀態(tài)急冷狀態(tài))8.00.10-0.15-0.1

39、5-0.15-0.25Fe68Co17V5Zr10(急冷狀態(tài)急冷狀態(tài))4.80.11000-1.1幾種非晶合金的熱膨脹系數(shù)幾種非晶合金的熱膨脹系數(shù)(10-6/)功能材料功能材料電學(xué)性能電學(xué)性能o 非晶具有長(zhǎng)程無(wú)序結(jié)構(gòu)，在金屬非晶具有長(zhǎng)程無(wú)序結(jié)構(gòu)，在金屬-類(lèi)金屬非晶合金中類(lèi)金屬非晶合金中含有較多的類(lèi)金屬元素，對(duì)電子有較強(qiáng)的散射。含有較多的類(lèi)金屬元素，對(duì)電子有較強(qiáng)的散射。o 非晶合金一般具有較高的電阻率，非晶合金一般具有較高的電阻率，是相同成分晶態(tài)是相同成分晶態(tài)合金電阻率的合金電阻率的2-3倍，電阻溫度系數(shù)比晶態(tài)合金小。倍，電阻溫度系數(shù)比晶態(tài)合金小。合金合金電阻率電阻率(.cm)電阻溫度系數(shù)電阻溫

40、度系數(shù)(10-6/K)晶態(tài)晶態(tài)Cu1.724330Cu55Ni4549.0Ni80Cr2010370非晶態(tài)非晶態(tài)Cu77Ag8P15136-120Ni68Si15B171520Cu0.6Zr0.4350-90某些晶態(tài)及非晶態(tài)合金的電阻率和電阻溫度系數(shù)某些晶態(tài)及非晶態(tài)合金的電阻率和電阻溫度系數(shù)功能材料功能材料o 許多非晶許多非晶(如如Nb-Si，Mo-Si-B、Ti-Nb-Si、W-Si-B等等)在低于臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)還具有超導(dǎo)性能。在低于臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)還具有超導(dǎo)性能。o 在非晶中形成彌散的第二相也可使臨界溫度、電在非晶中形成彌散的第二相也可使臨界溫度、電流密度等超導(dǎo)性能得到提高。流密度等超導(dǎo)性能

41、得到提高。o Zr65Nb15B20非晶合金經(jīng)適當(dāng)退火產(chǎn)生部分晶化，非晶合金經(jīng)適當(dāng)退火產(chǎn)生部分晶化，在基體上形成許多微小晶粒，合金超導(dǎo)臨界溫度在基體上形成許多微小晶粒，合金超導(dǎo)臨界溫度提高提高2倍。倍。o 具有超導(dǎo)性能的非晶合金可制成具有良好力學(xué)性具有超導(dǎo)性能的非晶合金可制成具有良好力學(xué)性能的薄帶，為開(kāi)展超導(dǎo)研究和應(yīng)用研究提供有利能的薄帶，為開(kāi)展超導(dǎo)研究和應(yīng)用研究提供有利條件條件。功能材料功能材料磁學(xué)性能磁學(xué)性能o 部分非晶合金具有良好的鐵磁性能部分非晶合金具有良好的鐵磁性能。o 非晶合金中沒(méi)有晶界，一般也沒(méi)有沉淀相粒子等障非晶合金中沒(méi)有晶界，一般也沒(méi)有沉淀相粒子等障礙對(duì)磁疇壁的釘扎，所以礙對(duì)

42、磁疇壁的釘扎，所以非晶合金很容易磁化，矯非晶合金很容易磁化，矯頑力極低。頑力極低。o 金屬玻璃經(jīng)部分晶化后產(chǎn)生的極細(xì)晶?？勺鳛榇女牻饘俨ＡЫ?jīng)部分晶化后產(chǎn)生的極細(xì)晶?？勺鳛榇女牨诜蔷鶆蛐魏嗣劫|(zhì)，細(xì)化磁疇，獲得比晶態(tài)軟磁合壁非均勻形核媒質(zhì)，細(xì)化磁疇，獲得比晶態(tài)軟磁合分更好的高頻分更好的高頻(100kHz)軟磁性能。軟磁性能。o 某些鐵基非晶合金某些鐵基非晶合金(例如例如Co-Fe-B-Si)在很大頻率范圍在很大頻率范圍內(nèi)都具有很高的磁導(dǎo)率。內(nèi)都具有很高的磁導(dǎo)率。功能材料功能材料某些非晶態(tài)合金的軟磁特性某些非晶態(tài)合金的軟磁特性合金合金處理?xiàng)l件處理?xiàng)l件矯頑力矯頑力(A/m)最大最大磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率剩磁剩磁

43、(T)磁致伸縮磁致伸縮系數(shù)系數(shù)Fe80B20磁場(chǎng)退火磁場(chǎng)退火3.1832.01041.23Fe40Ni40P14B6去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火0.6487.51040.70Fe80P13C7磁場(chǎng)退火磁場(chǎng)退火1.4318.01041.3Fe4.7Co70.3Si15B10熔體急冷熔體急冷1.0418.11040.23-0.110-6Co75Si15B10熔體急冷熔體急冷2.393.01040.2-310-6功能材料功能材料o 一些非晶永磁合金在經(jīng)部分晶化處理后永磁性能一些非晶永磁合金在經(jīng)部分晶化處理后永磁性能會(huì)產(chǎn)生很大提高。會(huì)產(chǎn)生很大提高。o 許多鐵基稀土非晶合金晶化后，矯頑力可增加許多鐵基稀土非晶合

44、金晶化后，矯頑力可增加2-3個(gè)數(shù)量級(jí)以上，具有很好的永磁性能。個(gè)數(shù)量級(jí)以上，具有很好的永磁性能。o NdFeB非晶合金經(jīng)過(guò)晶化熱處理并控制形變織構(gòu)非晶合金經(jīng)過(guò)晶化熱處理并控制形變織構(gòu)方向后，最大磁能積達(dá)到方向后，最大磁能積達(dá)到55MGOe，是目前永磁，是目前永磁合金磁能積能達(dá)到的最高水平之一合金磁能積能達(dá)到的最高水平之一。功能材料功能材料化學(xué)性能化學(xué)性能o 非晶中沒(méi)有晶界、沉淀相相界、位錯(cuò)等容易引起局非晶中沒(méi)有晶界、沉淀相相界、位錯(cuò)等容易引起局部腐蝕的部位，也不存在晶態(tài)合金容易出現(xiàn)的成分部腐蝕的部位，也不存在晶態(tài)合金容易出現(xiàn)的成分偏析，所以非晶合金在結(jié)構(gòu)和成分上都比晶態(tài)合金偏析，所以非晶合金在

45、結(jié)構(gòu)和成分上都比晶態(tài)合金更均勻，具有更高的抗腐蝕性能更均勻，具有更高的抗腐蝕性能。o 含含Cr的鐵基、的鐵基、Co基和鎳基金屬玻璃，特別是其中基和鎳基金屬玻璃，特別是其中含有含有P等類(lèi)金屬元素的非晶合金，具有十分突出的等類(lèi)金屬元素的非晶合金，具有十分突出的抗腐蝕能力?？垢g能力。P的作用是促進(jìn)防腐蝕薄膜形成；的作用是促進(jìn)防腐蝕薄膜形成；Cr作用是形成防腐蝕保護(hù)膜。作用是形成防腐蝕保護(hù)膜。功能材料功能材料非晶態(tài)合金和晶態(tài)不銹鋼非晶態(tài)合金和晶態(tài)不銹鋼在在10%FeCl2-10H2O溶液中的腐蝕速率溶液中的腐蝕速率試樣試樣 腐蝕速率腐蝕速率(mm/年年) 4060晶態(tài)不銹鋼晶態(tài)不銹鋼18Cr-40N

46、i17.75120.0晶態(tài)不銹鋼晶態(tài)不銹鋼17Cr-14Ni-2.5Mo29.24非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金Fe70Cr10P13C70.000.00非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金Fe65Cr10Ni5P13C70.000.00功能材料功能材料非晶合金的應(yīng)用非晶合金的應(yīng)用功能材料功能材料非晶軟磁元件非晶軟磁元件 大功率變壓器總希望使用大功率變壓器總希望使用磁感應(yīng)強(qiáng)度高、矯頑力低，磁感應(yīng)強(qiáng)度高、矯頑力低，損耗小的損耗小的材料。材料。 變壓器用量特別大，還必變壓器用量特別大，還必須要求須要求原材料成本低原材料成本低。 此外，還要求使用的材料此外，還要求使用的材料延展性好，加工容易、尺延展性好，加工容易、尺寸精度高

47、、層間絕緣性好、寸精度高、層間絕緣性好、耐腐蝕性強(qiáng)耐腐蝕性強(qiáng)。變壓器變壓器大功率變壓器大功率變壓器功能材料功能材料o 非晶合金的矯頑力很低，外場(chǎng)作用下十分容易磁非晶合金的矯頑力很低，外場(chǎng)作用下十分容易磁化；同時(shí)非晶合金具有很高的電阻，可以明顯降化；同時(shí)非晶合金具有很高的電阻，可以明顯降低渦流損失。低渦流損失。o 金屬玻璃用作低頻金屬玻璃用作低頻(50-60Hz)磁芯時(shí)的磁芯損耗磁芯時(shí)的磁芯損耗根低，根低，其中其中Fe81B13.5Si8.5C2、Fe82B10Si8等鐵基非等鐵基非晶合金的磁芯損耗只有常用硅鋼片的晶合金的磁芯損耗只有常用硅鋼片的1/3-l/5，而而飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度等磁學(xué)性能與硅鋼

48、片相近，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度等磁學(xué)性能與硅鋼片相近，o 非晶軟磁合金的主要用途是取代晶態(tài)硅鋼制作各非晶軟磁合金的主要用途是取代晶態(tài)硅鋼制作各種類(lèi)型的變壓器。種類(lèi)型的變壓器。功能材料功能材料o 非晶磁性合金的應(yīng)用不僅可減少能量損失，還非晶磁性合金的應(yīng)用不僅可減少能量損失，還可以在額定功率一定時(shí)，減輕變壓器的重景和可以在額定功率一定時(shí)，減輕變壓器的重景和減小變壓器的尺寸。減小變壓器的尺寸。變壓器用非晶鐵芯變壓器用非晶鐵芯非晶變壓器非晶變壓器功能材料功能材料o Fe基非晶合金與坡莫合金制成的開(kāi)關(guān)變壓器的性能比較，基非晶合金與坡莫合金制成的開(kāi)關(guān)變壓器的性能比較，非晶變壓器的體積、重量明顯下降，溫升降低，成本

49、減少非晶變壓器的體積、重量明顯下降，溫升降低，成本減少50以上。以上。鐵芯鐵芯材料材料輸出輸出功率功率/W鐵芯鐵芯規(guī)格規(guī)格/mm鐵芯鐵芯重量重量/g變壓器變壓器重量重量/g變壓器變壓器體積體積/cm3鐵芯鐵芯溫升溫升/ 變壓器變壓器溫升溫升/ 坡莫坡莫合金合5273.5146.557.542.5Fe基基非晶非晶150254012.549.5167.576.342.533.5Fe基非晶合金與坡莫合金制作的開(kāi)關(guān)變壓器的性能基非晶合金與坡莫合金制作的開(kāi)關(guān)變壓器的性能功能材料功能材料磁磁 頭頭o 磁頭器件要求材料飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大；在工作頻率磁頭器件要求材料飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大；在

50、工作頻率范圍內(nèi)材料的磁導(dǎo)率高；具有較低矯頑力和較高電范圍內(nèi)材料的磁導(dǎo)率高；具有較低矯頑力和較高電阻率；耐磨性和抗蝕能力強(qiáng)；阻率；耐磨性和抗蝕能力強(qiáng)；磁性能對(duì)加工應(yīng)力不磁性能對(duì)加工應(yīng)力不敏感敏感；熱穩(wěn)定性好等。；熱穩(wěn)定性好等。硬盤(pán)讀寫(xiě)磁頭硬盤(pán)讀寫(xiě)磁頭功能材料功能材料用非晶合金作磁頭具有下列優(yōu)點(diǎn)：用非晶合金作磁頭具有下列優(yōu)點(diǎn)：o 無(wú)磁晶各向異性無(wú)磁晶各向異性：晶態(tài)材料的磁晶各向異性使磁導(dǎo)：晶態(tài)材料的磁晶各向異性使磁導(dǎo)率下降，矯頑力增大，磁滯損耗增加，噪聲增大。率下降，矯頑力增大，磁滯損耗增加，噪聲增大。o 電阻率高：電阻率高：這對(duì)降低渦流損耗有利。這對(duì)降低渦流損耗有利。o 硬度大，耐磨性好硬度大，

51、耐磨性好。o 耐腐蝕性高：耐腐蝕性高：晶態(tài)材料的磁性與耐蝕性難以兼得。晶態(tài)材料的磁性與耐蝕性難以兼得。o 容易獲得薄帶容易獲得薄帶：高頻工作時(shí)，為減小渦流損耗，希：高頻工作時(shí)，為減小渦流損耗，希望材料減薄，要求用數(shù)微米至數(shù)十微米的薄片；對(duì)望材料減薄，要求用數(shù)微米至數(shù)十微米的薄片；對(duì)于晶態(tài)材料，加工有一定困難，非晶帶的厚度一般于晶態(tài)材料，加工有一定困難，非晶帶的厚度一般為為20-40m，很適于錄相磁頭的工作頻帶。，很適于錄相磁頭的工作頻帶。功能材料功能材料傳感器傳感器o 非晶合金薄帶與絲材具有許多優(yōu)點(diǎn)，適合各種類(lèi)非晶合金薄帶與絲材具有許多優(yōu)點(diǎn)，適合各種類(lèi)型傳感器的不同需求：型傳感器的不同需求：o

52、 同時(shí)具有高強(qiáng)度和高彈性極限同時(shí)具有高強(qiáng)度和高彈性極限，用非晶合全條帶，用非晶合全條帶的絲材可直接做成彈性環(huán)和彈簧，不需要輔助彈的絲材可直接做成彈性環(huán)和彈簧，不需要輔助彈性材料和保護(hù)材料，制成的器件可承受很大的拉性材料和保護(hù)材料，制成的器件可承受很大的拉力，且具有耐磨、耐沖擊和耐腐蝕性。力，且具有耐磨、耐沖擊和耐腐蝕性。o Co基非晶合金的最大磁導(dǎo)率可達(dá)基非晶合金的最大磁導(dǎo)率可達(dá)106級(jí)，是高靈級(jí)，是高靈敏度磁性傳感器的理想材料敏度磁性傳感器的理想材料。功能材料功能材料o 用非晶帶繞成環(huán)形磁芯，在用非晶帶繞成環(huán)形磁芯，在直徑方向施加很小外直徑方向施加很小外力，會(huì)使磁芯的磁特性發(fā)生顯著變化力，會(huì)

53、使磁芯的磁特性發(fā)生顯著變化。用這個(gè)磁。用這個(gè)磁芯構(gòu)成單磁芯橋式多諧振蕩器，可將由應(yīng)力所產(chǎn)芯構(gòu)成單磁芯橋式多諧振蕩器，可將由應(yīng)力所產(chǎn)生的磁性能變化轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷狠敵?，制成高精生的磁性能變化轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷狠敵觯瞥筛呔葢?yīng)力傳感器。度應(yīng)力傳感器。應(yīng)力傳感器應(yīng)力傳感器功能材料功能材料o 非晶非晶Fe82Si6B12條帶制成的電磁傳感器已用于交通條帶制成的電磁傳感器已用于交通信號(hào)自動(dòng)控制裝置中的探頭，性能明顯優(yōu)于坡莫信號(hào)自動(dòng)控制裝置中的探頭，性能明顯優(yōu)于坡莫合金：合金：電路電壓降低一半，激磁電壓降低電路電壓降低一半，激磁電壓降低2/3，輸，輸出信號(hào)增加出信號(hào)增加2倍，作用距離提高倍，作用距離提高1倍倍

54、。交通信號(hào)控制器交通信號(hào)控制器交通電子眼交通電子眼功能材料功能材料o 用彈性好且耐蝕的用彈性好且耐蝕的FeNi非晶合全制成微型壓力傳非晶合全制成微型壓力傳感器，可測(cè)微小壓強(qiáng)，用作人體肛腸壓力測(cè)定裝感器，可測(cè)微小壓強(qiáng)，用作人體肛腸壓力測(cè)定裝置。臨床證明具有靈敏度高、體積小、重復(fù)性好、置。臨床證明具有靈敏度高、體積小、重復(fù)性好、耐腐蝕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。耐腐蝕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。微型壓力傳感器微型壓力傳感器磁場(chǎng)傳感器磁場(chǎng)傳感器功能材料功能材料磁分離裝置磁分離裝置o 磁分離是指在磁場(chǎng)作用下將磁性微粒與非磁性微磁分離是指在磁場(chǎng)作用下將磁性微粒與非磁性微粒加以分離的技術(shù)。粒加以分離的技術(shù)。o 磁分離裝置大都是在

55、腐蝕性介質(zhì)中使用，所用材磁分離裝置大都是在腐蝕性介質(zhì)中使用，所用材料必料必須具有良好的聚磁性，耐腐蝕性，高強(qiáng)度，須具有良好的聚磁性，耐腐蝕性，高強(qiáng)度，還要考慮過(guò)濾效率要高，不易堵塞等問(wèn)題。還要考慮過(guò)濾效率要高，不易堵塞等問(wèn)題。磁分離裝置磁分離裝置功能材料功能材料o 含含Cr的的Fe基非晶條帶與圓絲混合成的過(guò)濾器非常適基非晶條帶與圓絲混合成的過(guò)濾器非常適合這種要求。合這種要求。這種軟磁性和耐腐蝕性優(yōu)良的條帶和絲這種軟磁性和耐腐蝕性優(yōu)良的條帶和絲材作聚磁材料，可獲得很高的磁場(chǎng)梯度，即形成很強(qiáng)材作聚磁材料，可獲得很高的磁場(chǎng)梯度，即形成很強(qiáng)的磁力捕獲區(qū)，能達(dá)到很高的分離效率。的磁力捕獲區(qū)，能達(dá)到很高的

56、分離效率。o 這種非晶磁分離裝置，用于凈化軋鋼廢水處理，凈化這種非晶磁分離裝置，用于凈化軋鋼廢水處理，凈化效率可達(dá)效率可達(dá)97以上以上o 用于超高壓變壓器絕緣油的凈化處理，可使變壓據(jù)的用于超高壓變壓器絕緣油的凈化處理，可使變壓據(jù)的介質(zhì)損耗降低一半，大大延長(zhǎng)安全運(yùn)行周期。介質(zhì)損耗降低一半，大大延長(zhǎng)安全運(yùn)行周期。功能材料功能材料非晶永磁合金非晶永磁合金o 非晶永磁合金晶化處理后，可得到納米晶粒，獲得非晶永磁合金晶化處理后，可得到納米晶粒，獲得一類(lèi)重要的永磁材料一類(lèi)重要的永磁材料雙相耦合納米晶永磁材料。雙相耦合納米晶永磁材料。雙相納米晶永磁成本相對(duì)低廉，耐蝕性較高，磁體雙相納米晶永磁成本相對(duì)低廉，耐

57、蝕性較高，磁體可采用模壓、注射、壓延、熱壓等多種方法進(jìn)行成可采用模壓、注射、壓延、熱壓等多種方法進(jìn)行成型，效率高，磁學(xué)和力學(xué)性能都很好。型，效率高，磁學(xué)和力學(xué)性能都很好。o 美國(guó)代頓大學(xué)用這種方法制備的納米晶美國(guó)代頓大學(xué)用這種方法制備的納米晶NdFeB永磁永磁體的永磁性能已接近目前傳統(tǒng)燒結(jié)體的永磁性能已接近目前傳統(tǒng)燒結(jié)NdFeB磁體研究磁體研究的最高水平，并且還有相當(dāng)大的發(fā)展空間，逐漸成的最高水平，并且還有相當(dāng)大的發(fā)展空間，逐漸成為新型永磁材料的發(fā)展方向。為新型永磁材料的發(fā)展方向。功能材料功能材料o 納米晶永磁應(yīng)用廣泛，納米晶永磁應(yīng)用廣泛，可用于電子、通信、汽車(chē)、可用于電子、通信、汽車(chē)、機(jī)械、能源、醫(yī)療、國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域，包括硬盤(pán)機(jī)械、能源、醫(yī)療、國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域，包括硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、手機(jī)振動(dòng)電機(jī)、汽車(chē)起動(dòng)電機(jī)、礦物驅(qū)動(dòng)電機(jī)、手機(jī)振動(dòng)電機(jī)、汽車(chē)起動(dòng)電機(jī)、礦物分離裝置、核磁共振成像及空調(diào)、冰箱、音箱、分離裝置、核磁共振成像及空調(diào)、冰箱、音箱、錄像機(jī)、電鐘等家用電器中的磁性部件。錄像機(jī)、電鐘等家用電器中的磁性部件。納米晶磁體制備納