材料化学 chapter7-3金属玻璃.ppt

1 第八章 光学材料 制备金属玻璃的关键在于： 一方面提高材料的非晶形成能力，目前制造金属玻璃应用较多的材料是以Fe、Co、Ni为主要金属，加入少量B、P、N、Si等元素组成的合金材料。 对材料的一般要求： 组成合金的诸元素半径差超过10%（尺寸效 应），以便构成较低的无序堆积； 组成元素的电负性有一定的差异(合金化效应），差异过大会形成稳定的化合物，过小不易形成非晶态； 制备金属玻璃的关键 对材料的一般要求： 熔点较低，结构复杂； 提高非晶态的玻璃化温度Tg，是合金更容易直接过冷到凝固点温度以下而不结晶； 增大熔体结构的复杂性、提高原子迁移的激活能，使其难于结晶； 降低非均匀成核率； 制备金属玻璃的关键 另一方面：要采用新技术获得很高的冷却速度。实验证明:合金比纯金属易形成非晶态。 （1）高强度高韧性的力学性质 其强度和硬度比一般的晶态材料都高，超过了超高硬度的工具钢，如果用它制作高强度控制电缆和橡胶轮胎的增强带，将大大提高其寿命。且又具有其抗断裂任性强，故可用作结构材料以及作复合材料的增强体。 7.5.4 金属玻璃性能和应用 金属玻璃的力学性质 （2）非晶态金属材料的耐蚀性能力极强 金属玻璃的耐蚀性能力比最好的不锈钢的耐腐蚀性能力高100倍。使用在特殊的环境下。 金属玻璃和金属不锈钢在 10%FeCl3的腐蚀速度 （3）非晶态金属材料的较好的软磁性质 非晶态合金最显著的特点是具有良好的软磁性，即它在外磁场作用下容易磁化，当外磁场除去后又很快消失。目前使用的软磁材料主要是硅钢、铁-镍玻莫合金和铁氧体，都是结晶材料，具有磁晶各向异性而互相干扰，致使导磁率下降。非晶态合金中只有很少晶粒，不存在磁晶各向异性，磁特性极软。 非晶态合金磁阻小，只有硅钢片的1/3一l/10，故铁损小，因而可以大大节省能量，这是最大的优点。 非晶态合金无磁晶各向异性、电阻率高、硬度大、耐腐蚀，适合作磁头材料。 结构-性质的关系： 由于晶态合金或金属一般由微米数量级的小晶粒组成，晶粒之间存在晶界，从亚微观看，金属玻璃是均匀的固体，不存在晶粒和晶界，该特点就使金属玻璃具有特殊的力学性能和电磁性能。由于金属玻璃具有非晶态结构，显微组织均匀，不含晶界和位错等缺陷，就使腐蚀的液体进入不到内部，因此提高了耐腐蚀性能。 制备块体金属纳米材料： 其主要目标是发展工艺简单，产量大、使用范围宽、能获得样品界面清洁、无微孔结构的大尺寸纳米材料制备技术。 通过块状大块非晶合金的净化可制备具有特殊性能、全致密、颗粒小、界面清洁的三维大尺寸块状纳米金属合金材料。 故纳米材料的发展趋势是开发非晶直接晶化法的纳米晶制备技术 7.5.5 金属玻璃的必威体育精装版发展 7.6 准晶态金属材料 因为周期性是晶体学的基础，晶体中不允许有五重轴或六重以上的对称轴。1984年，以色列的科学家谢切曼等人报道，在含锰14%的急冷铝合金中发现一种具有5重旋转轴的二十面体相，几乎同时，我国郭可信院士等也独立在急冷(Ti1-x,Vx)2Ni合金中发现了5重电子衍射图，后来这种化合物被称为准晶，它们和晶体一样具有长程有序和取向性，但是没有平移周期性。 7.6.1 认识准晶 准晶的结构决定相应的晶体材料强度高，当然脆性也大，很难作为结构材料使用。 但如果能利用准晶的结构特点，将其作为一类复合材料的强化相来提高合金性能则是有可能的。另外也可以选择合适的合金成分，通过急冷同时得到晶体相和准晶相来提高材料的力学性能。 7.6.2 准晶的性能和应用 （1）电性能 电子传输是准晶相对于普通金属间化合物最具特色的性能，表现为一下几个方面： 电阻率异常高； 负的温度系数(温度升高电阻率反而下降)； 电阻率对成分和准晶结构完整程度十分敏 感，样品质量越差，电阻率越小； 对于二维的十次准晶，其周期方向的电阻率 比准周期方向越小1/4-1/20,显示很强的各向 异性。 7.6.2 准晶的性能和应用 稳定的准晶具有异常低的电导率，原因：位于费米能级的伪能隙的存在和费米能级的电子趋于局域化。 第一个效应是准晶的固有禀性，它减少了费米能级附近的电子态密度；第二个效应减少了电子的扩散速率。 （2）热传导特性 准晶的热传导性能与导电性有些类似，即低导热率和负温度系数，接近陶瓷的隔热性能，与普通合金的性能截然不同。同导电性类似，准晶结构越完整，导热性越差。准晶的热传导性随温度的上升而增加。 7.6.2 准晶的性能和应用 （3）磁性能 稳定的二十面体准晶Al-Pd-Mn具有抗磁性。Al-Cu-Fe的工作也证实这一点，其中Fe原子无磁动量。 也有工作发现准晶从低温到高温有从抗磁性向