非晶合金[精选].ppt

非晶合金制备及应用 材料学 fairy 晶体和非晶体 自然界中的固体物质可以分为晶体和非晶体两大类。 晶体是指那些内部质点(原子、离子或分子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。物质在熔解和凝固过程中，固态和液态并存时，温度保持不变。 非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。即物质在熔解和凝固过程中，其温度不断变化，没有明显的熔点和凝固点的固态物质。它没有一定规则的外形，如玻璃、松香、石蜡等。它的物理性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性”。它没有固定的熔点。所以有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动性很小的液体”。  晶体与非晶体的区别 非晶体的各种物理性质，在各个方向上都是相同的，即各向同性。非晶体没有固定的熔点，在熔化过程中，随着温度的升高，它首先变软，然后逐渐由稠变稀，经历一个软化过程。这些特征和晶体是不同的。 晶体与非晶体的区别在于其内部质点排列是否具有周期性。 因为晶体与非晶体在结构上的差异，导致它们在宏观形态及物理性质上有很大的区别。 下面的图像展示了二氧化硅形成的石英晶体以及玻璃的晶格结构以及周期性。 晶体和非晶体可以相互转化 许多物质既可以以晶体形式存在，又可以以非晶体形式存在。 如把水晶的结晶溶化，再使它冷却，可得非晶体的石英玻璃。而非晶体的玻璃，经过相当长的时间后，在它里面生成了微小的晶体，形成透明性减弱的模糊斑点。这说明晶体转化为非晶体需要一定的条件，而非晶体经过一定时间会自动变成晶体。这是因为非晶体是不稳定的，所谓非晶体物质并不是什么永不结晶的物质，而是在非晶体凝固过程中，分子还没有来得及达到能量最低处，已过早地被一定大小的内摩擦粘住，凝成固体。这时它的能量不是处于最小状态。分子将继续向能量最小的方向运动，有逐渐变成晶体的趋势。 非晶合金 非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。 通常金属材料在固态下都是晶体，但是在金属材料结晶过程中采用特殊方法可以打乱金属材料原子的规则排列，得到原子排列混乱的固态金属材料，称其为非晶金属材料。非晶合金就是非晶金属材料里的一种。 * （1）只存在小区间范围内的短程有序，在近程或次近邻的原子间的键合（如配位数、原子间距、键角、键长等）具有某种规律性，但没有长程序； （2）非晶态材料的X-射线衍射花样是有较宽的晕和弥散的环组成，没有表征结晶态特征的任何斑点和条纹，用电子显微镜也看不到晶粒间界、晶格缺陷等形成的衍衬反差； （3）当温度升高时，在某个很窄的温度区间，会发生明显的结构相变，因而它是一种亚稳相。 由于人们最为熟悉的玻璃是非晶态，所以也把非晶态称作无定形体或玻璃体（Amorphous or Glassy States） 2 ．非晶微观结构上的特征 非晶合金的结构特点： 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。 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； 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； 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。 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。 * 非晶合金的制备方法 1.熔体水淬法 2.铜模铸造法 3.快速凝固 4.抑制形核法 5.粉末冶金法 6.自蔓延反应合成法 7.定向凝固铸造法… 1.熔体水淬法 熔体水淬法属于直接凝固的一种,水淬法通常与熔融玻璃包覆合金法结合使用。常用的包覆剂为B2O3 ,它既是吸附剂,吸附熔体内的杂质颗粒,又是包覆剂,隔离合金熔体,避免其与冷却器壁直接接触而诱发非均匀形核。通过对金属熔体进行水淬就可以得到非晶态合金棒材或丝材。这种方法对与石英管壁有强烈反应的合金不适用。由于水的比热比铜高,导热性不如铜,因此,冷却效率比铜模要差。 2.铜模铸造法 该法是目前制备大块非晶合金最常用的方法。传统的铜模铸造是将金属液直接浇注到金属型(铜模)中使其快速冷却获得BMG，金属型冷却方式分为水冷和无水冷两种。浇注方式有压差铸造、真空吸铸和挤压铸造等。试块的形状则可以是楔形、阶梯形、圆柱形或片状等。楔形铜模可在单个铸锭中得到不同的冷速，组织分析对比性强，通过非晶合金的临界厚度可以度量合金的玻璃形成能力。 3.快速凝固 熔体急冷和深过冷是实现快速凝固的两条途径，前者以快速