非晶材料的制备[精选].ppt

第二章 非晶材料的制备 非晶材料基本概念 4.非晶态基本定义 1）定义：组成物质的原子、分子的空间排列不呈周期性和平移对称性，晶格的长程有序收到破坏，只有由于原子间相互关联作用，使其在小于几个原子间距地小区间内（1-1.5 nm），仍然保持形貌和组分地某些有序特征而具有短程有序，这一类物质称为非晶态 非晶态结构特征 非晶材料的分类 1.非晶合金：金属玻璃，具有金属和玻璃特性。 非晶合金的结构特点： 1）结构上呈拓扑密堆长程无序，但在长程无序的三维空间又无序的分布着短程有序的“晶态小集团”或“伪晶核”，其大小不超过几个晶格的范围。 2）均匀的各相同一性：非晶合金中原子排列是原子尺度的无序，不存在结晶金属所具有的晶界、双晶、堆垛、层错、偏析和析出物等局部的组织不均匀缺陷，是一种原子尺度组织均一的材料，具有各向同性的特点； 3） 简单单原子结构：由于是单原子组成，故与分子组成的玻璃、高分子聚合物相比，是一种更加理想的单原子非晶结构材料； 4）材料特性的调控性：非晶态合金不受化合价的限制，在较宽的成分范围内可以自由调节其组成。因此，它具有许多结晶合金所不具有优异的材料特性的调控性。 5）热力学上处于亚稳态，晶化温度以上将发生晶态结构相变，但晶化温度以下能长期稳定存在。 2.非晶半导体 1）四面体配位半导体：Si、Ge； 2）硫系非晶半导体 3.非晶态超导体： 4.非晶态高分子材料 5.非晶体玻璃 非晶态特性 1.力学行为：高强度、高韧性 2.化学性质：耐腐蚀 3.软磁特性：磁导率和饱和磁感应强度高、矫完力低、损耗低 4.超导特性 5.光学性质： 光吸收：位置移动 光电导： 光致发射 6.其它性质：电阻率高、负的电阻系数 因对磁性和无序系统的电子结构的基础性研究，共同获得了 1977年度诺贝尔物理学奖。 在电力领域，非晶得到大量应用。例如铁基非晶合金的最大应用是配电变压器铁芯。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5－1/3，利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60％－70％。因此，非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。在“九五”期间，我国自行建成了年生产能力1000吨的非晶带材生产线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁芯生产线，这为在我国大力推广节能型非晶配电变压器奠定了良好基础。 ?在电力领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大，已不能满足使用要求；铁氧体虽然高频损耗较低，但在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱和磁感低，无法减小变压器的体积；二是居里温度低，热稳定性差；三是制作大尺寸铁芯成品率低，成本高。 目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过 20kW。非晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗，且热稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用非晶铁芯的变压器的转换功率可达 500kW，体积比功率铁氧体变压器减少50％以上。 目前在逆变焊机电源中非晶合金已经获得广泛应用，在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域的开关电源中的应用正在积极开发之中。 下表列出了非晶合金带材的典型性能和一些主要应用。 在电子信息领域，随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展，对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如，为了减小体积，计算机开关电源的工作频率已经从20kHz提高到500kHz； 为了实现CPU的低电压大电流供电方式，采用磁放大器稳定输出电压； 为了消除各种噪音，采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器，以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此，在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件，而非晶合金在此大有用武之地。 在电子防窃系统中，早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点，应用市场已经扩展到超级市场。可以预见，随开放式服务方式的发展，作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材的应用会急剧增长。?? 在民用产品中，变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量，正在大量普及。但负面效应不可忽视，如果变频器中缺少必要的抑制干扰环节，会有大量高次谐波注入电网，使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加入功率因数校正(PFC)环节，其中关键部件是高频损耗低、 饱和磁感大的电感铁芯。铁基非晶合金在此类应用中有明显优势，将在变频零电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶PFC电感已经成为一个热点。 总之，非晶合金不仅软磁性能优异，而且工艺简单、成本低廉；正在成为一类十