1、第七章第七章 非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金v非晶態(tài)合金的分類非晶態(tài)合金的分類v非晶態(tài)金屬的發(fā)展歷史非晶態(tài)金屬的發(fā)展歷史v非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點v非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)金屬的制備v非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用一、非晶態(tài)金屬合金的分類一、非晶態(tài)金屬合金的分類非晶態(tài)合金 非晶態(tài)合金統(tǒng)稱為非晶態(tài)合金統(tǒng)稱為“金屬玻璃金屬玻璃”。以極高的速度使熔融狀。以極高的速度使熔融狀態(tài)的合金冷卻，凝固后的合金呈玻璃態(tài)，即長程無序狀態(tài)。態(tài)的合金冷卻，凝固后的合金呈玻璃態(tài)，即長程無序狀態(tài)。 可分為兩大類：可分為兩大類： （1 1）金屬金屬型非晶態(tài)合金）金屬金屬型非晶態(tài)合金 這類非晶態(tài)合金主要

2、是含這類非晶態(tài)合金主要是含ZrZr （2 2）金屬類金屬型非晶態(tài)合金金屬類金屬型非晶態(tài)合金 這類非晶態(tài)合金主要是由過渡金屬與這類非晶態(tài)合金主要是由過渡金屬與B B或和或和P P等類金屬等類金屬組成的二元或三元，甚至多元的非晶態(tài)合金組成的二元或三元，甚至多元的非晶態(tài)合金二、非晶態(tài)金屬的發(fā)展歷史二、非晶態(tài)金屬的發(fā)展歷史非晶態(tài)合金1 1、非晶態(tài)金屬的發(fā)展簡史、非晶態(tài)金屬的發(fā)展簡史2 2、我國非晶態(tài)金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀、我國非晶態(tài)金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀 1934 1934年年 德國人克雷默采用蒸發(fā)沉積法首先發(fā)現(xiàn)了附著德國人克雷默采用蒸發(fā)沉積法首先發(fā)現(xiàn)了附著在玻璃冷基底上的非晶態(tài)金屬膜在玻璃冷基底上的非晶態(tài)金

3、屬膜 1959 195919601960年間年間 真正標志著非晶態(tài)金屬的誕生真正標志著非晶態(tài)金屬的誕生 1960 1960年年 提出非經(jīng)態(tài)金屬具有鐵磁性，提出非經(jīng)態(tài)金屬具有鐵磁性，19651965年被證實年被證實 1971 1971年年 非晶態(tài)合金首次進入市場非晶態(tài)合金首次進入市場 1980 1980年年 非晶態(tài)金屬作為催化劑開展了大量研究非晶態(tài)金屬作為催化劑開展了大量研究三、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點三、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點非晶態(tài)合金1 1、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)（1 1）內(nèi)部原子排列短程有序而長程無序）內(nèi)部原子排列短程有序而長程無序 主要特點主要特點7-1 7-1 氣體、液體和固體的

4、原子分布函數(shù)氣體、液體和固體的原子分布函數(shù)三三、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點非晶態(tài)合金(2)(2)均勻性均勻性 顯著特點顯著特點 一層含義：一層含義：結(jié)構(gòu)均勻、各向同性結(jié)構(gòu)均勻、各向同性，它是單相無定形，它是單相無定形結(jié)構(gòu)，沒有象晶體那樣的結(jié)構(gòu)缺陷，如晶界、孿晶、結(jié)構(gòu)，沒有象晶體那樣的結(jié)構(gòu)缺陷，如晶界、孿晶、晶格缺陷、位錯、層錯等。晶格缺陷、位錯、層錯等。 二層含義：二層含義：成分均勻性。成分均勻性。在非晶態(tài)金屬形成過程中，在非晶態(tài)金屬形成過程中，無晶體那樣的異相、析出物、偏析以及其他成分起伏無晶體那樣的異相、析出物、偏析以及其他成分起伏（3 3）熱力學(xué)不穩(wěn)定性）熱力學(xué)不穩(wěn)定性體

5、系自由能較高，有轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的傾向體系自由能較高，有轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的傾向2 2、非晶態(tài)金屬結(jié)構(gòu)模型、非晶態(tài)金屬結(jié)構(gòu)模型（1 1）微晶模型）微晶模型三三、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點非晶態(tài)合金（2 2）拓撲無序模型）拓撲無序模型三三、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點、非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點非晶態(tài)合金7.2 7.2 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型四、非晶態(tài)金屬的制備四、非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)合金1 1、非晶態(tài)的形成條件、非晶態(tài)的形成條件制備非晶態(tài)材料必須解決兩個關(guān)鍵問題：制備非晶態(tài)材料必須解決兩個關(guān)鍵問題：一是必須形成原子（或分子）混亂排列的狀態(tài)一是必須形成原子（或分子）混亂排列的狀態(tài)二是將這種熱力學(xué)上的

6、亞穩(wěn)態(tài)在一定溫度范圍二是將這種熱力學(xué)上的亞穩(wěn)態(tài)在一定溫度范圍內(nèi)保存下來，使之不向晶態(tài)轉(zhuǎn)變內(nèi)保存下來，使之不向晶態(tài)轉(zhuǎn)變四、非晶態(tài)金屬的制備四、非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)合金比熱容比熱容溫度溫度T Tg g T Tm m液體液體過冷液體過冷液體玻璃態(tài)玻璃態(tài)晶態(tài)晶態(tài)7-3 7-3 液態(tài)金屬凝固時比熱容的變化液態(tài)金屬凝固時比熱容的變化對純金屬而言，臨界冷速一般為對純金屬而言，臨界冷速一般為10108 8 K/s,K/s,而合金而合金10106 6 K /sK /s四、非晶態(tài)金屬的制備四、非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)合金2 2、非晶態(tài)金屬的制備方法、非晶態(tài)金屬的制備方法制備原理制備原理：使液態(tài)金屬以大于臨界冷卻速

7、度急速冷：使液態(tài)金屬以大于臨界冷卻速度急速冷卻，使結(jié)晶過程受阻而形成非晶態(tài)；將這種熱力學(xué)卻，使結(jié)晶過程受阻而形成非晶態(tài)；將這種熱力學(xué)上的亞穩(wěn)態(tài)保存下來冷卻到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度以下而上的亞穩(wěn)態(tài)保存下來冷卻到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度以下而不向晶態(tài)轉(zhuǎn)變。不向晶態(tài)轉(zhuǎn)變。（1 1）驟冷法）驟冷法基本原理：先將金屬或合金加熱熔融成液態(tài)，然基本原理：先將金屬或合金加熱熔融成液態(tài)，然后通過各種不同的途徑使它們以后通過各種不同的途徑使它們以10105 510108 8 K/sK/s的高的高速冷卻，致使液態(tài)金屬的無序結(jié)構(gòu)得以保存下來速冷卻，致使液態(tài)金屬的無序結(jié)構(gòu)得以保存下來而形成非晶態(tài)。而形成非晶態(tài)。采用此法制備的非晶態(tài)合金通

8、常具有高強度、高硬采用此法制備的非晶態(tài)合金通常具有高強度、高硬度、高耐蝕性和其它優(yōu)異的電磁性能。度、高耐蝕性和其它優(yōu)異的電磁性能。四、非晶態(tài)金屬的制備四、非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)合金（2 2）化學(xué)還原法）化學(xué)還原法基本原理：用還原劑基本原理：用還原劑KBHKBH4 4( (或或NaBHNaBH4 4) )和和NaHNaH2 2POPO4 4分別分別還原金屬的鹽溶液，得到非晶態(tài)合金還原金屬的鹽溶液，得到非晶態(tài)合金 (3)(3)沉積法沉積法由該法制備的非晶態(tài)合金組成不受低共熔點的限制。由該法制備的非晶態(tài)合金組成不受低共熔點的限制。通過蒸發(fā)、濺射、電解等方法使金屬原子凝聚或沉通過蒸發(fā)、濺射、電解等方法

9、使金屬原子凝聚或沉積而成。積而成。(4)(4)化學(xué)鍍法化學(xué)鍍法四、非晶態(tài)金屬的制備四、非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)合金非晶態(tài)金屬合金的電沉積有兩大優(yōu)點非晶態(tài)金屬合金的電沉積有兩大優(yōu)點: : 首先從實首先從實用的角度，這些合全都具有較高的機械強度和硬用的角度，這些合全都具有較高的機械強度和硬度，優(yōu)異的磁性能，較好的耐腐蝕能力和電催化度，優(yōu)異的磁性能，較好的耐腐蝕能力和電催化活性?；钚?。其次在理論意義上，合金的電沉積往往屬于異常其次在理論意義上，合金的電沉積往往屬于異常共沉積或誘導(dǎo)共沉積的類型。共沉積或誘導(dǎo)共沉積的類型。利用激光，離子注入、噴鍍、爆炸成型等方法使利用激光，離子注入、噴鍍、爆炸成型等方法使

10、材料結(jié)構(gòu)無序化。材料結(jié)構(gòu)無序化。已廣泛應(yīng)用于制造各種特殊的功能材料。已廣泛應(yīng)用于制造各種特殊的功能材料。四、非晶態(tài)金屬的制備四、非晶態(tài)金屬的制備非晶態(tài)合金3 3、影響非晶態(tài)合金形成的幾個因素、影響非晶態(tài)合金形成的幾個因素（1 1）合金中類金屬的含量）合金中類金屬的含量隨類金屬含量的增加，非晶態(tài)合金的形成傾向和穩(wěn)隨類金屬含量的增加，非晶態(tài)合金的形成傾向和穩(wěn)定性提高定性提高（2 2）原子尺寸差別）原子尺寸差別原子尺度增加則非晶態(tài)合金形成傾向和穩(wěn)定性增加原子尺度增加則非晶態(tài)合金形成傾向和穩(wěn)定性增加五、非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用五、非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用非晶態(tài)合金1 1、力學(xué)性能、力學(xué)性能非晶態(tài)合金的

11、硬度、強度、韌性和耐磨性明顯高于普非晶態(tài)合金的硬度、強度、韌性和耐磨性明顯高于普通鋼鐵材料。鐵基和鎳基非晶態(tài)金屬的抗張強度可達通鋼鐵材料。鐵基和鎳基非晶態(tài)金屬的抗張強度可達40004000MPaMPa左右，鎳基的非晶也可達到左右，鎳基的非晶也可達到35003500MPaMPa左右，都左右，都比晶態(tài)鋼絲材料高。比晶態(tài)鋼絲材料高。五五、非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用、非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用非晶態(tài)合金2 2、軟磁特性、軟磁特性無序無序 不存在磁晶各向異性不存在磁晶各向異性 易于磁化易于磁化沒有位錯、晶界等缺陷沒有位錯、晶界等缺陷 磁導(dǎo)率、飽和磁感應(yīng)強磁導(dǎo)率、飽和磁感應(yīng)強度高；矯頑力低，損耗小度高；矯頑力低，損耗小是理想的軟磁材料。是理想的軟磁材料。3 3、化學(xué)性能、化學(xué)性能（1 1）耐蝕性）耐蝕性五五、非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用、非晶態(tài)金屬性能特點及應(yīng)用非晶態(tài)合金（2 2）催化性能）催化性能 非晶態(tài)金屬表面能高，可連續(xù)改變成分，具有明非晶態(tài)金屬表面能高，可連續(xù)改變成分，具有明顯的催化性能。顯的催化性能。(3)(3)貯氫性能貯氫性能4 4、光學(xué)性能、光學(xué)性能 金屬材料的光學(xué)特性受其金屬原于的