第三章_準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)與材料性能

1、準(zhǔn)晶聚合物（quasicrystallinepolymer）結(jié)構(gòu)使得新一代基于光的通信技術(shù)成為可能目前，在光子電路中，光不能進行銳角的轉(zhuǎn)折，準(zhǔn)晶點陣技術(shù)可使光在電路中傳播時產(chǎn)生銳角轉(zhuǎn)折，這將推動高速通信和計算設(shè)備的發(fā)展。普林斯頓大學(xué)的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了制造準(zhǔn)晶聚合物結(jié)構(gòu)的方法，代表了光子學(xué)潛在的重大進步。此結(jié)構(gòu)能夠控制光的傳播，使得光子通信系統(tǒng)成為可能。準(zhǔn)晶：20世紀(jì)80年代晶體學(xué)研究中的一次突破郭可信（1923-2006）中國科學(xué)院院士1984/85年：發(fā)現(xiàn)五重旋轉(zhuǎn)和Ti-V-Ni二十面體準(zhǔn)晶；1987年國家自然科學(xué)一等獎；1987年：首先發(fā)現(xiàn)八重旋轉(zhuǎn)對稱準(zhǔn)晶；1988年：首先發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的Al

2、-Cu-Co十重旋轉(zhuǎn)對稱準(zhǔn)晶及一維準(zhǔn)晶；1997-2000年：獲得準(zhǔn)晶覆蓋理論的實驗證據(jù)。準(zhǔn)晶研究電子衍射圖在晶體學(xué)中的應(yīng)用高分辨電子顯微學(xué)準(zhǔn)晶第三章一、準(zhǔn)晶及分類二、準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)模型三、準(zhǔn)晶的形成四、準(zhǔn)晶的性能五、準(zhǔn)晶材料的應(yīng)用第三章準(zhǔn)晶材料準(zhǔn)晶：具有準(zhǔn)周期平移格子構(gòu)造的固體，其中的原子常呈定向有序排列，但不作周期性平移重復(fù)，其對稱要素包含與晶體空間格子不相容的對稱。直至20世紀(jì)80年代，人們把固體材料分為兩大類：晶體，非晶體。德國科學(xué)家在1850年就總結(jié)出晶體的平移周期性，即晶體中原子的三維周期排列方式可以概括為14種空間點陣。受這種平移對稱約束、晶體的旋轉(zhuǎn)對稱只能有1、2、3、4、6等5種旋

3、轉(zhuǎn)鈾。這種限制就像生活中不能用正五角形拼塊鋪滿地面一樣，晶體中原子排列是不允許出現(xiàn)5次或6次以上的旋轉(zhuǎn)對稱性的。第三章準(zhǔn)晶材料準(zhǔn)晶體發(fā)現(xiàn)：20世紀(jì)80年代晶體學(xué)研究中的一次突破。84年底，D.Shechtman等人，在急冷凝固Al Mn合金中發(fā)現(xiàn)具有五重旋轉(zhuǎn)對稱但并無無平移周期性的合金相。準(zhǔn)晶體（Quasicrystal）無平移同期性但有位置序的晶體。郭可信等在對高溫合金中的四面體密堆合金相的高分辨電子顯微鏡觀察到：84年夏發(fā)現(xiàn)五重旋轉(zhuǎn)對稱的電子衍射圖，85年初在Ti2Ni合金中發(fā)現(xiàn)了二十面體準(zhǔn)晶。85年以來先后發(fā)現(xiàn)了八次、十次對稱準(zhǔn)晶以及一維和立方準(zhǔn)晶。二維圖形密排高分辨像和電子衍射圖表明：

4、不同于常規(guī)晶態(tài)材料，是一種新型結(jié)構(gòu)。有人提出：5次對稱軸電子衍射圖是由高次孿晶產(chǎn)生的。大量實驗證明，5次軸一種新型結(jié)構(gòu)的特征；而且在一些材料中還觀察到8、10、12次軸等經(jīng)典晶體學(xué)中不出現(xiàn)的高次軸。從掠射角度看這張高分辨像時，相鄰面之間的距離不是周期性的，面之間的平均距離與黃 金 分割有關(guān)。不同于非晶態(tài)材料和傳統(tǒng)晶態(tài)材料，準(zhǔn)晶。Al2O3非晶態(tài)材料：長程無序、短程有序結(jié)構(gòu)。晶態(tài)材料：長程有序結(jié)構(gòu)。存在1，2，3，4和6次旋轉(zhuǎn)軸和倒轉(zhuǎn)軸。按照經(jīng)典晶體學(xué)原理，晶體中不可能存在5次軸及高于6次的對稱軸。準(zhǔn)晶：不具有平移對稱性，卻具有旋轉(zhuǎn)對稱性的新型結(jié)構(gòu)材料。5、8、10、12次對稱軸石墨玻璃準(zhǔn)晶材料

5、的研究意義1、對傳統(tǒng)晶體學(xué)的補充和發(fā)展2、在固體物理學(xué)及材料科學(xué)中具有重要意義3、開拓了礦物晶體結(jié)構(gòu)研究的新領(lǐng)域第一節(jié)準(zhǔn)晶分類準(zhǔn)晶的分類方法較多： 準(zhǔn)晶原子排列準(zhǔn)周期性（準(zhǔn)晶準(zhǔn)周期維數(shù)） 準(zhǔn)晶熱力學(xué)穩(wěn)定性 準(zhǔn)晶旋轉(zhuǎn)對稱軸次 構(gòu)成準(zhǔn)晶合金的合金系等一、準(zhǔn)晶準(zhǔn)周期維數(shù)分類（1）三維準(zhǔn)晶（最多）原子結(jié)構(gòu)在三維空間場作準(zhǔn)周期排列。三維準(zhǔn)晶主要為二十面體型，包含6個5次對稱軸、10個3次對稱軸和15個2次對稱軸。（2）二維準(zhǔn)晶原子結(jié)構(gòu)是在主軸方向上呈周期性平移對稱，而在與該主軸正交的平面上呈準(zhǔn)周期排列。二維準(zhǔn)晶包括8次、10次和12次旋轉(zhuǎn)對稱準(zhǔn)晶。（3）一維準(zhǔn)晶原子結(jié)構(gòu)是具有周期性平移對稱的二維晶層在其

6、法線方向上呈準(zhǔn)周期堆垛。二、準(zhǔn)晶熱力學(xué)穩(wěn)定性分類（1）亞穩(wěn)準(zhǔn)晶快速凝固法制備以熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)存在，溫度升高時，系統(tǒng)自由能降低到最小值，發(fā)生晶化轉(zhuǎn)變。晶化溫度和晶化激活能越高，準(zhǔn)晶的穩(wěn)定性也越高。（2）穩(wěn)定準(zhǔn)晶常規(guī)鑄造及固態(tài)熱處理以熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)存在，在較高溫度能穩(wěn)定存在。最早提出準(zhǔn)晶熱力學(xué)穩(wěn)定存在問題的是Widom等。 87年Tsai等在實驗中觀察到相當(dāng)完整的穩(wěn)定準(zhǔn)晶，證實了準(zhǔn)晶的確能以穩(wěn)定相存在。晶體：平行六面體作為結(jié)構(gòu)基胞，用這個平行六面體可以布滿整個空間，晶體的陣點構(gòu)成有規(guī)則的三維周期點陣，晶體具有平移對稱性。單晶的電子衍射圖為斑點衍射圖，衍射斑點分布在平行四邊形網(wǎng)絡(luò)格點上。非晶：長程無序結(jié)

7、構(gòu)，電子衍射圖：彌散的暈環(huán)。準(zhǔn)晶電子衍射圖：斑點衍射圖，衍射斑點分布規(guī)律有規(guī)律，可能存在基本結(jié)構(gòu)單元。準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)模型認為，準(zhǔn)晶由一定的結(jié)構(gòu)單元，以一定方式連接而成；結(jié)構(gòu)單元的連接，要使整個結(jié)構(gòu)具有準(zhǔn)周期性，又要填滿整個空間。第二節(jié)準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)模型一、一維準(zhǔn)晶模型費波納斯(Fibonacci)鏈描述一維準(zhǔn)周期序幾何和準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)特點。在正方形網(wǎng)格中任選一正方形，通過正方形上兩個相對的格點分別作一條與底邊成角的斜線AA 和BB ，構(gòu)成一個條帶：任作一條平行線CC。通過AA 、 BB中各格點作CC垂線，與CC相交，相鄰交點間的距離分成長線段L和短線段S兩類，長、短線段之比L/S =，是一個無理數(shù)。CC上各線

8、段組成了費波納斯鏈，其排列順序是：LSLSLLSLLSLSLLSLLSLSLLS序列中：L成單或成雙出現(xiàn)，S單個出現(xiàn)；任意項均為前兩項之和；相鄰項的比值逐漸逼近。當(dāng)n時：=（+1）/2=1.61803（黃金分割數(shù)）。二、二維準(zhǔn)晶模型彭羅斯拼圖1974牛津大學(xué)數(shù)學(xué)家羅杰彭羅斯（Roger Penrose） 二維晶體的晶胞是平行四邊形，同一平行四邊形能鋪滿整個平面。 5次準(zhǔn)晶具有5次軸，如果用一個具有5次對稱的正五邊形作為結(jié)構(gòu)基元來鋪一個平面，必然存在空隙，正五邊形不是準(zhǔn)晶的基胞。 用兩種邊長相等菱形為基胞，能布滿整個平面，得到具有5次對稱的彭羅斯圖， A菱形頂角：2/5，3/5， B菱形頂角：1

9、/5，4/5， AB兩種菱形沿準(zhǔn)晶5次軸方向拍攝的高分辨電子顯微像中節(jié)點的分布特點，與彭羅斯圖中的節(jié)點分布特點相同，顯示了5次對稱性。2/51/51、二維準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)特征：二維彭羅斯圖彭羅斯圖中節(jié)點構(gòu)成二維點陣，陣點的分布沒有平移周期性，但具一定的規(guī)律。選擇一個由5個寬菱形組成的交點作為原點，菱形的邊作為基矢e1 e2，e3，e4，e5，基矢間夾角為72準(zhǔn)點陣中任意兩陣點之間的位矢r，可以寫成通過兩相鄰陣點的直線上存在大量的陣點，各相鄰陣點間的距離之比為：從彭羅斯圖可以看到，如果繞5次軸轉(zhuǎn)動2/5 ，圖案又回復(fù)到原來的形狀，這就是準(zhǔn)晶體具有5次旋轉(zhuǎn)對稱性的表現(xiàn)，同時這種圖案具有準(zhǔn)周期性的長程序。n

10、i是整數(shù)晶體與準(zhǔn)晶的對稱軸與基轉(zhuǎn)角關(guān)系2、 二維準(zhǔn)晶87年首先在急冷的Cr5Ni3Si2和V15N10Si合金 中 觀 察 到 8 次 準(zhǔn) 晶 ， 隨 后 又 在 Mn4Si ，Mn82S15A13等合金中觀察到8次準(zhǔn)晶。8次準(zhǔn)晶準(zhǔn)周期面上由兩個結(jié)構(gòu)基元組成：正方形，45菱形。兩種結(jié)構(gòu)基元的準(zhǔn)周期排列，構(gòu)成8次準(zhǔn)點陣，這些正方形、菱形的邊都落在成45的8 個方向上，陣點排列成費波納斯鏈，相鄰陣點間的距離之比的數(shù)列由1，組成。與45角有關(guān)。8次準(zhǔn)晶(a)及Mn(b)的結(jié)構(gòu)圖(b)中畫出了4個-Mn晶胞(a)(b)45的8個方向三、三維準(zhǔn)晶三維彭羅斯拼砌模型美國物理學(xué)家D. Levine等研究三維

11、彭羅斯拼圖和它的衍射花樣。采用每個面均為菱形的兩個六面體作為拼砌單元，按照一定的規(guī)則可以砌滿整個三維空間，構(gòu)成三維彭羅斯拼砌形體。 形體中包含了許多取向相同的二十面體，具有5次旋轉(zhuǎn)對稱軸。 模型由兩種結(jié)構(gòu)單元按一定規(guī)則堆砌而成的，沒有長程平移對稱性，表現(xiàn)出準(zhǔn)周期性。 模型描述Al-過渡族準(zhǔn)晶合金相時，計算所得到的準(zhǔn)晶點陣常數(shù)與由衍射花樣求出的結(jié)果相當(dāng)吻合。 三維彭羅斯拼砌模型是當(dāng)前描述準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)較為成功的模型。Al-Mn20面體準(zhǔn)晶的完整準(zhǔn)晶模型的結(jié)構(gòu)單元（圖中原點為Mn原子，其他為A1原子）A1Mn尖菱體厚菱面體Al-Mn合金的準(zhǔn)晶相：由一系列取向相同、棱或頂相連接的20面體結(jié)構(gòu)單元非周期性

12、地連接而成，空隙由無序分布的原子填充。20面體12個頂點由Al原子占據(jù)，Mn原子位于20面體中心，Mn與A1原子之間有序鍵合，各20個面體的取向相同。模型計算出來的電子衍射圖與實驗結(jié)果定性一致。A1Mn1、三維準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)特征： 三維準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)與20面體有關(guān)： 20面體有兩個點群：235點群；m35點群 235點群：6個5次軸、10個3次軸和15個2次軸； m35點群：6個5次倒轉(zhuǎn)軸、10個3次倒轉(zhuǎn)軸和15個2次軸； 15個對稱面和對稱中心。 兩個點群中相應(yīng)對稱軸之間的夾角相等。 結(jié)構(gòu)基元是兩個不同形狀、相同邊長的菱面體。三維準(zhǔn)晶的陣點的排列是準(zhǔn)周期的：選擇6個5次軸方向的菱面體邊長作為基矢e1 e

13、2，e3，e4 ，e5 ，e6 ，其中任意3個可構(gòu)成一個菱面體，共可組成20個菱面體，其中10個是取向互不相同的尖菱面體，另外10個是取向不同的厚菱面體。由上面6個矢量組成的三維準(zhǔn)點陣中任意兩陣點之間的位矢r可以表示為：式中，ni 是整數(shù)。三維準(zhǔn)點陣與二維彭羅斯圖類似不具有平移對稱性，相鄰兩線段之比也由下面的數(shù)組成：20面體準(zhǔn)點陣的倒易點陣也是一個20面體準(zhǔn)點陣。因此，準(zhǔn)晶也產(chǎn)生明銳的斑點衍射。（TiV)2Ni， Ti2Fe，Mn3Ni2Si，A145Cr7Mg32(Al 、Zn)49 ，Cu4Cd3 ，A1-V ，Al-Mo 等合金中皆觀察到5次準(zhǔn)晶。1、準(zhǔn)晶與相應(yīng)的晶態(tài)相可以存在轉(zhuǎn)化關(guān)系準(zhǔn)

14、晶是一種亞穩(wěn)態(tài)，退火過程中準(zhǔn)晶就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)結(jié)構(gòu)。晶態(tài)相不可能自發(fā)轉(zhuǎn)變成準(zhǔn)晶相。Al-Si合金20面體準(zhǔn)晶與晶態(tài)-AlMnSi共存時：相中3個正交100方向與準(zhǔn)晶中3個2次軸平行；相中的111方向與20面體準(zhǔn)晶的3次軸平行；相的530方向與準(zhǔn)晶的5次軸平行。晶態(tài)相與準(zhǔn)晶的局域結(jié)構(gòu)大致相同，都是(A1、Si)42Mn1220面體原子團，只是排列方式不同：準(zhǔn)晶中的20面體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變的同時進行周期性排列，準(zhǔn)晶就轉(zhuǎn)變成了晶態(tài)相。當(dāng)晶態(tài)相中的20面體進行取向有序的準(zhǔn)周期排列時，就成了準(zhǔn)晶。四、準(zhǔn)晶特點準(zhǔn)晶晶化溫度為450870K。晶化激活能范圍：幾kJ/mol到幾百kJ/mol。兩類晶化機制：一是原

15、子擴散引起的晶化，激活能與原子的激活能相當(dāng)；另一是激活能較高，晶化過程中無長程擴散，以塊狀轉(zhuǎn)變的方式進行。 準(zhǔn)晶的晶化溫度Tx越高，準(zhǔn)晶越穩(wěn)定。二維準(zhǔn)晶的晶化溫度通常高于三維準(zhǔn)晶的晶化溫度。如：Al80Mn20二維準(zhǔn)晶Tx= 950K，三維準(zhǔn)晶的晶化溫度Tx= 638K，二維準(zhǔn)晶比三維準(zhǔn)晶更高穩(wěn)定性2、準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)受到組元含量影響，即使具有相同組元，但含量不同的準(zhǔn)晶，具有不同的結(jié)構(gòu)。例如A178Mn22準(zhǔn)晶的X射線衍射可以用20面體準(zhǔn)晶的數(shù)據(jù)來標(biāo)定，而A186Mn14中的準(zhǔn)晶的低角衍射卻不能用同樣的數(shù)據(jù)來標(biāo)定。Al86Mn14準(zhǔn)晶相在9.6GPa下轉(zhuǎn)變成A16Mn相，A186Mn22準(zhǔn)晶相在4.5

16、 GPa下卻轉(zhuǎn)變成相。說明兩個準(zhǔn)晶相的結(jié)構(gòu)不同，從X射線衍射數(shù)據(jù)可以看出A186Mn14中的準(zhǔn)晶相中的結(jié)構(gòu)單元是通常的20面體原子團，而A178Mn22準(zhǔn)晶中的結(jié)構(gòu)單元則可能是雙層20面體原子團。3、目前已在下列合金體系中發(fā)現(xiàn)了20面體準(zhǔn)晶：Al-Mn， Al-Mn-Si， Al-Li-Cu，A1-Pd-Mn，Al-Cu-Fe，AI-Mg-Zn，Zn-Mn-RE，Ti-TM (Fe、Mn、Co、Ni)，Nb-Fe，V-Nb-Si，Pd-U-Si等。第三節(jié) 準(zhǔn)晶的形成 制備非晶態(tài)材料的方法都可用來制備準(zhǔn)晶，主要有：快速凝固法（主要制備準(zhǔn)晶方法）表面熔化法離子束混熔非晶態(tài)合金退火機械化學(xué)等方法 當(dāng)

17、熔體快速冷卻時，原子簇?zé)o規(guī)排列，便形成非晶態(tài)材料； 熔體冷卻得很慢，原子可以擴散，原子簇之間可協(xié)調(diào)相互位置，使其具有長程周期序，便成為晶態(tài)相。 只有當(dāng)冷凝速度在一定范圍內(nèi)的時候，晶態(tài)相來不及成核，長大，原子簇根據(jù)本身的對稱性，按一定的幾何規(guī)律，相互聯(lián)結(jié)起來，形成準(zhǔn)晶。 準(zhǔn)晶形成最佳冷卻速度：Al-Mn合金，當(dāng)冷卻速率l06K/s時，形成20面體準(zhǔn)晶。1、冷凝速度2、材料成分對準(zhǔn)晶形成影響是很復(fù)雜的過程實驗經(jīng)驗：準(zhǔn)晶主要是A1、Mg、Ti基類合金，合金中加入適量的類金屬Si、B等元素有利于準(zhǔn)晶的形成，多元合金可以改善準(zhǔn)晶的形成能力。從晶態(tài)相的結(jié)構(gòu)，也可預(yù)測該合金快速冷卻時能否得到準(zhǔn)晶。如果平衡晶

18、態(tài)相結(jié)構(gòu)中含有大量20面配位多面體，這樣成分的合金就容易形成準(zhǔn)晶。 例如晶態(tài)(Ti、V)2Ni合金中含有約50%的20面體，則急冷(Ti、V)2Ni合金中，含有準(zhǔn)晶20面體相。3、二、三維準(zhǔn)晶形成條件與合金成分和冷卻速率有關(guān)：如：Al-Mn合金Al-(810)at%Mn合金：三維準(zhǔn)晶Al-(1420)at% Mn合金：二維準(zhǔn)晶Al-14at%Mn合金：冷卻速率約106K/s時形成20面體準(zhǔn)晶，而冷卻速率較小時，形成二維準(zhǔn)晶。第四節(jié) 準(zhǔn)晶的性能目前，尚難以制成大塊的準(zhǔn)晶態(tài)材料，最大的也只是幾mm直徑，故對準(zhǔn)晶的研究多集中在其結(jié)構(gòu)方面。但從已獲得的準(zhǔn)晶都很脆的特點，作為結(jié)構(gòu)材料使用尚無前景。準(zhǔn)晶的

19、特殊結(jié)構(gòu)對其物理性能有明顯的影響：高電阻、低熱導(dǎo)率、低磨擦系數(shù)、良好的耐磨性和抗氧化性、高硬度、高溫塑性等優(yōu)異性能，使之適于作為表面防護涂層。一、準(zhǔn)晶是一種亞穩(wěn)相，結(jié)構(gòu)易發(fā)生弛豫 在加熱過程中原子位置會發(fā)生一定的變化，結(jié)構(gòu)發(fā)生弛豫，弛豫熱一般為0.10. 2kJ/mol。由較高冷卻速率得到的準(zhǔn)晶的穩(wěn)定性較高，弛豫熱也較高，約達0.4kJ/mol。弛豫溫度與準(zhǔn)晶的成分、結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般在340-640K。準(zhǔn)晶在結(jié)構(gòu)弛豫時，性能也發(fā)生相應(yīng)的改變，例如Al84Mnl6準(zhǔn)晶在結(jié)構(gòu)弛豫后彈性模量約增加1。1、密度低準(zhǔn)晶的密度低于其晶態(tài)時的密度。比經(jīng)過退火后得到的相同成分晶態(tài)相的密度約低2%。由其原子排列的

20、規(guī)則性不如晶態(tài)緊密，但密度高于非晶態(tài)。二、物理性能2、導(dǎo)電性電阻率高晶體：電阻率最高只有數(shù)十cm；非晶體合金：電阻率最高也只有幾百cm,準(zhǔn)晶：電阻率非常高：如在液氦下Al2Cu2Li ：900cmAl2Cu2Ru： 10003000cmAl2Cu2Fe 系：130011000cmAl2Pd2Re系：達1cm 以上。準(zhǔn)晶合金的電阻率高，電阻溫度系數(shù)則甚小,其電阻隨溫度的變化規(guī)律也各不相同。準(zhǔn)晶的電阻率對結(jié)構(gòu)的完整性十分敏感，準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)越完整電阻率越高。此外, 準(zhǔn)晶的電阻率具有負的溫度系數(shù)，即電阻率隨溫度的升高而下降。3、導(dǎo)熱性準(zhǔn)晶材料的導(dǎo)熱性較差 1）與金屬材料（銀 429 、銅 401 、金 3

21、17、鋁 237 、鐵 80W/mK ）相比，準(zhǔn)晶的導(dǎo)熱率都很低，在室溫下準(zhǔn)晶的導(dǎo)熱率，要比普通的鋁合金低兩個數(shù)量級，可以與常見的隔熱材料ZrO2（3Wmk （20-400）相媲美。 2）準(zhǔn)晶材料具有負的溫度系數(shù)，隨著溫度升高而下降。熱擴散系數(shù)和比熱容均隨著溫度升高而增大。 3）準(zhǔn)晶樣品質(zhì)量越好，結(jié)構(gòu)越完善，其導(dǎo)熱性能就越差。 4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜的準(zhǔn)晶類似相的導(dǎo)熱性能接近于準(zhǔn)晶。4、儲氫特性 具有四面體結(jié)構(gòu)的Laves 相，是很好的儲氫材料。而二十面體準(zhǔn)晶恰好擁有大量的四面體配位結(jié)構(gòu)，從理論上講，這類準(zhǔn)晶具備了儲氫能力。Krlton 等通過實驗，證實了Ti 系的二十面體準(zhǔn)晶相（I- Ti45Nt17

22、Zr38）確實具有很強的儲氫能力，每個金屬原子可達到吸收兩個氫原子的水平。5、光學(xué)特性：高質(zhì)量的準(zhǔn)晶樣品具有與絕緣體、半導(dǎo)體不同的光學(xué)特性。塊體的純準(zhǔn)晶或準(zhǔn)晶薄膜，在很寬的波長范圍內(nèi)均有約60%的反射率，比導(dǎo)電材料Al、Fe 要低，但優(yōu)于半導(dǎo)體材料Si和絕緣材料。4、磁性能較為關(guān)注但知之甚少研究Al2M n系準(zhǔn)晶合金的直流和交流磁化率與溫度之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：磁化率與溫度之間遵守居里-外斯規(guī)律, 顯示負的居里溫度，并在約10K時存在自旋玻璃轉(zhuǎn)變。直流磁化率與溫度關(guān)系求出含M n為20at%的Al2Mn及Al2Mn2Si系平均有效磁矩為1. 4B。進一步核磁共振、核比熱與磁比熱以及飽和磁矩研究發(fā)現(xiàn)，

23、Al2Mn系準(zhǔn)晶中并不是所有Mn原子都具有磁矩, 且具有磁矩的Mn原子其磁矩大小也各不相同，具有一定的分布。5、準(zhǔn)晶硬度高于相應(yīng)的晶態(tài)材料熔淬法制備A186Mn14 薄帶，貼輥面的準(zhǔn)晶的硬度達420kg/mm2，473K退火75h后，由于時效硬化，硬度增加到620kg/mm2。增加Al-Mn合金中的Mn含量，準(zhǔn)晶的硬度隨之增大。A178Mn22 準(zhǔn)晶在室溫的硬度超過700kg/mm2。準(zhǔn)晶雖然硬度高，耐磨性能并不一定好，Al-15wt%Mn-2wt%Fe準(zhǔn)晶的耐磨性比相應(yīng)的晶態(tài)差。6、 準(zhǔn)晶的韌性差：大多呈穿晶斷裂，故準(zhǔn)晶難于單獨作為結(jié)構(gòu)材料使用，但可以將韌性好的晶態(tài)材料作基體，以準(zhǔn)晶作彌散第

24、二相，可以提高材料的綜合性能。如果將準(zhǔn)晶的晶粒減小到納米尺寸后，準(zhǔn)晶的強度和韌性都有很大提高，如A1基合金中準(zhǔn)晶晶粒減小到納米量級后，材料中準(zhǔn)晶含量達70 -80，材料的強度和韌性都超過不含準(zhǔn)晶的同類合金。7、彌散強化特性 準(zhǔn)晶除了有高的硬度和彈性模量外，室溫下其塑性都很?。ㄗ冃瘟啃∮?00），這種室溫脆性，嚴(yán)重限制了準(zhǔn)晶的實際應(yīng)用。迄今為止，有關(guān)準(zhǔn)晶強化的應(yīng)用研究都是利用準(zhǔn)晶優(yōu)良的力學(xué)性能，將其作為一種強化組元去增強基體合金。準(zhǔn)晶強化基體材料的方式主要有以下兩種： （1）利用固態(tài)反應(yīng)使準(zhǔn)晶相以高溫強化相析出并彌散分布于基體中，從而達到強化效果。 （2）利用粉末冶金技術(shù)將準(zhǔn)晶顆粒（m 級）與金

25、屬粉混合后，在高溫下擠壓成由準(zhǔn)晶顆粒復(fù)合強化的金屬基復(fù)合材料。8、表面特性 氧化行為特性：絕大多數(shù)為鋁系準(zhǔn)晶。Al活潑元素極易氧化。研究發(fā)現(xiàn)，相同條件下，準(zhǔn)晶相表面的氧化現(xiàn)象明顯低于鋁合金和相近成分的晶體相。當(dāng)準(zhǔn)晶在室溫下長期暴露在干燥空氣中時，氧化層平均厚度為2030A。在潮濕空氣和較高溫度下氧化層會進一步加深（厚度約為6070A），并且化學(xué)成分也因此而變化，表層鋁的原子百分比隨之增大了（Al可達90wt%）。 不粘特性：準(zhǔn)晶材料的不粘性，實質(zhì)上是熱力學(xué)中潤濕性的問題，與準(zhǔn)晶的表面能有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)晶的最外層原子沒有重構(gòu)現(xiàn)象和準(zhǔn)晶在費米能級處的電子態(tài)密度很低造成其表面能很低。第五節(jié) 準(zhǔn)晶材

26、料的應(yīng)用 準(zhǔn)晶材料具有的一系列性能特點，使其從高技術(shù)領(lǐng)域如應(yīng)用于航空航天器機翼和機身的表面涂層、航空發(fā)動機葉片上的熱障膜以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氧化鋯和鋯釔氧化物，到一般工業(yè)領(lǐng)域如用于輕合金表面涂層等， 都具有廣闊的應(yīng)用前景。然而由于準(zhǔn)晶的脆性問題，嚴(yán)重阻礙了它在結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用。因此，目前準(zhǔn)晶材料的應(yīng)用仍主要在準(zhǔn)晶薄膜（準(zhǔn)晶涂層）和準(zhǔn)晶復(fù)合材料兩方面。一、不粘鍋涂層 準(zhǔn)晶堅硬與不粘的特性利用于烹飪器具的涂層，第一個準(zhǔn)晶應(yīng)用的專利不粘鍋涂層1988年法國。 不粘鍋涂層利用噴涂技術(shù)將Al2Cu2Fe準(zhǔn)晶顆粒沉積到基體上，形成均勻薄膜。由于同時加入了Cr等合金元素，因此薄膜表面能低，具有優(yōu)良的不粘性能，同時有優(yōu)良的耐蝕性、耐高溫性(可承受750高溫) 、高的硬度(是不銹鋼硬度的2倍以上)和高的耐磨性。 準(zhǔn)晶涂層導(dǎo)熱性差，升溫初期涂層猶如一層絕熱層，使底部積聚的熱量均勻地擴散至整個表面而不會產(chǎn)生局部過熱，符合食品烹飪要求。 取代傳統(tǒng)的耐磨性差、使用壽命短的聚四氟乙烯涂層不粘鍋的趨勢。二、熱障涂層 與航空發(fā)動機常用的隔熱材料鋯釔氧化物及其它隔熱材料相比，準(zhǔn)晶涂層具有密度低、硬度高、耐磨、耐蝕、耐氧化、使