金属玻璃及其研究新进展范本.ppt

微观结构 在微观结构上,金属玻璃更像是非常黏稠的液体.金属玻璃因此又被称作“被冻结的熔体”。 金属玻璃拥有无序的原子堆积结构，这和普通金属中的原子晶格结构完全不同。 高分辨透射电子显微镜拍摄得到的照片 　　大部分的金属在冷却时都会结晶，把它们的原子排列成有规则的图案，叫做格构 (lattice)。但如果结晶不出现，原子便会随机排列(random arrangement)，成为金属玻璃 (metallic glass)。普通玻璃的原子也是随机排列，但它不是金属。 优选 * 主要物理特性 不象玻璃，一般不透明 机械性能(mechanical)：高强度、高硬度、耐摩擦和高弹性，不易破碎和不易变形 (deform) 软磁性(magnetic) 耐腐蚀性 广泛应用： (a) Zr基块体金属玻璃制造的商业化高尔夫球头; (b) 用块体金属玻璃制备的手机的外壳; (c) 放在手指上的由块体金属玻璃制备的微小齿轮 优选 * 　　金属玻璃家族的屈服强度分布于从0.5GPa到6GPa的范围，而已知的铁基或钴基金属玻璃强度一般为3~6GPa。 也就是说， 假如拿一个重约1.5吨的小汽车来说，如果用普通钢材支撑它，大概需要7~10根直径2毫米的钢筋，而改用铁基金属玻璃我们只需要1根就够了。 主要物理特性 金属玻璃的强度有多高呢？ 无序结构 有序结构 优选 * 背景：大多数金属在冷却时会突然出现结晶现象，所以需要非常快的冷却。——急冷 目前：生产的金属玻璃是比较薄或者比较细的。 难点：制造厚的、笨重形状的块体金属玻璃。 主要存在的问题：在基础研究方面,非晶的结构表征、玻璃转变以及形变机制是金属玻璃中三大有挑战性的基本科学问题,至今仍然是未解之谜,它们制约了块体金属玻璃材料研究的进一步发展。 主要制备方法 注：块体金属玻璃(bulkmetallicglass)通常是指3维尺寸都在毫米以上的金属玻璃。 优选 * 典型大块金属玻璃样品：(a)Mg-Cu-Y 金属玻璃；(b)直径超过 70 mm 的金属玻璃棒；(c)公斤级别的Zr-Ti-Cu-Ni-Be 金属玻璃；(d)中国科学院物理研究所制备的金属玻璃。 块体金属玻璃材料 我国在这方面处于领先地位： 优选 * 1.甩带法 工艺流程 首先将破碎并清洗后的母合金在高真空氩气保护气氛下感应加热熔化。 利用惰性气体将合金液体喷射到高速旋转的铜辊上，合金液遇到铜辊将迅速凝固并借助离心力抛离辊面，得到连续薄带。 甩带法是制备金属玻璃条带最常用的方法之一 优选 * 甩带法可以获得105～106K／s的高冷却速率，因此能大大抑制晶体相析出，从而得到完全金属玻璃材料。 甩带机 优选 * 2.铜模吸铸法 工艺流程 将合金放入磁悬浮电炉中, 通电流加热 待合金完全熔化均匀后将铜模向下移动 等石英管伸入到熔融合金中时打开阀门, 利用压力罐和熔融合金表面之间的压差把熔融合金快速吸入铜模 熔体在铜模中快速激冷得到所需试样. 优选 * 制得样品示意图 优点：电弧熔炼合金无污染、均匀性好, 铜模冷却速率较快, 制备效率高 缺点：制备的样品尺寸比较小 优选 * 3.水淬法 工艺流程 将合金原料封装在一个石英管中，预抽成高真空后充入氩气保护，用高频感应炉加热。 合金熔化之后，迅速将其连同石英管浸入水中，实现冷却。 水淬法工艺简单、设备要求不高、成本低廉，适合大直径柱状样品的制备，其缺点是其冷却速率较低，一般适用于玻璃形成能力强的合金体系。 B2O3包覆水淬法制备的直径25mmPd40Ni40P20非晶圆柱。 优选 * 4.浇铸法 工艺流程 首先将母合金在高真空氩气保护气氛下感应加热熔化。 熔化均匀且具有一定过热度的情况下直接将合金熔体浇注入铜模中，冷却后形成柱状样品。 浇铸法一般用于对玻璃形成能力较强的合金体系。 优点：制备过程简单，冷却速率较快，效率高，还可以浇注一定形状的样品，可批量生产。 缺点：但易于形成气孔, 且样品的尺寸有限。 翻转浇铸炉 优选 * 5. 吹铸法 6. 电磁振动法 7. 放电等离子烧结法 8. 其他 其余制备方法 人们也对其应用研究进行了广泛探讨。 优选 * 下面是2013年一篇来自Advanced Functional Materials的文章，其中介绍了利用金属玻璃通过电化学的方法获得形貌不同的纳米结构。 首先是金属玻璃制备 将高纯的镍、钯、磷、硼装入石英管，抽成高真空后加热融化（用B2O3作助熔剂） 在熔融的样品达到1000℃后，采用水淬法迅速冷却降温获得金属玻璃 水淬法制备 金属玻璃应用研究新进展 优选 * 首先，将该金属玻璃放置在一个经典的电化学测量三电极系统中，金属玻璃作为工作电极，Hg/HgO电极作为辅助电极，标准氢电极（SHE）作为参比