第三章_准晶结构与材料性能.ppt

准晶晶化温度为450~870K。 晶化激活能范围：几kJ/mol到几百kJ/mol。 两类晶化机制：一是原子扩散引起的晶化，激活 能与原子的激活能相当；另一是激活能较高，晶 化过程中无长程扩散，以块状转变的方式进行。 ? 准晶的晶化温度Tx越高，准晶越稳定。二维准晶 的晶化温度通常高于三维准晶的晶化温度。 如：Al80Mn20 二维准晶Tx= 950K， 三维准晶的晶化温度Tx= 638K， 二维准晶比三维准晶更高稳定性 2、准晶结构受到组元含量影响，即使具有相同 组元，但含量不同的准晶，具有不同的结构。 例如A178Mn22准晶的X射线衍射可以用20 面体准晶的数据来标定，而A186Mn14中的准晶 的低角衍射却不能用同样的数据来标定。 Al86Mn14准晶相在9.6GPa下转变成A16Mn相， A186Mn22准晶相在4.5 GPa下却转变成μ相。 说明两个准晶相的结构不同，从X射线衍 射数据可以看出A186Mn14中的准晶相中的结构 单元是通常的20面体原子团，而A178Mn22准晶 中的结构单元则可能是双层20面体原子团。 3、目前已在下列合金体系中发现了20面体准晶： 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。 第三节 准晶的形成 ? 制备非晶态材料的方法都可用来制备准 晶，主要有： 快速凝固法（主要制备准晶方法） 表面熔化法 离子束混熔 非晶态合金退火 机械化学等方法 ? 当熔体快速冷却时，原子簇无规排列，便形成 非晶态材料； ? 熔体冷却得很慢，原子可以扩散，原子簇之间 可协调相互位置，使其具有长程周期序，便成 为晶态相。 ? 只有当冷凝速度在一定范围内的时候，晶态相 来不及成核，长大，原子簇根据本身的对称 性，按一定的几何规律，相互联结起来，形成 准晶。 ? 准晶形成最佳冷却速度：Al-Mn合金，当冷却 速率＞l06K/s时，形成20面体准晶。 1、冷凝速度 2、材料成分对准晶形成影响是很复杂的过程 实验经验：准晶主要是A1、Mg、Ti基类 合金，合金中加入适量的类金属Si、B等元素 有利于准晶的形成，多元合金可以改善准晶 的形成能力。从晶态相的结构，也可预测该 合金快速冷却时能否得到准晶。如果平衡晶 态相结构中含有大量20面配位多面体，这样 成分的合金就容易形成准晶。 ? 例如晶态(Ti、V)2Ni合金中含有约50%的20面 体，则急冷(Ti、V)2Ni合金中，含有准晶20面 体相。 3、二、三维准晶形成条件与合金成分和冷却速 率有关： 如：Al-Mn合金 Al-(8~10)at%Mn合金：三维准晶 Al-(14~20)at% Mn合金：二维准晶 Al-14at%Mn合金： 冷却速率约＞106K/s时形成20面体准晶， 而冷却速率较小时，形成二维准晶。 第四节 准晶的性能 目前，尚难以制成大块的准晶态材料， 最大的也只是几mm直径，故对准晶的研究 多集中在其结构方面。但从已获得的准晶都 很脆的特点，作为结构材料使用尚无前景。 准晶的特殊结构对其物理性能有明显的影响： 高电阻、低热导率、低磨擦系数、良好的耐 磨性和抗氧化性、高硬度、高温塑性等优异 性能，使之适于作为表面防护涂层。 一、准晶是一种亚稳相，结构易发生弛豫 ? 在加热过程中原子位置会发生一定的变化， 结构发生弛豫，弛豫热一般为0.1~0. 2kJ/mol。 由较高冷却速率得到的准晶的稳定性较高， 弛豫热也较高，约达0.4kJ/mol。弛豫温度与 准晶的成分、结构有关，一般在340-640K。 准晶在结构弛豫时，性能也发生相应的改 变，例如Al84Mnl6准晶在结构弛豫后弹性模 量约增加1％。 1、密度——低 准晶的密度低于其晶态时的密度。 比经过退火后得到的相同成分晶态相的 密度约低2%。 由其原子排列的规则性不如晶态 紧密，但密度高于非晶态。 二、物理性能 2、导电性——电阻率高 晶体：电阻率最高只有数十μΩcm； 非晶体合金：电阻率最高也只有几百μΩcm, 准晶：电阻率非常高：如在液氦下 Al2Cu2Li ：900μΩcm Al2Cu2Ru： 1000～3000μΩcm Al2Cu2Fe 系：1300～11000μΩcm Al2Pd2Re系：达1Ωcm 以上。 准晶合金的电阻率高，电阻温度系数则甚小, 其电阻随温度的变化规律也各不相同。准晶的电阻 率对结构的完整性十分敏感，准晶结构越完整电阻 率越高。此外, 准晶的电阻率具有负的温度系数，即 电阻率随温度的升高而下降。 * 准晶聚合物（quasicrystalli