第4章 非晶材料制备技术.pptVIP

直到20世纪70年代，才通过抑制非均质形核的方法获得了第一块大块非晶，但是仅限于贵金属，无法作为工程材料而广泛地加以应用。1988年成功地发现了一系列具有极低临界冷速(从0.1到几百)的多组元成分的大块非晶合金。经过20余年的发展，现在大块非晶合金已在很多合金系中制备出来。大多利用的是金属熔体直接凝固的方法，可以制备高量级的大块非晶合金，但是成分和尺寸有限。利用具有高的非晶形成能力的合金在过冷温度区间具有超塑性这一独特的性质，充分利用该区间内的牛顿流动特性，将快速凝固粉末冶金法获得的非晶粉末固结到一起，可以获得比直接凝固法更大尺寸的非晶合金。 * 快速凝固粉末冶金技术制备大块非晶合金在冷却时，发生形核的原因主要有3个： ① 从原材料中带入杂质作为非均质形核的核心; ② 合金在熔炼及浇注过程中与周围的氧化性气氛发生反应; ③ 冷却速度不够大。 因此在大块非晶合金的制备过程中，关键是在冷却过程中抑制合金的非均匀形核以及尽可能地提高冷却速度。为了减少非晶合金发生形核的可能性，对金属的熔炼要进行严格的惰性气体保护。熔体中的杂质和容器的内表面将起到非均匀形核的作用，熔炼时的提纯和造渣极为重要。在目前发现的大块非晶合金系中，决定非晶形成能力的主要是合金的组成。通过选择适当的合金系，在较低冷却速度下即可获得非晶态合金。 * 目前主要通过将金属液快速冷却来获得大尺寸的非晶材料，包括以下方法：水淬法、高压模铸法、区熔法、铜模铸造法,电弧熔炼法、吸铸法、挤压铸造法、落管法、磁悬浮熔炼以及静电悬浮熔炼等方法。这些方法都属于直接凝固法，其基本的原理是通过导热性较好的铜模具来将合金液的热量迅速的转移，使合金在结晶发生之前就已经凝固到较低的温度，从而在一定程度上“冻结”了液体结构，形成非晶。这样为了获得较高的非晶形成能力，就需要高纯度的组元金属。同时对某一特定的合金系来说，如果其非晶形成的能力不够高，在短时间之内不能把熔体的热量及时的转移出去，则获得大块非晶的尺寸总会受到一定的限制。而且，目前可以通过直接凝固法获得大块非晶的合金系还比较有限。但这种技术在今天仍然是大块非晶制备的主要工艺。 * 井上明久教授提出了获得大块非晶的3条实验准则： ① 由3个以上的组元构成的多组元合金系统 ② 主要组元之间的混合热为大的负值。 ③ 主要组元之间的原子尺寸差在12%以上 正在发展之中的有低熔点包裹技术、悬浮熔炼技术、落管技术等。日本研究的较多。 * 本章重点 非晶的微观结构特点及其应用 非晶合金的结构及其性能的特点 非晶制备的原理 非晶制备技术体系的划分 从不同物态制备非晶的技术 液体急冷技术制备非晶的工艺 * 参考书目 材料合成与制备方法. 曹茂盛等. 哈尔滨工业大学出 版社. 2005. 块体非晶合金. 作者：惠希东，陈国良. 化学工业出 版社. 2007. 半导体物理学（第6版）. 作 者：刘恩科等编. 电子 工业出版社. * * zha * 转块流满，冷压。转慢流快，液体被甩出。 * 如前所述，非晶态固体与晶态固体相比，从微观结构讲有序性低；从热力学讲，自由能要高，因而是一种亚稳态。基于这样的特点，制备非晶态固体必须解决下述两个问题： （1）必须形成原子或分子混乱排列的状态； （2）必须将这种热力学上的亚稳态在一定的温度范围 内保存下来，使之不向晶态转变。 基于上述特点，最常见的非晶态制备方法有液相急冷和从稀释态凝聚等，包括蒸发、离子溅射、辉光放电和电解沉积等，近年来还发展了离子轰击、强激光辐照和高温压缩等新技术。 下面我们主要从原理方面介绍几种方法。 6.非晶态固体的制备方法 一个机理 三个基本体系 非晶制备技术体系划分 * 物质三态 冲击波法 粒子注入法 辐照法 溶胶-凝胶法 其它现代方法 从气态制备非晶 气体辉光放电法 电解沉积法 溅射法 CVD PVD 从液态制备非晶 粉末冶金法 从固态制备非晶 液体急冷法 悬浮熔炼技术 落管技术 低熔点氧化物包裹法 1）粉末冶金法 粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。目前，由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。 但它却是是一种古老的方法。人类早期采用机械粉碎法制得金、银、铜和青铜的粉末，用作陶器等的装饰涂料。18世纪下半叶和19世纪上半叶，俄