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…     

非晶态

“非晶态”,在英语中用“Non-Crystalline state”一词,也常写成“Amorphous”或“glassy” 其中“Amo-rphous”是源于“morphology”,有形态学之意,加了词头“A-”成反意词,可译成“无定形”.而“glassy”当然就是“玻璃态”.因此“非晶态”、“无定形”、“玻璃态”三种译名虽有所区别,但常通用.其实际含意即是指原子混乱密堆排列,无长程有序的一大类物质形态. 近年来,对于这类材料的研究工作日益活跃,从氧化物玻璃发展到半导体材料,特别是发展到金属、合金材料,发现了一系列优异的特性,受到各国科学界的重视,发展日新月异.仅以非晶态合…     

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…     

非晶态合金的辐照损伤

非晶态合金也称之为金属玻璃。采用这个有点矛盾的名称,是因为它们在微观上具有类似于玻璃的无规则排列的原子结构,而在宏观上又具有良好的机械强度和光泽等金属特性。非晶态合金通常是熔融状态的金属或合金通过高冷却速率的淬火而制成。在这一淬火过程中冷却速率大于晶核形成和生长的速度,使它们来不及结晶便凝固,而继续保留了类似液体的结构。     

金属玻璃流变的扩展弹性模型

玻璃-液体转变现象,简称玻璃转变,被诺贝尔物理学奖获得者安德森教授评为最深奥与重要的凝聚态物理问题之一.金属玻璃作为典型的非晶态物质,具有与液体相似的无序原子结构,因此又称为冻结了的液态金属,是研究玻璃转变问题的理想模型材料.当加热至玻璃转变温度,或者加载到力学屈服点附近时,金属玻璃将会发生流动.由于热或应力导致的流动现象对金属玻璃的应用具有重要意义.本文简要回顾了金属玻璃流变现象,综述了流变扩展弹性模型的研究进展和未来发展趋势.     

非晶态金属Al中微团簇多面体结构及其演变规律的模拟研究

对50 000个金属Al原子从液态急冷形成非晶态结构的过程进行了分子动力学模拟研究.采用原子键型和原子团簇类型指数法,发现在其微观结构的转变过程中,与不断增加的1551键型密切相关的二十面体及其缺陷结构的形成起了非常突出的作用.通过各种键型原子团簇的计算,获得团簇多面体结构的分布数据.在可视化的显示下,得到一幅十分清晰的关于团簇多面体结构的特征及其演变的图景.建立了一种简单而有效的团簇多面体结构研究方法.同时也对模拟计算结果的微观机理给出了相应的讨论,这对于深入理解非晶态结构的形成机制及其微观过程,将有重     

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…     

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,…     

冷速对液态金属Na凝固过程中微观结构影响的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Na在四种不同冷速下的快速凝固过程进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数g(r)曲线、Honeycutt-Andersen键型指数法和原子团类型指数法对凝固过程中微观结构的变化进行了分析.结果表明：冷却速率对微结构的转变有决定性影响，当冷速为1.0×10¹⁴和1.0×10¹³K/s时，系统形成以1551和1541键型或以缺陷多面体基本原子团(13 1 10 2)和二十面体基本原子团(12 0 12 0)为主体的非晶态结构；当冷速为1.0×10¹²和1.0×10¹¹K/s时，系统则形成以1441和1661键型或以体心立方基本原子团(14 6 0 8)为主体的晶态结构.同时发现：不同冷速对液态金属Na在液态和过冷态时微观结构的影响甚小；但不同冷速对其固态(非晶态利晶态)时的微观结构有显著的影响，且要在液-固转变点(分别在玻璃转变温度T_g和晶化起始温度T_c)附近或以后才能充分展现出来.根据这一特点，有可能建立另一种确定液态金属T_g和T_c的新方法.原子团类型指数法比键型指数法更有利于研究液态、非晶态等无序体系和一些晶化体系的具体结构特征. 关键词： 液态金属Na 凝固过程 分子动力学模拟 原子团类型指数法     

非晶态物质原子局域连接度与弛豫动力学

非晶态物质的本质及形成过程是凝聚态物理领域最困难也是最有趣的问题之一.非晶形成过程在原子结构上不会衍生出人们在传统晶体结构里所熟悉的长程有序性,因此对于此类在自然界中广泛存在的物质形态,至今还没有有效的实验表征手段和理论研究方法.非晶态物质的原子结构及其构效关系的研究是凝聚态物理和材料科学等众多研究领域所关注的热点问题之一.随着对非晶态物质物性研究的深入,人们逐渐意识到非晶态物质中原子中程序对系统性质的重要影响,建立以中程序为基础的结构-动力学关系对于理解玻璃及玻璃转变的本质起着重要的作用.本文简要综述了基于图论提出的原子局域连接度这一新的结构序参量在液体和玻璃的结构及构效关系研究中的应用.新的结构序参量从过去侧重于关注局域原子团簇的种类和分布,转移到更加关注某一类具有特殊对称性的原子的空间连接情况,即更多地尝试从原子中程序的角度来建立非晶态物质中的构效关系.新的研究结果表明,局域连接度可与非晶态物质中原子的短时或长时动力学行为、输运方式、以及振动模态等一系列物理性质建立联系.     

基于缠结微结构的非晶态玻璃态高分子材料屈服行为的分子动力学研究

非晶态玻璃态高分子材料作为结构材料在工程领域应用广泛,其机械力学性能特别是屈服变形行为受到热处理、加载应变率和环境温度的影响.采用分子动力学模拟方法研究非晶态玻璃态高分子材料不同工况下的单轴拉伸变形,基于分子链缠结微结构的概念,阐明了非晶态玻璃态高分子材料屈服和应变软化过程的内在变形机制.结果表明,拓扑缠结具有较为稳定的空间结构,难以发生解缠,决定了非晶态高分子材料屈服后的软化平台.由相邻分子链的局部链段相互作用形成的次级缠结在一定外界条件下可发生破坏或重新生成,次级缠结微结构及其演化是非晶态高分子材料发生屈服及软化的内在物理原因.     

非晶态超导性

一、引 言 Buckel 和 Hilsch于1954年发表了他们对非晶态超导性所作的系统的研究工作[1].最近十几年不断发现许多非晶态材料超导临界温度比相应的结晶态材料有很大提高.其超导性也有一些新的特点,因此受到应用和基础研究方面的重视。至今已经发表了不少理论和实验研究工作,同时也提出不少问题,有待进一步从固体和超导性的理论以及实验方面进行研究。 本文中先介绍非晶态简单金属超导性的特点.超导性起因于电子声子相互作用,因此为了理解非晶态超导性的特点,在第三部分分析非晶态电声子相互作用,在第四节部分综述非晶态过渡金属超导性的特点…     

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…     

第四届全国非晶态材料和物理学术讨论会在西安召开

由中国科学院数理学部和中国物理学会联合主办的第四届全国非晶态材料和物理学术讨论会于1985年5月9日至13日在西安市举行.来自全国70多个单位的220余名代表参加了会议.会上就非晶态半导体物理、工艺和物性,非晶态金属的结构,结构弛豫和稳定性,工艺和应用,基础物性及其它等方面内容,分五个学术组交流了约二百篇论文.并就非晶硅、微晶硅研究的现状和展望,国内、外非晶态金属薄带和薄膜的研究和应用,某些非晶态合金的原子和电子结构,金属玻璃的内耗以及非晶态快离子导体等方面组织了16篇专题报告,对普遍感兴趣的问题还组织了专题讨论会.美国从…     

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…     

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…     

非晶态磁性理论综述

研究非晶态磁性理论是近几年才真正开始的.随着对非晶态磁性材料的研究日益深入,应用前景越来越明显,提出了从理论上阐明非晶态材料中磁相互作用和磁性现象特点的要求.更广泛地从整个固体物理的发展上看,从过去对晶体的研究,到对非晶态材料的各种物理性质,如半导性、超导性、磁性等的研究,是固体物理发展的重要方面.过去的固体理论中,晶体的点阵结构可以说是一个很重要的基础.然而现在的实验和理论都表明,对于许多物理性质,这种结构都不是决定性的条件,例如非晶态材料中同样可以形成能带结构,出现超导性、铁磁性或反铁磁性.因此,研究非晶态…     

磁致伸缩换能器非晶态新材料

七十年代后期,对于以过渡金属为基体的金属玻璃,熔旋制作技术有所发展,这导致对这些非晶金属系的磁性进行大量研究.通过测量加磁场下棒形样品的弹性谐振频率,最早观察到很高的磁弹耦合因数.这些材料现已发展为换能器的有效的原料. 金属玻璃是以熔化态投到旋转铜轮而进行快速淬火制成的,形成10—50μm厚的连续带.改变熔金属流的宽度可调节带的宽度,商业制品目前最宽可达6英寸(152.4cm).带的组成大约是80％的金属和20％的“玻璃形成”原素,如B、C、P和Si等.具有最好磁弹性质的合成物,是含有不同玻璃形成体组合的     

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.