不透明玻璃显现出的曙光——块体金属玻璃的发现与应用

在足够高的冷却速度下，如同其他大多数物质一样，金属合金溶体在冷冷却到室温的过程中能够经过玻璃化转变过程变成非晶态固体——金属玻璃。金属玻璃因其具有许多优异和独特的物理、化学和力学性能而一直受到很大的关注。在过去，由于玻璃形成能力的限制，金属合金只能制成厚度为数十数米的薄带状金属玻璃，因而其应用范围受到极大的限制。通过对金属合金的组成、溶体的过冷与稳定性及玻璃形成能力的关系研究，人们用常规的方法在较低的冷却速度下就能在许多金属合金体系中形成三给尺度都达毫米至数厘米的块体金属玻璃，这为金属玻璃获得广泛的应用奠定了基础。     

不透明玻璃显现出的曙光--块体金属玻璃的发现与应用

在足够高的冷却速度下,如同其他大多数物质一样,金属合金熔体在冷却到室温的过程中能够经过玻璃化转变过程变成非晶态固体--金属玻璃.金属玻璃因其具有许多优异和独特的物理、化学和力学性能而一直受到很大的关注.在过去,由于玻璃形成能力的限制,金属合金只能制成厚度为数十微米的薄带状金属玻璃,因而其应用范围受到极大的限制.通过对金属合金的组成、熔体的过冷与稳定性及玻璃形成能力的关系研究,人们用常规的方法在较低的冷却速度下就能在许多金属合金体系中形成三维尺度都达毫米至数厘米的块体金属玻璃,这为金属玻璃获得广泛的应用奠定了基础.     

合金非晶态结构的形成条件

非晶态合金又名“金属玻璃”,其结构类似于一般的玻璃,其原子的三维空间呈拓朴无序状的排列,它没有晶界,堆垛层错等缺陷存在,是一种非常均匀的组织.非晶态合金所表现出的优异性能(机械、物理和化学性能),已引人注目,它是近代极有发展前途的新型合金材料. 目前在制备非晶态合金的方法中,有溅射法、液态轧制法等多种,方法繁多,但按其基本原理归纳起来主要是液态淬火法,即将熔融的合金将其快速喷射到冷衬底上急冷.因此对液态淬火法形成非晶态的机理,是当代金属物理学上广泛研究的一项重要课题.有人[1]曾提出非晶态合金的形成和稳定性问题是决定…     

非晶态物理讲座 第三讲 非晶态金属的结构转变与动力学

在本文中我们将讨论从液态到非晶态(玻璃态)的转变,非晶态金属的结构弛豫、结晶及其动力学. 一、从液态到非晶态的转变 由熔体淬火凝固而形成的玻璃态金属可以认为是一种冻结的液态结构,它的性质和结构与其热历史有关.为了说明液态金属-非晶态金属的转变,图1给出了容易形成玻璃     

离子注入法制备非晶态合金

一、前 言 非晶态金属具有特异的结构[1]和性能[2],当前已引起材料科学技术工作者的广泛兴趣.非晶态金属的形成和稳定性的研究是凝聚态物理学的一个重要方面.至今制备非晶金属的方法有气相沉积法(冷却速率1015K/sec),液态急冷法(冷却速率10～6-10～9K/sec)和激光上釉法(冷却速率 109K/sec).这些方法的一个共同特点是将特定成分的气相或液相的金属合金急速的冷却,使原气相或液相物质的杂乱无章的原子排列还未来得及有序化成晶体状态之前就凝成固相,从而呈现为非晶态. 随着物理学的进展,最近的试验研究表明,用离子注入的方法也可以制成非晶…     

对非晶态合金结构与成分的一点探讨

在通常的工艺条件下(冷却速度约 106℃/s),人们已从实验上制备出若干非晶态合金系列,并对形成非晶态合金成分范围作了分类[1]:对过渡金属与类金属,溶质原子成分在15-25 at %较容易形成非晶态合金;对金属与金属,溶质原子成分在25—50at%亦较容易形成非晶态合金;但溶质原子成分低于 15at% 或高于50at%,形成非晶态合金较难. 本工作是在Polk和 Bennett[2,3] 等人工作的基础上,提出一种新的结构模型──菱面体单元模型,认为非晶态的结构是以菱面体单元无规堆积而成的结构.本文由菱面体单元模型计算出的合金成分与实验获得的合金成分相吻合,并解…     

非晶态物理讲座 第五讲 非晶态磁性的研究

一、前 言 非晶态材料的磁性研究,在二十多年前还是个不引人注目的课题.但自1959年,美国加州理工学院的Duwez教授第一次以每秒一百万度的冷却速率对金属熔滴淬火,得到非晶态金属样品以来[1],就大大丰富了非晶态材料的研究范围.特别是1970年,由于陈鹤寿等发明了用高速转动的双辊     

高压淬火直接形成Pd-Si块状纳米晶合金

介绍通过液态合金的高压淬火直接形成Pd-Si块状纳米晶合金的方法及其研究结果.X射线衍射及高分辨电子显微镜分析表明,Pd-(?)Si-(?)合金在低于5.0GPa的压力下以100K/s的冷却速率淬火时形成普通晶粒组织.而当在5.0至6.5GPa的压力下以同样的冷却速率淬火时,得到了晶垃尺寸为30—40nm的块状纳米晶合金.采用这种方法制备的Pd-Si块状纳米晶合金具有高密度、无微孔及晶界间无杂质的特点. 关键词：     

非晶态物理讲座 第一讲 非晶态材料的结构

1960年 Pcl Duwez等用喷枪法获得非晶态Au-Si合金以来,金属玻璃的研究取得了显著的成绩.近几年来,非晶硅太阳能电池等方面取得的进展,引起了许多科学工作者对非晶态材料注意.本来自然界中就存在天然的非晶态材料,如火山熔岩冷却中形成的某些玻璃态物质.人类制造和使用氧化物玻璃已有悠久的历史.约四十年前,人们用真空蒸发、溅射、电解等方法也得到过某些金属的非晶态薄膜.塑料等材料问世后更大大增加了人们使用的非晶态材料的品种.可是从科学发展的过程看,以前人们对固态材料的研究主要集中在晶体,从理想晶体开始逐渐发展到对各种晶体缺陷…     

关于非晶态合金的结构相变问题

近年来对非晶态合金的研究,无论从基础研究的角度,还是从应用的角度发展都很迅速.非晶态合金的力学、半导体、磁学、超导性、声学、抗腐蚀和抗辐射等性能都很优异,而且常常综合了几方面的优点,是很有希望的新材料. 制备非晶态材料,无论是以原子团形式的淀积(蒸发、溅射或电镀等),还是从液态的固化,很高的冷却速率都是重要条件之一.图1是过冷液态中晶体成核、生长速率的温度关系.山图可见,当液态金属冷却到熔点Tm以下时,首先出现生长速率的极大值,但这时的成核率还很小,当然谈不上生长;而当温度下降到成核率极大时,由于材料的粘度已相当大,…     

永磁性Pr55Al12Fe30Cu3 大块金属玻璃

报道一个新的Pr55Al12Fe30Cu3 大块金属玻璃.采用铜模吸铸法制备了直径为5 mm、长度达100 mm的Pr55Al12Fe30Cu3 大块金属玻璃.差示扫描量热分析结果表明在该Pr基大块金属玻璃体系具有宽达64 K左右的过冷液相区，而且该合金呈非晶态时的熔化温度要比相应晶态样品的熔化温度高约140 K.磁滞回线测量表明非晶态Pr55Al12Fe30Cu3 块体合金在室温下呈现永磁特性，而完全晶化后样品在室温下呈现软磁特性. 关键词： 大块金属玻璃 玻璃转变 晶化 永磁性     

非晶态磁性材料的优异特性

非晶态磁性材料(磁性玻璃),这个名词人们还是生疏的.因为人们经常使用的磁性材料虽然种类很多,可是微观结构都属于结晶态.其原子排列长程有序,具有一定的晶格结构及相应的对称性. 然而,能否将材料制备成原子“混乱”排列、不具有长程有序的结构呢?随着研究工作的深入,近年来“玻璃半导体”,“玻璃超导体”,“金属玻璃”等纷纷出现,磁性玻璃也是其中之一,这些材料都以优异的特性而具有魅力. 例如,含铬的非晶态金属材料,具有非凡的抗腐蚀能力.图1即为非晶态Fe70Cr10P13C7,合金与不锈钢置于同样的腐蚀条件下,腐蚀速度的对比. 非晶态合金还具…     

二元液态金属Cu-Ni和Ag-Cu凝固过程的分子动力学模拟研究

用Quantum Sutton-Chen多体势对Ag6Cu4和CuNi液态金属凝固过程进行了分子动力学模拟研究.在冷却速率2×1012到2×1014K/s范围内,CuNi总是形成fcc晶体结构,而Ag6Cu4总是形成非晶态结构.考虑到CuNi及AgCu中原子半径之比分别为1.025和1.13,那么模拟结果证实了原子的尺寸差别是非晶态合金形成的一个主要影响因素.此外采用键对及原子多面体类型指数法对凝固过程中微观结构组态变化的分析,不但能说明二十面体结构在非晶态合金形成和稳定性中所起的关键作用,又有助于对液态金属的凝固过程、非晶态结构特征的深入理解.     

HT—6B等离子体对金属玻璃的辐照效应

金属玻璃是由熔态经急冷淬火形成的非晶态金属,具有很高的力学强度和良好的抗腐蚀、耐辐照性能。关于中子、质子、电子和He、Ar离子等分别对金属玻璃的辐照损伤效应已有一些研究报道。托卡马克装置中的等离子体辐照是一种十分复杂的过程,它包括有质子、电子、光子、氘核和少量杂质重离子与中性粒子的混合辐照。本工作研究了某些金属玻璃在托卡马克装置真空器壁处经等离子体辐照以后的结构变化,探索金属玻璃用于托卡马克核聚变装置真空器壁的可能性。     

用X射线衍射法测定非晶态金属的结构

自从1960年前后 Pol Duwez[1]发展了由液态快速冷却金属的技术之后,非晶态金属和合金的研究引起国内外的广泛重视.目前已有近百种金属和合金可以具有非晶态的结构[2].非晶态合金的许多物理性质与晶体有显著差别.有些非晶态合金具有优异的力学性能、磁性或其他特性,这就为研制新材料提供了新的途径.非晶态材料的多种物理性质是与它的微观结构密切相关的,因此非晶态的结构研究是研究这类材料的重要方面. 非晶态结构的实验研究和测定,主要是用衍射分析法,即使用波长与原子间距相近的X射线、电子或中子来照射样品,考察其相干散射的空间分布.得…     

非晶态合金带中内应力场的形成和磁各向异性的分布

本文中分析了从高温合金熔体快速淬火形成非晶态合金带的固化过程。指出非晶态合金带的不同部位在固化过程中,具有不同的固化推进方式,从而形成不同的区域应力场。从理论上计算了非晶态薄带中不同区域的内应力场和应力磁各向导性。计算的结果及其推论能很好地解释观察到的非晶态铁滋合金带的磁畴结构和实验现象。 关键词：     

非晶态二元合金模型偏干涉函数的计算及应用

本文从计算非晶态材料散射强度的Debye方程,推导出非晶态二元合金模型的Faber-Ziman偏干涉函数计算公式。利用这些公式,计算了Fe₈₃B₁₇和Ni₆₄B₃₆金属玻璃模型的S_FeB(Q)和S_NiB(Q),并和实验结果及模型计算的偏散射强度I_FeB(Q)和I_NiB(Q)作了比较。文中还计算了Hg₂Na液态合金模型的偏干涉函数,并把它们外推到零衍射角时的数值。最后讨论了具有化学短程序合金的全干涉函数在零衍射角附近的行为。 关键词：     

非晶态合金与氢相互作用的研究进展

非晶态合金在力学性能、耐磨耐蚀性、磁性等方面比传统晶态合金具有显著优势,是一类有优良应用前景的新型结构与功能材料.非晶态合金与氢相互作用可以产生很多有趣的物理化学现象和应用.本文从物理基础和材料应用两个方面评述非晶态合金和氢相互作用的研究进展,在物理基础研究方面,从氢在非晶态合金中的存在状态出发,讨论氢在非晶态合金中的溶解、分布、占位和扩散等相关物理问题,进而分析氢对非晶态合金的热稳定性、磁性、内耗、氢脆等的影响.在材料应用研究方面,对非晶态储氢合金、非晶态合金氢功能膜、吸氢改善非晶态合金的塑性和玻璃形成能力、氢致非晶化、利用非晶态合金制备纳米储氢材料等方面的研究进展进行评述.最后总结并展望有关非晶态合金与氢相互作用的研究和应用.     

关于《非晶态金属的结构转变与动力学》一文的讨论

编辑同志: 对载于《物理》 1983年第 1期的《非晶态金属的结构转变与动力学》一文,其中关于TTT图所反映的非晶态金属的结晶行为,我觉得有一点需要补充. 该文认为,过冷液体沿文中图4中a淬火,避开了TTT曲线的“鼻端”,可以形成玻璃,而沿途径 b连续加热,则在Tx处开始结晶.仔细考查TTT图就会发现这种说法不够确切. TTT曲线是理论计算的结果[1].首先由实验求得过冷液体的粘度和相应晶体的熔融焓,然后由计算在给定过冷度下形成10-6晶体所需的时间.式中I和U分别为形核速度和晶体生长速度.计算中假设,熔体以无穷大的速度由熔点以上冷却到所讨…     

非晶态Zr-Si合金的超导临界温度

测量了采用Melt-Spinning方法制备的非晶态合金Zr_(100-x)Si_x(8.8≤x≤15.3)的超导临界温度与Si浓度的关系.发现:在上述组分范围内,T_c以0.18K/(at.％)的速率随着Si含量增加而线性地下降.经外推到x=0,得非晶态纯Zr的T_c应为5.15K,与Onn et:al根据Fe-Zr合金的低温比热测量结果作理论外推所得的值十分一致.研究了非晶态合金Zr_(87.7)Si_(12.3)分别在310、370、415和445℃下作等温热处理对T_c的影响.结果表明,其结构弛豫行为与金属-金属型Zr基合金的大为不同.T_c的变化速率大且不遵从Int规律;随着热处理的进行,T_c较快地就趋向于饱和.伴随着结晶化的开始,T_c则以一大得多的速率下降.结合DSC等测量结果,对Zr-Si合金的结构弛豫和结晶化行为进行了讨论.