第六章非晶态与准晶材料.ppt

6.1 非晶态材料 6.2 准晶材料 粉末冶金法：以金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，将粉料成型为所需形状的坯块，如果烧结采取急冷降温的方法，就可以得到非晶材料。 粉末冶金是制造金属材料及复合材料的工艺技术。 绘制时间（Time）-温度（Temperature）-转变(Transation)的“TTT曲线”。 根据公式可以求出，系统达到一定的结晶比例（10-6）时，所对应的冷却时间及冷却温度。 VL/V= πBI3t4/3 临界冷却速率： 只有大于临界冷却速率才会形成非晶。 几种金属及合金的熔点Tm、玻化温度Tg、临界冷却速度Rc * 3×1010 2.6×107 3.5×105 5×105 1.8×105 1.1×105 2.8×104 320 Rc (K/s) 非晶态合金 Tm（K） Tg（K） Ni Fe91B9 Co75Si15B10 Ge Fe79Si10B11 Ni75Si18B7 Pd82Si18 Pd77.5Cu6Si16.5 1725 1628 1393 1210 1419 1340 1071 1015 425 600 785 750 818 782 657 653 四.非晶态材料制备 要获得非晶态，最根本的条件是要有足够快的冷却速度。为了达到一定的冷却速度，已经发展了许多技术。制备非晶态材料的方法可归纳为三大类： 物质三态 从气态制备非晶 真空蒸发 磁控溅射 气相沉积 从液态制备非晶 粉末冶金法 从固态制备非晶 液体急冷法 气相沉积：气相反应的生成物无规则地沉积在过冷的基片上，从而形成非晶态。 2 从气态中制备非晶 溅射法：将样品先制成多晶或研成粉末，压缩成型，进行预浇作为溅射靶。在真空或充氩气的密闭空间，用各种不同的工艺将靶材中的原子或离子以气态形式离解出来，然后使它们无规则地沉积在冷却底板上，从而形成非晶态。 上述方法制备非晶态材料的生长速率相当低， 一般只用来制备薄膜。 液相急冷：将金属或合金加热熔融成液态，液体以大于105℃/s的速度急冷，使液体中紊乱的原子排列保留下来，成为固体，即得非晶。 制备各种非晶态金属和合金的主要方法之一。 2 从液体中制备非晶 2 从固体中制备非晶 第六章 非晶态与准晶材料 本章内容 一.非晶态材料的结构 1 有序态和无序态 根据组成物质的原子模型，自然界中物质状态分为有序结构和无序结构两大类。 晶体——有序结构，平行六面体作为结构基胞，用这个平行六面体可以布满整个空间。晶体的阵点构成有规则的三维周期点阵，具有平移对称性。 特点：长程有序，短程有序。 6.1 非晶态材料 气体、液体——无序结构 气体特点：长程无序，短程无序。 液体特点：长程无序，短程有序。 非晶态是介于晶体和液体之间有序度的一种聚集态。它不像晶态物质在三维空间具有周期性和平移对称性，非晶是长程无序的。但由于原子间的相互关联作用，使每个原子在几纳米-几十纳米内，与邻近原子在化学键长、键角与晶体相似，称为类晶区，因此非晶具有短程有序的特点。非晶态材料不同于液体，类晶区不能移动，没有流动性。这样的材料成为非晶态材料 2 非晶态材料的基本定义 特点：长程无序，短程有序。 非晶态固体中的无序并不是绝对的“混乱”，而是破坏了有序系统的某些对称性，形成了一种有缺陷、不完整的短程有序。 非晶 晶体 3 比较气态、液态、非晶态、晶态中原子分布 原子径向分布函数： 以某原子中心作为原点： p0：单位体积中原子的平均个数 即平均数值密度 p(r):离原点r处的平均数值密度 g(r):离原点r处原子出现的几率 气体 短程无序，长程无序 晶体 短程有序，长程有序 液体 非晶 可以看出，非晶态的分布函数与完全无序分布的气态和长程有序的晶态的分布函数差别很大，与液态相似。这说明非晶态在结构上与液态相似，原子排列是短程有序的。非晶态的第一峰更尖，说明非晶态的短程有序比液态更突出。从总体结构上非晶态是长程无序的，在宏观上可将其看作均匀、各向同性的。 4 非晶态材料在微观结构特征： (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，但没有长程序结构。 (2) 非晶态材料的电子衍射是漫散的中心衍射斑点。X射线衍射图上非晶没有特征峰。但由于短程有序，仍存在择优性衍射，出现非晶态馒头峰。 非晶体的电子衍射花样 单晶是一套排列整齐的衍射斑点，斑点分布在平行四边形 网络格点上。多晶是取向不同的几套衍射斑点（晶粒变小， 成环），非晶没有环。 (a)单晶体 (b)多晶体 I 气体：近程无序，远程无序，在进行X射线分析时，只