建筑工程類非晶態(tài)合金part1(課堂講義)

1、第一節(jié) 非晶態(tài)合金簡介第二節(jié) 非晶態(tài)合金的制備、性能及應(yīng)用非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金 第一節(jié) 非晶態(tài)合金簡介 一. 非晶態(tài)合金的發(fā)展及概念 二. 非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)與表征方法 三. 非晶態(tài)合金的分類 第二節(jié) 非晶態(tài)合金的制備、性能及應(yīng)用非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金冷卻后的火山熔巖冷卻后的火山熔巖-自然界存在的非晶自然界存在的非晶 非晶態(tài)合金的發(fā)展及概念非晶態(tài)合金的發(fā)展及概念少數(shù)物質(zhì)形成非晶？少數(shù)物質(zhì)形成非晶？玻璃，聚合物玻璃，聚合物傳統(tǒng)的金屬材料都是以晶態(tài)形式存在1934年，克雷默采用蒸發(fā)沉積法制備出非晶態(tài)合金1950年，布倫納制備出了Ni-P非晶態(tài)合金1960年，Duwez 熔體急冷熔體急冷 Au-Si金屬

2、玻璃P.Duwez （1907-1984）Professor of California Institute of Technology, born in Belgium1959, Au-Si(75%Au, 25%Si)Duwezs stupid alloyCu-Ag 單相，單相，fcc固溶體固溶體Ge: 9.6%-13.5% 單相固溶體單相固溶體Ge : 23% 平衡相中不存在平衡相中不存在hcp相相Liquid quenched Au-Si alloya. 玻璃狀石英玻璃狀石英 b. 方英石方英石Liquid quenched Au-Si alloyKlement，Willens，Duwe

3、z Nature 187, 869-870, (3 September 1960 ）Non-crystalline Structure in Solidified Gold-Silicon AlloysComposition Requirements for Glass Formation in Metallic and Ionic Systems M. H. COHEN, D. TURNBULL Nature 189, 131-132 (14 January 1961)Duwezs stupid alloy Pd-Si Au-Ge-Si 1965年，磁性能，F(xiàn)e-Co-Ni-Pd-Si 弱磁

4、性 Fe-P， Fe-P-C 1975年，超導(dǎo)性能，La-Au， Johnson，PoonPhilip Warren Anderson Sir Nevill Francis Mott John Hasbrouck van Vleck for their fundamental theoretical investigations of the electronic structure of magnetic and disordered systemsThe Nobel Prize in Physics 1977 1969年，美國人龐德和馬丁研究了生產(chǎn)非晶態(tài)合金帶材的技術(shù)，為規(guī)模生產(chǎn)奠定了技術(shù)

5、基礎(chǔ) 1976年，美國聯(lián)信公司生產(chǎn)出了10mm寬的非晶態(tài)合金帶材，到1994年已經(jīng)達到年產(chǎn)4萬噸的能力。非晶態(tài)合金的概念非晶態(tài)合金的概念晶體：是指原子呈長程有序排列的固體氧化物玻璃氧化物玻璃 非晶態(tài)是指原子呈長程無序排列的狀態(tài)，具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的合金稱為非晶態(tài)合金 第一節(jié) 非晶態(tài)合金簡介 一. 非晶態(tài)合金的發(fā)展及概念 二. 非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)與表征方法 三. 非晶態(tài)合金的分類 第二節(jié) 非晶態(tài)合金的制備、性能及應(yīng)用非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金晶體的結(jié)構(gòu)與表征方法ncmblaR晶體由于長周期有序性，晶體由于長周期有序性，可以用晶面，晶面指數(shù)，可以用晶面，晶面指數(shù)，晶向，晶向指數(shù)來描述晶向，晶向指數(shù)來描述 非晶

6、體由于缺乏長周期有序性，無法用這些概念來描述 如何描述非晶體結(jié)構(gòu)？非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)特點：非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)特點：1. 不存在長程有序性，沒有平移周期性（長程無序）不存在長程有序性，沒有平移周期性（長程無序）2. 每個原子都存在最近鄰原子，在幾個原子間距內(nèi)，原每個原子都存在最近鄰原子，在幾個原子間距內(nèi)，原子的排列仍然有著一定的規(guī)律子的排列仍然有著一定的規(guī)律 （短程有序）（短程有序）如何描述非晶體的結(jié)構(gòu)？徑向分布函數(shù)雙體分布函數(shù)簡約分布函數(shù). .徑向分布函數(shù) 以任一原子為中心時，與該中心距離為以任一原子為中心時，與該中心距離為r的球的球面上的原子數(shù)。面上的原子數(shù)。D：fcc中晶體直中晶體直徑徑r：大

7、小可變的小：大小可變的小 球半徑球半徑rD, 0r=D, 12Dr2D, 0r= 2D, 6. . 1平均原子數(shù)密度平均原子數(shù)密度0 設(shè)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)是各向同性的均勻結(jié)構(gòu)，其平均原子數(shù)密度0為定體積V與V中與包含的原子數(shù)N的商：VN0 2原子數(shù)密度原子數(shù)密度(r) 設(shè)離開某一個選定原子的距離為r處的單位體積中的原子數(shù)，即原子數(shù)密度為(r)（或者說(r)表示當(dāng)以任一原子為中心時，在距離該中心為r處的球面上的平均原子數(shù)密度）。 0和(r)的關(guān)系 3徑向分布函數(shù)徑向分布函數(shù)RDF(r)： RDF(r)表示以任一原子為中心時，在距離為r的球面上的平均原子數(shù)。)(4)(2rrrRDF RDF(r)dr代表以

8、某個原子為中心，在半徑r處、厚度為dr的球殼內(nèi)的原子數(shù)，從而RDF(r)表示原子數(shù)目(密度)隨距離增加的變化。 4雙體分布函數(shù)雙體分布函數(shù)g(r) 為了更加方便的討論，我們再引入一個雙體分布函數(shù)g(r)： g(r)表示當(dāng)以任一原子為 中心時，在距離為r處球 面上的原子分布概率的 統(tǒng)計平均值雙體分布函數(shù)雙體分布函數(shù)0)()(rrg RDF或g(r)可以在一定程度上反映非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計性質(zhì)。比較氣態(tài),非晶態(tài)和晶態(tài)的雙體相關(guān)函數(shù)可以看出，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與液態(tài)結(jié)構(gòu)非常接近,存在一定的短程有序，而與氣態(tài)和晶態(tài)則差別顯著 引入雙體分布函數(shù)后，徑向分布函數(shù)還可以表達為：)(4)(4)(022rgrrrrRDF

9、徑向分布函數(shù)并不能完備地描述非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，它表征了半徑為r的單位球殼內(nèi)的原子數(shù)。它只是近程有序的一維描述，而且是對許多原子和相當(dāng)長時間的統(tǒng)計平均值。不能由徑向分布函數(shù)惟一地確定非晶體中各原子的相互位置，需要借助于結(jié)構(gòu)模型等手段才能對非晶結(jié)構(gòu)有更深入的認識。常用的非晶態(tài)材料的表征方法TEM 非晶體在透射電鏡下的衍射花樣由較寬的暈和彌散環(huán)組成。在非晶態(tài)合金中，沒有晶界，位錯等晶態(tài)合金所特有的晶格缺陷。單晶體單晶體納米晶納米晶非晶非晶單晶體單晶體晶態(tài)和非晶態(tài)材料的X-射線衍射譜 第一節(jié) 非晶態(tài)合金簡介 一. 非晶態(tài)合金的發(fā)展及概念 二. 非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)與表征方法 三. 非晶態(tài)合金的分類 第二節(jié) 非晶

10、態(tài)合金的制備、性能及應(yīng)用非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金 (1)過渡族類金屬(TMM)型。例如，以Fe80B20為代表的(Fe，Co，Ni）-（B，Si，P，C)非晶合金； 類金屬起形成玻璃，即阻止結(jié)晶的作用。經(jīng)驗表明，當(dāng)TM和M都包括多于一種元素時，比較容易形成非晶態(tài)。 這類非晶態(tài)合金具有較好的鐵磁性，是一種優(yōu)良的軟磁材料 (2)過渡族稀土(TMRE)型。 （Fe，Co）- (Gd，Tb，Dy）非晶合金成分配比范圍較寬，典型的稀土金屬含量在2080。RETM型合金具有非常獨特的磁性，有的屬于硬磁性，磁化率很小，矯頑力很高，而有的卻屬于軟磁性，矯頑力很小 (3)后過渡族前過渡族(LT-ET)型，例如，以F

11、e90Zr10為代表的（Fe，Co，Ni）-(Zr，Ti)非晶合金 可以含有比其它類型非晶態(tài)合金更多的Fe，Co，Ni等鐵磁性元素，特別是在這類非晶態(tài)合金中添加少量的(5at)類金屬(如Si、B)可以獲得較好的軟磁特性。 (4）其他鋁基和鎂基輕金屬非晶材料，例如鋁基非晶材料有二元的AlLn(LnY，La，Ce)、三元的AlTM(Si，Ge)、AlEMLM、AlRETM非晶合金。 較高的比強度，彈性等性能 其它Zr基，Cu基等 第一節(jié) 非晶態(tài)合金簡介 一. 非晶態(tài)合金的發(fā)展及概念 二. 非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)與表征方法 三. 非晶態(tài)合金的分類 第二節(jié) 非晶態(tài)合金的制備、性能及應(yīng)用非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金

12、第一節(jié) 非晶態(tài)合金簡介 第二節(jié) 非晶態(tài)合金的制備、性能及應(yīng)用 2.1 非晶態(tài)合金的制備 2.2 大塊非晶的制備 2.3 非晶合金的性能 2.4 非晶合金的應(yīng)用 2.6 最新進展非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金 如果冷卻得足夠快和足夠低，幾乎所有的材料都可以制備成非晶態(tài)材料。 足夠快？ 足夠低？切斷爐子的電源，或者把切斷爐子的電源，或者把它按照預(yù)定的工序（左圖）它按照預(yù)定的工序（左圖）就可以讓熔液慢慢冷就可以讓熔液慢慢冷卻典型的冷卻速度是在卻典型的冷卻速度是在從從l0-4-10-1Ks的范圍內(nèi)的范圍內(nèi)SiO2，聚苯乙烯等。，聚苯乙烯等。所圖表示的那樣，用冰所圖表示的那樣，用冰水混合物去淬火適當(dāng)體水混合物去淬

13、火適當(dāng)體積的熔體，可以得到在積的熔體，可以得到在101-102Ks范圍的淬火范圍的淬火速率速率制備非晶制備非晶Se砧錘法砧錘法：它是專門為了制它是專門為了制備金屬玻璃而開發(fā)出來的。備金屬玻璃而開發(fā)出來的。其冷速可達到其冷速可達到105-108Ks。這種方法用以制備實驗室這種方法用以制備實驗室用的毫克大小的金屬玻璃用的毫克大小的金屬玻璃樣品。樣品。它由氣相以一個原子挨著它由氣相以一個原子挨著一個原子的方式結(jié)合成非一個原子的方式結(jié)合成非晶態(tài)固體。完全避免了形晶態(tài)固體。完全避免了形成液相。成液相。用來制備那些用快速凝固用來制備那些用快速凝固方法無法得到的玻璃。方法無法得到的玻璃。 如果冷卻得足夠快和足夠低，幾乎所有的材料都可以制備成非晶態(tài)材料。 足夠快？ 足夠低？不同的材料要求不同不同的材料要求不同 第一節(jié) 非晶態(tài)合金簡介 第二節(jié) 非晶態(tài)合金的制備、性能及應(yīng)用 2.1 非晶態(tài)合金薄膜（條帶）的制備 2.2 大塊非晶的制備 2.3 非晶合金的性能 2.4 非晶合金的應(yīng)用 2.6 最新進展非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金 熔體急冷法 冷卻速度可達105-108Ks。 熔體急冷法可直接獲得在某一方向