非經(jīng)合金的形成及研究方法

1、非晶合金的形成與研究方法第一章 緒論21.1非晶合金的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展21.2非晶合金的應(yīng)用5第二章非晶合金的形成和制備方法62.1非晶合金與非晶態(tài)轉(zhuǎn)變62.2 非晶態(tài)合金形成的動力學(xué)92.2.1結(jié)晶動力學(xué)的基本原理92.2.2生長速率對非晶合金形成的影響102.3 非晶形成的判據(jù)112.4 非晶合金的制備方法13第三章 非晶合金的結(jié)構(gòu)與分析方法153.徑向分布函數(shù)（）163·2 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定173·3非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的模型23第四章 總結(jié)27第一章 緒論1.1非晶合金的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展物質(zhì)在大自然中有三種聚集狀態(tài),分別是氣態(tài),液態(tài)和固態(tài)。物質(zhì)從其組成的原子模型來看，可分為兩類：

2、一類為有序結(jié)構(gòu)，另一類為無序結(jié)構(gòu)。晶體是典型的有序結(jié)構(gòu)，而氣態(tài)，液態(tài)和某些固體都屬于無序結(jié)構(gòu)。所以固體物質(zhì)可分為晶體和非晶態(tài)固體。所說的非晶態(tài)合金是指那些不具有長程有序但具有短程有序的金屬合金，又因?yàn)槠渚哂薪饘俸辖鸬囊恍┨匦?，因此它們也被稱為玻璃合金或者非晶合金，屬于非晶態(tài)材料中新興的分支。長程無序但短程有序的非晶態(tài)合金，是指在空間排列上的原子不具有周期性和平移對稱性，近鄰或次近鄰原子間的鍵合（如原子間距，配位數(shù)，鍵長和鍵角等參量）與在短程12nm的微小尺度內(nèi)的原子具有一定的規(guī)律性。短程有序還可以分成化學(xué)短程有序與幾何短程有序?；瘜W(xué)短程有序指的是每個合金原子周圍的化學(xué)成分和平均成分不同的度量，

3、與就是說合金元素的混亂狀態(tài)；幾何短程有序包括拓?fù)涠坛逃行蚝突味坛逃行颉７蔷B(tài)合金與晶態(tài)合金一樣，都是多組元的合金體系，但在非晶態(tài)合金中，原子的排列不具有長程有序的特點(diǎn)，這與晶態(tài)合金中原子的周期性排列不同；而具有一定程度的短程有序特點(diǎn)的僅在單個原子的附近。具有獨(dú)特的原子排列結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)合金使得它具有了明顯區(qū)別于晶態(tài)合金的物理，化學(xué)與力學(xué)行為。所以非晶態(tài)合金作為一種完全不同于晶態(tài)合金的新型材料具有科學(xué)研究上的非常重要的價值。近兩年來，世界鎂工業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)了不平衡趨勢。盡管世界鎂工業(yè)供應(yīng)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)可能正在發(fā)生變化，但是汽車工業(yè)仍然是傳統(tǒng)的最終用戶市場，依然是可以依靠的推動鎂產(chǎn)業(yè)量增長的主要工業(yè)。鎂

4、合金在汽車部件上的應(yīng)用主要是壓鑄件。鎂金屬市場中最可靠的市場份額是鎂合金壓鑄件。海德魯公司是世界上汽車工業(yè)鎂合金的最大供應(yīng)商。有些資料顯示，2002年歐洲對鎂合金壓鑄件的需求占全世界總需求的34%，亞洲占14%，這兩個地區(qū)的需求依然在增長。相比之下，2002年北美對鎂合金壓鑄件的需求則從1996年占全球總需求的70%下降到48%。目前歐洲每輛轎車用鎂量為2.5kg,歐洲的各種類型的轎車共使用了300種不同的鎂合金部件，未來10年里每輛車用鎂量會增加一倍。汽車方向盤可以用鎂合金制成，已經(jīng)有85%的轎車用了鎂合金方向盤，正在開發(fā)的耐高溫鎂合金是汽車發(fā)動機(jī)的理想材料，德國寶馬汽車公司生產(chǎn)出來鎂汽車發(fā)

5、動機(jī)主體。盡管，對于鎂合金壓鑄件在汽車上的應(yīng)用在相當(dāng)長的一段時間里會出現(xiàn)增長趨勢，也應(yīng)當(dāng)看到，一些主要轎車生產(chǎn)廠正在尋找金屬之外的材料。鎂在汽車部件方面完全可以替代鋁，但是鎂成本比較高，而在對汽車用材料作出選擇時總要考慮到材料的價格。1.2非晶合金的應(yīng)用非晶態(tài)合金材料結(jié)構(gòu)上的特殊性也就是短程有序，這使得它具有了優(yōu)良的力學(xué)性能，抗腐能力，化學(xué)活性等。其強(qiáng)度一般高出普通晶態(tài)合金數(shù)倍，在軍事工業(yè)，航空航天工業(yè)中都具有極為廣闊的應(yīng)用前景。大多數(shù)非晶態(tài)合金都具有高的屈服強(qiáng)度，彈性應(yīng)變極限，硬度以及相對較高的裂韌性，抗腐蝕特性和抗疲勞性，其中大塊非晶Zr基已經(jīng)被用來制作運(yùn)動器材并且還將被用為結(jié)構(gòu)材料。非晶

6、態(tài)合金材料是潛在的彈簧材料，原因是它可以儲存很大的彈性應(yīng)變能，這已在制造高爾夫球桿方面得到驗(yàn)證。有些復(fù)合材料通過引入陶瓷顆?？梢跃哂醒诱剐?，這樣的復(fù)合材料可以作為裝甲車板的襯板。非晶合金作為新的工程材料正在擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域，例如，它還用作鋼模，光纖，工具以及切割用材料。材料科學(xué)的發(fā)展推動了其他科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。非晶態(tài)合金作為高科技材料在航天領(lǐng)域的貢獻(xiàn)更是有目共睹的，其主要應(yīng)用領(lǐng)域見表1.1.表1.1 大塊金屬玻璃主要的性能應(yīng)用領(lǐng)域性能應(yīng)用高斷裂強(qiáng)度磨具材料高耐蝕性耐蝕材料高強(qiáng)度機(jī)械結(jié)構(gòu)材料高彈性模量體育器材材料高耐磨性儲存器件材料第二章非晶合金的形成和制備方法2.1非晶合金與非晶態(tài)轉(zhuǎn)變 一定義非晶

7、態(tài)合金的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)上，它沒有晶界與堆撲無序垛層錯等缺陷存在；原子的三維空間呈現(xiàn)拓狀的排列，但是原子的排列也不像理想氣體那樣的完全無序。非晶態(tài)合金是以金屬鍵作為其結(jié)構(gòu)特征的。非晶態(tài)合金的無需原子排列可用以下事實(shí)說明：（1）非晶態(tài)合金的自發(fā)霍爾系數(shù)幾乎與溫度無關(guān)（2）它的穆斯堡爾譜可用無序合金的模型加以解釋（3）原子的間距值有一定的范圍。二 非晶態(tài)轉(zhuǎn)變定義：（1）什么叫平衡態(tài)？當(dāng)液態(tài)金屬的溫度等于或者高于熔點(diǎn)Tm的時，它的內(nèi)部處于平衡態(tài)。（2） 什么叫穩(wěn)態(tài)？從自由能觀點(diǎn)來看，當(dāng)溫度低于熔點(diǎn)Tm時，在沒有結(jié)晶的情況下過冷，此時體系的自由能將高于相應(yīng)的晶態(tài)金屬，固呈穩(wěn)態(tài)。（3）什么叫亞穩(wěn)態(tài)？如果

8、體系內(nèi)部的結(jié)構(gòu)弛豫（或原子重排）時間t比冷卻速率dT/dt的倒數(shù)短，則體系仍然保持內(nèi)部平衡，故呈平衡的亞穩(wěn)態(tài)。（4）什么叫非平衡的亞穩(wěn)態(tài)？隨著液態(tài)金屬體系的冷卻，它的粘滯系數(shù)或弛豫時間t將會迅速增加，當(dāng)增加到某一值時，t的值已是如此之長，以至于體系在有限的時間內(nèi)不能達(dá)到平衡態(tài)，即處于非平衡的亞穩(wěn)態(tài)。由離開內(nèi)部平衡點(diǎn)算起，稱為位形凍結(jié)或非晶態(tài)轉(zhuǎn)變。形成非晶態(tài)合金時的熱焓H,比熱V及熵S隨溫度T的變化而變化。對非晶態(tài)合金的轉(zhuǎn)變溫度Tg可做如下討論：（1） 當(dāng)普通玻璃接近轉(zhuǎn)變溫度Tg時，玻璃開始軟化；但非晶態(tài)金屬卻與于牛頓粘滯性流動相類似，粘滯系數(shù)發(fā)生10000100000量級的突變。（2） 非晶態(tài)

9、轉(zhuǎn)變溫度是比熱曲線上升拐點(diǎn)處所對應(yīng)的溫度。（3） 從熱力學(xué)看，非晶態(tài)轉(zhuǎn)變溫度被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)位形熵被終止的溫度。隨著溫度的增加，液態(tài)金屬的比熱容Cp的下降引起位形熵的增加。（4） 過冷液體是溫度介于熔點(diǎn)Tm與轉(zhuǎn)變溫度Tg之間的液體。因?yàn)樗淖杂赡鼙认鄳?yīng)的晶態(tài)合金要高，所以處于亞穩(wěn)態(tài)。2.2 非晶態(tài)合金形成的動力學(xué)2.2.1結(jié)晶動力學(xué)的基本原理用動力學(xué)的原理來思考：研究非晶態(tài)合金形成的核心問題，不是材料從液態(tài)冷卻的時候是不是會形成非晶態(tài)合金；而是研究在什么條件下，才能讓液態(tài)金屬冷卻到非晶態(tài)轉(zhuǎn)變溫度下但不發(fā)生明顯的結(jié)晶。大家都知道，結(jié)晶過程的這種相變并不是在系統(tǒng)中的每一點(diǎn)同時發(fā)生的；而是首先在系統(tǒng)中的

10、某一些被稱為“晶核”的小區(qū)域內(nèi)開始形成新的相，然后發(fā)展到整體。以上這兩個過程被我們分別稱為成核過程與新相的生長過程。在單位時間，單位體積內(nèi)的成核數(shù)在相變系統(tǒng)中被稱為成核率，把在單位時間內(nèi)新相的線性生長速率叫生長率。相變的速率與體系的成核率以及新相的生長速率都密切相關(guān)。非均勻成核過程是說：新相易圍繞某一些不均勻處（如雜質(zhì)或器壁附近）產(chǎn)生和發(fā)展。簡單來說，通常研究理想系統(tǒng)中的均勻成核過程，事實(shí)上在任何時刻，因?yàn)槟芰炕驘岬钠鸱?，均可能會由少?shù)分子（或原子）聯(lián)成稱為胚芽的原子團(tuán)，它有可能繼續(xù)成長為晶體，也有可能解散而成為單個液體分子。一克分子液體結(jié)晶時，固相與液相的自由能差G可寫為：G=H-TS (1

11、-1)式中 H-液-固兩相的熱焓差； S-液-固兩相的熵差。從結(jié)晶動力學(xué)原理來考慮，非晶態(tài)的形成的原因是：（1）成核率小、（2）生長速率低、（3）冷到一定溫度時而形成的體結(jié)晶分?jǐn)?shù)非常小等原因而引起的?，F(xiàn)在分別討論體結(jié)晶分?jǐn)?shù)、成核率以及生長速率對非晶態(tài)形成的影響。2.2.2生長速率對非晶合金形成的影響在有些液體的熔點(diǎn)下就含有新相的晶核。這種晶核來自添加的晶種或雜質(zhì)粒子，考慮到已有晶核的非晶態(tài)的形成要求，事實(shí)上是要求晶體生長速率很低，讓晶核沒時間長大的條件下形成的成核。假設(shè)，雜質(zhì)在液相中懸浮著，新相雜質(zhì)的界面表面能的差值決定著在雜質(zhì)表面是否有利于新相的成核。一般用球冠模型來研究非均勻生核問題，這里

12、指出，淬火過程中的熔體，均勻生核起了主要的作用。2.3 非晶形成的判據(jù)在精確的計(jì)算非晶形成動力學(xué)上還有一些不易。形成能力與下列熱力學(xué)參數(shù)有關(guān)：材料的熔點(diǎn)、非金態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、生核勢壘 G。因?yàn)闆]有辦法預(yù)測以上參數(shù)，所以也不能判斷合金體系容易形成非晶的條件，和形成非晶后能否穩(wěn)定。接下來闡述幾種判據(jù)。一、 戴維斯判據(jù) 假定合金的混合熔點(diǎn)為Tm,熔點(diǎn)為Tm我們定義J=(Tm-Tm)/Tm為熔點(diǎn)相對偏移。所以戴維斯判據(jù)可以表述成如下：若J>0.2，合金可在10³·10²10³·10³·10K/s下產(chǎn)生非晶態(tài)合金?；旌先埸c(diǎn)Tm可表示

13、為： Tm= Tm1·XTM+Tm2·XM (1-1)式中 Tm1-過渡金屬的熔點(diǎn)；Tm2-類金屬的熔點(diǎn)；XTM-過渡金屬的原子百分?jǐn)?shù)； XM-類金屬的原子百分?jǐn)?shù)。二、尼爾森判據(jù) 首先定義該合金的升華焓：Hs=Hs1XTM+Hs2XM （1-2）式中Hs1-過渡金屬的升華焓；Hs2-類金屬的升華焓。 由于非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度T0是升華焓的函數(shù)，所以尼爾森判據(jù)可敘述成如下形式：0XM0.40以及Tg/Tm0.50時，方可產(chǎn)生非晶態(tài)合金。就大多數(shù)二元合金來說，這個判據(jù)跟戴維斯判據(jù)所得出的結(jié)果是一樣的。2.4 非晶合金的制備方法1.1液態(tài)模鍛技術(shù)液態(tài)模鍛技術(shù)是最新研發(fā)的一種大塊非晶態(tài)

14、合金凈形成的制備技術(shù)。該技術(shù)用電弧放電把合金放在水冷銅模中熔化，然后用沖頭穿透合金熔體，再用沖頭與凹形銅模把合金熔液急速冷卻下來，這樣得到了杯子形狀的塊狀非晶態(tài)合金。1.2 助熔劑法助熔劑法是把合金熔體放在熔融的氧化物里，有著比重偏析的作用。合金熔體中的晶態(tài)雜質(zhì)被溶入熔氧氣化物里，而且把氧化物的熔融態(tài)保持在合金的Tg溫度，在更低的冷卻速度下可以獲得非晶態(tài)合金，還可以得到出尺寸更大的非晶態(tài)合金。用助熔劑法可以很大程度上增大非晶態(tài)合金的尺寸。截至至目前，完全非晶態(tài)合金棒被報道的最大直徑是1997年Inoue等人用這種方法得到的ø72mm的Pd40Cu30Ni10P20棒。1.3 銅模鑄造

15、法制備BMGs最常用度的方法之一是銅模鑄造法，這種制備方法是短流程的，所以各種合金體系的BMGs均能用此法。 把純金屬原料或中間合金錠放入坩堝中熔化后制備，把坩堝中的熔體吸鑄到水冷銅模里并用大塊非晶制品。感應(yīng)加熱法或電弧熔煉方法可以在制備金屬原料或母合金的熔化時用。也因該法中的合金熔體金樣品中急速凝固，會產(chǎn)生樣品表面收縮的現(xiàn)象，使合金樣品跟模具內(nèi)腔形成間隙，造成銅模冷卻的能力降低或樣品表面不足夠光滑。1.4 水淬法此法是幾百年來用來硬化鋼鐵的最簡單的方法。用水淬法可以得到冷卻速度約為10100K/s。水淬法是在保護(hù)氣氛（或真空）中將放在石英管里的母合金加熱熔化，再與石英管一起淬入流動的冷水里，

16、從而實(shí)現(xiàn)快速冷卻。水淬法設(shè)備不復(fù)雜，工藝也不容易不掌握，得到的非晶合金棒材表面質(zhì)量不低，所以制備BMGs最常用的方法之一就是水淬法?？墒且灿幸恍┖辖鹑垠w不能采用該法，如鎂基非晶合金，因?yàn)樗芘c石英管壁發(fā)生劇烈作用。還有，水淬法只適合與制備非晶形成能力（GFA）特別大的合金體系，因?yàn)榇朔ǖ睦鋮s效率不高。1.5 粉末冶金技術(shù)用在過冷液相區(qū) T 內(nèi)非晶態(tài)固體的有效粘度有大幅度下降的特點(diǎn),加上特定的壓力讓材料產(chǎn)生均勻流變,然后復(fù)合成為塊體。若大塊非晶合金是用粉末冶金制備出的,則它不但要密實(shí),還要避免晶化。所得設(shè)備的塊體材料會受到很大限制，如在尺寸、純度、致密度和成形等方面。第三章 非晶合金的結(jié)構(gòu)與分析

17、方法與物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的是物質(zhì)的各種物理性能。想要了解非晶材料的各種特性與功能，就得研究它的結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)測量和模型研究是研究非晶結(jié)構(gòu)的兩種方法，兩種方法優(yōu)勢互補(bǔ)。研究晶體用的射線等衍射技術(shù)仍然是主要的實(shí)驗(yàn)手段。由于這些技術(shù)還不完全符合研究非晶結(jié)構(gòu)的條件，所以認(rèn)識非晶結(jié)構(gòu)的重要手段是非晶結(jié)構(gòu)的理論模型研究。3.徑向分布函數(shù)（） 表征結(jié)構(gòu)特征的函數(shù)是徑向分態(tài)函數(shù)。近鄰距的分散度與峰寬對應(yīng)，比如，第一蜂就相應(yīng)于最近鄰距的寬度。對于晶體來說，能看到的大概事實(shí)是在非晶固體中的第一蜂的寬度確實(shí)非常接近于相應(yīng)晶體中的寬度，這是因?yàn)榫w點(diǎn)陣的峰寬、振動有限。因?yàn)樽尮腆w結(jié)合的鍵相互作用從根本上決定著短程序，

18、所以晶體與非晶體在第一峰寬上無實(shí)質(zhì)差別。兩者的配位數(shù)均可由第一峰下的積分面積而得，這是因?yàn)榫w和非晶體中的短程序在本質(zhì)上是同樣確定的，因此最近鄰距的分散度與第一峰寬度對應(yīng)。 （RDF4·3.14·r²(r)是固體中一般原子的徑向分布函數(shù)，其中(r)為原子的密度分布)。RDF給出了重要的信息，即對于最重要的短程序和對化學(xué)鍵的性質(zhì)方面；RDF提出了一個有意義的表征結(jié)構(gòu)的方法。對不同結(jié)構(gòu)模型，RDF是一個關(guān)鍵性驗(yàn)證。同時也要留意，對于一個給定的非晶固體，有區(qū)別的結(jié)構(gòu)模型或許給出互相間無區(qū)別的且與實(shí)驗(yàn)觀察一樣的RDF；換句話說，一個特定的看到的RDF并不能和一個給定的結(jié)構(gòu)

19、模型唯一地相對應(yīng)。一些非晶模型如非晶合金的共價玻璃的連續(xù)無規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型、密堆積模型是可用的，這可以通過認(rèn)真地分析RDF數(shù)據(jù)，加上其它可利用的手段而得到。3·2 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定 分析晶體的衍射分析技術(shù)用于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的測定。研究非晶材料中原子的排列狀況最常用的方法是通道散射。散射實(shí)驗(yàn)過程中，測出散射強(qiáng)度的空間分布，測出入射粒子和待定樣品中的原子之間的動量和能量轉(zhuǎn)移，原子的徑向分布函數(shù)最后算出。要想表征材料中的結(jié)構(gòu)，描述原子排列的情況，可通過徑向分布函數(shù)求出最近鄰原子數(shù)和最近鄰原子間的距離等參數(shù)。衍射方法認(rèn)為材料是均勻的，所得的散射強(qiáng)度是材料結(jié)構(gòu)的平均值，這是一個缺點(diǎn)。可在實(shí)際樣品里，結(jié)構(gòu)

20、通常布是均勻的，并且這種結(jié)構(gòu)不均勻的特性對非晶材料的功能有很大影響。用電子顯微鏡觀察擴(kuò)展x射線吸收譜精細(xì)結(jié)構(gòu)(EXAFS)分析以及其它分析手段，可以補(bǔ)償之一缺點(diǎn)。(一)X射線衍時分析對x射線源的主要要求是有足夠高的強(qiáng)度、穩(wěn)定性好，這是用x射線衍射儀測定非晶態(tài)結(jié)構(gòu)時的要求。不少研究工作用Mo靶或Ag靶進(jìn)行，就是為了擴(kuò)展可測量的衍射波矢K值的范圍，通常選擇較短的波長(約為l/10²·10³·10²cm量級，與原子間距相當(dāng))。其探頭常用Si(Li)探頭這類閃爍計(jì)數(shù)器。用晶體單色器，如LiF單色器、石墨單色器等，這是想減弱寄生散射等因素的影響，想得到較

21、精確的相干散射強(qiáng)度數(shù)據(jù)。(二)研究非晶結(jié)構(gòu)的其它方法 用來研究非晶結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，除上述的衍射分析法外，還有一些實(shí)驗(yàn)技術(shù)。這里簡介小角散射技術(shù)和紅外吸收的一些應(yīng)用特點(diǎn)，(1)小角散射技術(shù)考察材料在10Å1µm范圍內(nèi)的不均勻性常用的技術(shù)是電子、X射線或原子的小角散射。X射線與原子密度不均勻處相遇就產(chǎn)生散射，散射角與不均勻區(qū)大小的倒數(shù)成正比，這個例子可以說明其用處。一般散射角2在5°以下的叫小角散射。厚度選擇大約是導(dǎo)致入射強(qiáng)度大致為透射x射線強(qiáng)度的3倍，樣品常用厚薄均勻的薄片。散射強(qiáng)度呈高斯型曲線分布的條件是：產(chǎn)生散射的不均勻區(qū)為無規(guī)分布、相距較遠(yuǎn)、大小相同的球形區(qū)。

22、散射區(qū)的大小、形狀、不相同，了解相當(dāng)不容易；尤其是散射區(qū)密集，各區(qū)的散射能互相干擾，了解散射結(jié)果更不容易；這就是小角散射的局限性。它對非晶材料的相分離等的研究應(yīng)用比較廣泛，這是因?yàn)樗梢暂^靈敏地反映10Å一1µm區(qū)間內(nèi)的不均勻的特性。(2)紅外吸收基于電磁輻射跟原子振動的互相作用讓紅外光經(jīng)過非晶固體薄膜能產(chǎn)生部分擁有特征峰的吸收譜的是紅外吸收。有關(guān)非晶中鍵結(jié)構(gòu)和組分的信息可以經(jīng)過了解這些特征峰而得。這是因?yàn)?，對非晶體而言，無序網(wǎng)格與晶格振動一樣，又因?yàn)榫W(wǎng)格振動與構(gòu)成非晶體的鍵結(jié)構(gòu)、原子質(zhì)量及振動模式等有關(guān)，波矢相同的電磁波可以在原子振動時形成的電偶極矩時被吸收，用能量守恒能

23、得原子振動頻率跟所吸收的電磁波的頻率相同。還有，也會在遠(yuǎn)紅外區(qū)存在的雜質(zhì)和缺陷也能引起光吸收，樣品中的雜質(zhì)和缺陷可以經(jīng)過分析遠(yuǎn)紅外吸收譜來研究。 （3）電子顯微鏡近年來，出于電子顯微鏡的分辨率逐步提高(已達(dá)2Å)所以可用高分辨率的電子顯微鏡來觀察非晶態(tài)薄膜。用復(fù)型法觀察非晶材料表面，在一定程度上可以反映樣品的不均勻性。但夏型法的分辨率不很高，常用的碳復(fù)型分辨率僅約50Å，用此鑒別非晶樣品；是單相還是多相，可得到一些結(jié)果。對薄膜樣品直接進(jìn)行透射電鏡分析可得到更多的信息。透射法探測的非均勻區(qū)尺寸應(yīng)大于樣品厚度的110，如果在透射樣品上觀察不到什么襯底，常認(rèn)為是非晶結(jié)構(gòu)的標(biāo)志之一

24、。由于電子穿透樣品的本領(lǐng)較差，一6般透射樣品僅約1000Å厚，對這樣的樣品進(jìn)行觀察時，應(yīng)注意不要將觀察過程中引入的結(jié)構(gòu)變化誤認(rèn)為是樣品原有的。例如電子轟擊可導(dǎo)致樣品升溫及輻射損傷，可引起晶化或相分離，觀察時應(yīng)注意區(qū)別其結(jié)構(gòu)變化與原始結(jié)構(gòu)，以免造成錯覺。電鏡是觀察數(shù)十埃范圍內(nèi)的有力工縣，在非晶結(jié)構(gòu)研究中將發(fā)揮其作用。3·3 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的模型有關(guān)非晶結(jié)構(gòu)的部分重要信息，以及確定短程序的存在，經(jīng)過上面的實(shí)驗(yàn)手段均可獲得不，可研究結(jié)構(gòu)的要求遠(yuǎn)不只這些。就拿非晶體中原于的排列情況來說，通過實(shí)驗(yàn)還無法全部確定。研究人員提出了非晶結(jié)構(gòu)的部分假設(shè)模型，就是想研究非晶材料微觀結(jié)構(gòu)的更多知識，

25、也就是說想確定一種可能的原子排布要從原子間的相互作用以及其它約束條件出發(fā)，再把如RDF函數(shù)等各種從模型得出的性質(zhì)跟實(shí)驗(yàn)對比。若實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟模型的性質(zhì)吻合，可以斷定實(shí)際結(jié)構(gòu)的一些特征可以通過模型來反映；若不吻合，一定得放棄或者改進(jìn)。 (2)電子顯微鏡這幾年，能用高分辨率的電子顯微鏡去觀察非晶態(tài)薄膜了，這是因?yàn)殡娮语@微鏡的分辨率漸漸提高到了2Å。樣品的不均勻性在一定程度上可通過復(fù)型法觀察非晶材料表面而反映出來。可是復(fù)型法的分辨率挺低（如老用的碳復(fù)型分辨率只為50Å）。對非晶樣品可用這個來判斷是單相或者多相；而直接對薄膜樣品用透射電鏡研究能獲得很多了解。樣品厚度的110要小于透射法

26、探測的非均勻區(qū)尺寸，非晶結(jié)構(gòu)的標(biāo)志之一是在透射樣品上看不見什么襯底。常見的透射樣品只為1000Å厚而電子穿透樣品的能力不高，觀察這種樣品時，樣品原有的結(jié)構(gòu)變化不能是觀察過程中引進(jìn)的。舉個例子，樣品輻射損傷及升溫可由電子轟擊產(chǎn)生，從而導(dǎo)致相分離或晶化，要注意鑒別這個結(jié)構(gòu)變化與原來的結(jié)構(gòu)變化觀。在非晶結(jié)構(gòu)研究中數(shù)十埃范圍內(nèi)的觀察里電鏡會發(fā)揮很大用處。3·3非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的模型硬球無規(guī)密堆模型、微晶模型和連續(xù)無規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型是非晶材料的微觀結(jié)構(gòu)模型的主要類型。硬球無規(guī)密堆模型最適合非晶金屬，所以把重點(diǎn)放在它身上，而另外兩個這里不做介紹。 （一）硬球無規(guī)密堆模型(簡寫為RCP) 現(xiàn)在，非晶

27、金屬結(jié)構(gòu)最滿意的模型就是硬球無規(guī)密堆模型。所以，接下來將細(xì)致地說明它。建造硬球無規(guī)密堆模型的實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1） 等徑硬球被填入一表面不規(guī)則的容器里搖緊擠實(shí)(不要用帶平面的容器，這樣球才能排列成層，近而產(chǎn)生晶態(tài)密堆區(qū))，（2） 再用一些物資例如石臘，來使硬球之間的相對位置固定，（3） 然后量出備球心的坐標(biāo)(很繁瑣，不過能測量)，硬球的固有體積與模型的總體積之比定義為模型的堆積密度)。把所的數(shù)據(jù)，用與晶態(tài)的相同參數(shù)(如密度)相似的棚函數(shù)(如RDF)來說明它的特性與結(jié)構(gòu)，把晶態(tài)與此結(jié)構(gòu)相比較。有確定的堆積密度上限值0.6366土0.0005或0.6366±0.0004是等徑硬球的無規(guī)密堆

28、模型的一個重要特征，密堆晶體(六角密堆hcp或面心立方fcc都滿足)堆積密度值0.7405比此堆積密度上限的堆積密度值高得不只一點(diǎn)點(diǎn)，大概是晶態(tài)的86。無規(guī)密堆和晶態(tài)之間為什么有中間不連續(xù)性呢?由模型分析給出下列結(jié)果：（1）在二維空間密集排列的有各向同性互相作用的同種粒子時，等邊三角形是最密的局部排列，進(jìn)而造成正六邊形的結(jié)構(gòu)單元僅僅可得到規(guī)則排列的“晶體”。（2）在三維空間里有晶態(tài)密堆與無規(guī)密堆的分別。就fcc排列而言，點(diǎn)陣密堆地填滿空間其中l(wèi)3點(diǎn)陣組成八面體，23點(diǎn)陣組成正四面體。（3）值得一提的是晶態(tài)的對稱性：八面體和四面體均無法獨(dú)自填滿空間，但可形成嚴(yán)格的比例與排列方式。（4）三維空間的

29、主要特征是擁有很大的短程密度，四邊形與四面體可以是最密的局部排列。五次旋轉(zhuǎn)對稱的結(jié)構(gòu)單元(可以有一些畸變)會在四邊形作盡可能密集的排列時產(chǎn)生，所以就無法產(chǎn)生晶體，但能獲得非晶結(jié)構(gòu)。（5）三維晶體的特點(diǎn)是：有對稱性和很大的長程密度;有很多八面體的局部結(jié)構(gòu)；但是非晶體沒有這些特點(diǎn)。（6）無規(guī)密堆模型還有一個幾何特征：長程密度極大跟短程密度極大在二維空間里是相同的，但兩者在三維空間里是不相同的。各種模型化的研究成果是豐富的，成果是豐富的，這可以通過上述有關(guān)非晶結(jié)構(gòu)模型的描述里知道。我們對非晶態(tài)的微觀的初步認(rèn)識可以經(jīng)過結(jié)構(gòu)測定與模型化研究相輔相成來實(shí)現(xiàn)。徑向分布函數(shù)與現(xiàn)在建造的模型實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果大致相同。非晶金屬結(jié)構(gòu)的許多特性可以通過不復(fù)雜的硬球無規(guī)密堆模型反映，讓硬球變“軟”也可以和實(shí)驗(yàn)定量符合。模型的密度差不多也可以與合理的范圍相接近。只不過結(jié)構(gòu)的部分漲落的徑向分布