非晶态与准晶材料.pptxVIP

第六章 非晶态与准晶材料;6.1 非晶态材料 6.2 准晶材料 ;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，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。 ;气体、液体——无序结构; 非晶：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;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。;3 比较气态、液态、非晶态、晶态中原子分布;;p0：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;液体;4 非晶态材料在微观结构特征：;(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。;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。;;非晶体材料：近程有序，远程无序，由于近程原子的有序排列，在配位原子密度较高原子间距对应的 2θ 附近产生非晶散射峰。近程原子有序度越高，则配位原子密度较高，原子间距对应的非晶散射峰越强，且散射峰越窄。;; 实际晶体：由于存在晶体缺陷等破坏晶体完整性的因素，导致衍射谱线的峰值强度降低，峰形变宽。; （3）非晶材料在电子显微镜下看不到晶粒间界、晶格缺陷等形成的衍衬反差。; 由于目前还不能唯一并精确的确定非晶固体中原子的三维排列情况，故只能采用模型方法勾画可能的原子排布，然后将由模型得出的性质与实验比较，再据此修改模型，最终确定非晶固体的组成，并由建立的模型来讨论??晶态固体的微观结构。我们在此只介绍两种简单流行的结构模型。; 1 微晶模型 微晶模型的基本思想是： 非晶材料是有非常小的“微晶”组成，大多数原子与其最近邻原子的相对位置与晶体情形完全相同，从这个角度看非晶态结构和晶态结构相似，只是晶粒尺寸只有几埃到几十埃，体现了短程有序。 长程有序性消失主要是因为这些微晶取向杂乱、无规则。; 2 硬球无规堆积模型 ;(a)四面体 (b)八面体 (c)三棱柱（3个半 八面体） (d)阿基米德 反棱柱（2个半八面体） (e)四方十二面体;类型;三.非晶态材料的制备;制备非晶态固体必须解决下述两个问题：; 一般的非晶态形成存在气态、液态和固态三者之间的相互转变。图中粗黑箭头表示物态之间的平衡转变。空心箭头表示非晶态转变。 ;对于非晶态，从固态到液态，一般没有明显的熔化温度，存在一个玻璃化温度Tg。;非晶态的形成：热力学上，只有当液体（熔体）冷却温度在玻璃化温度Tg以下时，非晶态才趋于稳定。;若要从液态的冷却中形成非晶态材料：控制形成晶核。 在液体凝固时要抑制晶体相的形核，要求熔体从熔点Tm以上凝固时，快速越过晶体形成温度Tm而进入玻璃转化温度Tg，这样液体的无序状态就被保存下来，成为非晶的固态。; 非晶态形成中需要考虑的因素： 一方面需要液体（熔体）冷却温度在玻璃化温度Tg以下时，非晶态才能形成。 另一方面需要较高冷却速率才能阻止成核和晶核生长。 ; 以 VL/V=10-6为判据， 若达到此值，析出的晶体就可以检验出； 若小于此值，结晶可以忽略，形成非晶态。;绘制时间（Time）-温度（Temperature）-转变(Transation)的“TTT曲线”。;临界冷却速率：;几种金属及合金的熔点Tm、玻化温度Tg、临界冷却速度Rc;四.非晶态材料制备;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。;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。; 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。;1、力学性能 ;表 非晶态合金的机械性能 ;2 耐蚀性能 应用：耐腐蚀管道、电池电极、海底电缆等。 非晶态材料比相同成分的晶态材料具有强