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     

氢化金属玻璃Ni_(24.3)Zr_(75.7)H_(0.65)的结构研究

本工作应用X射线大角散射技术测定金属玻璃氢化前后的径向分布函数,以探讨氢化对金属玻璃结构的影响,弄清氢在金属玻璃结构中的位置及其局域环境。     

氢化金属玻璃Ni24.3Zr75.7H0.65的结构研究

本工作应用X射线大角散射技术测定金属玻璃氢化前后的径向分布函数,以探讨氢化对金属玻璃结构的影响,弄清氢在金属玻璃结构中的位置及其局域环境。 关键词：     

源于“团簇-共振”模型的理想金属玻璃电子化学势均衡

理想金属玻璃是指完全满足电子结构稳定性的金属玻璃. 在我们前期工作中提出的“团簇加连接原子"及理想金属玻璃的“团簇-共振"结构模型的 基础上, 本文指出理想金属玻璃应该满足电子化学势均衡判据, 可定量给出团簇与连接原子的比例, 最终确定了理想金属玻璃成分式[团簇](连接原子)_x. 运用此判据, 解析了Cu-Zr基和Co-B基块体金属玻璃, 实验确定的最佳形成能力成分满足电子化学势均衡.     

液态金属和玻璃的若干研究进展

概述了液态金属和玻璃的的结构和性质研究的一些近期发展，如液态金属的原子间相互作用势和结构的普适性描述，二元液态合金的物理性质的计算和金属－－非金属转变的解释，以及玻璃的结构、熔化和弛豫的微观描述。     

强流脉冲离子束辐照对金属玻璃Zr_(53)Al_(23.5)Cu_(5.9)Co_(17.6)结构和性能的影响

利用强流脉冲离子束(High Intensity Pulsed Ion Beam,HIPIB)模拟核聚变装置中的瞬态高热负荷环境,离子束成分为C~(n+)(70%)和H~+(30%)、加速电压为250 k V,研究金属玻璃Zr_(53)Al_(23.5)Cu_(5.9)Co_(17.6)和金属W在不同参数的HIPIB辐照下结构和性能的变化规律以及损伤行为。XRD显示辐照后金属玻璃均保持非晶相为主要结构,金属W中有应力产生。SEM观察在辐照次数为3和10次时金属玻璃和金属W表面都没有明显的辐照损伤现象;当辐照次数增加到100和300次后,金属玻璃表面出现了花瓣状形貌和小球,金属W表面则出现了裂纹。纳米压痕仪测量辐照后金属玻璃的表面纳米硬度随辐照次数的增加逐渐降低。Zr基金属玻璃具有较好的耐辐照性能,对HIPIB辐照时产生强的热应力的缓冲能力比金属W好。     

强流脉冲离子束辐照对金属玻璃Zr_(53)Al_(23.5)Cu_(5.9)Co_(17.6)结构和性能的影响北大核心CSCD

利用强流脉冲离子束(High Intensity Pulsed Ion Beam,HIPIB)模拟核聚变装置中的瞬态高热负荷环境,离子束成分为C^(n+)(70%)和H^+(30%)、加速电压为250 k V,研究金属玻璃Zr_(53)Al_(23.5)Cu_(5.9)Co_(17.6)和金属W在不同参数的HIPIB辐照下结构和性能的变化规律以及损伤行为。XRD显示辐照后金属玻璃均保持非晶相为主要结构,金属W中有应力产生。SEM观察在辐照次数为3和10次时金属玻璃和金属W表面都没有明显的辐照损伤现象;当辐照次数增加到100和300次后,金属玻璃表面出现了花瓣状形貌和小球,金属W表面则出现了裂纹。纳米压痕仪测量辐照后金属玻璃的表面纳米硬度随辐照次数的增加逐渐降低。Zr基金属玻璃具有较好的耐辐照性能,对HIPIB辐照时产生强的热应力的缓冲能力比金属W好。     

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。     

金属玻璃的键态特征与塑性起源

由于缺乏位错、晶界等典型的晶格缺陷,金属玻璃体系中承载力的形变单元为短程序或中程序原子团簇,键的强度及成键方向是影响原子间协调变形能力主要因素.本文通过与晶态合金对比,指出金属玻璃中原子键合方式与宏观力学性能的潜在关系,综述了金属材料电子结构与力学性能内在关系的最新研究进展,并系统介绍了金属玻璃电子结构特征、表征参量和主要测试手段,使读者对金属玻璃体系中原子间的键态特征有较清晰的认识,对进一步探索本征塑性较好的金属玻璃体系具有一定指导意义.     

金属玻璃的热塑性成型

金属玻璃在其过冷液相区内表现出随着温度升高黏度逐渐降低的特性,因此可以对其进行热塑性加工.该性质颠覆了传统金属的加工成型方式,使得其在远低于传统金属材料加工的温度和应力作用下可以按照人们的要求进行成型.因此,一些具有低玻璃转变温度的金属玻璃又被称作金属塑料.另外,由于金属玻璃是一种无序结构材料,不存在位错、晶界等晶体缺陷,且热膨胀系数小,在热塑性成型中具有优异的尺寸精度,因此被认为是理想的微成型材料,有广阔的应用前景.本文系统介绍了金属玻璃的热塑性成型性质及其应用,从热塑性成型的基本概念出发,阐述了金属玻璃热塑性成型能力的评估指标、热塑性成型技术、热塑性微成型及其理论、热塑性微成型的应用等,对认识金属玻璃的热塑性及扩展其应用有重要的意义.     

金属玻璃液体中的强脆转变现象

强脆转变是玻璃形成液体在从低温到高温升温过程中由强性液体转变为脆性液体的现象,反之从高温到低温冷却过程即为脆强转变.由于其意味着液体的结构发生了某种快速、非连续的变化,强脆转变现象成为异常动力学的典型代表.自1999年《Nature》杂志首次报道了水的强-脆转变现象之后,液体的强脆转变现象就作为凝聚态物理和材料科学领域中的前沿和热点问题被广泛关注.越来越多的研究表明,强脆转变现象在金属玻璃形成液体中普遍存在.为阐明金属玻璃强-脆转变现象对于深入理解玻璃转变本质、探讨液固遗传微观结构特征、揭示晶化过程相互竞争规律、提高玻璃形成能力、促进金属玻璃制备和处理工艺标准化等方面的重要意义,综合评述了强脆转变现象在金属玻璃形成液体中的普遍性、特殊性、定量表征、热力学表现以及结构起源等研究领域的最新进展,并指出了该领域今后的发展方向.     

大块金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的耐Ar12+离子辐照性能研究北大核心CSCD

利用能量为3 MeV的Ar12+离子辐照金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64和金属W,研究了金属玻璃的Ar离子辐照损伤,辐照剂量分别为1×1014,1×1015和1×1016 ions/cm2。XRD分析发现在不同剂量辐照下Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64均保持非晶为主要结构。不同剂量辐照后的金属玻璃样品表面没有明显的辐照损伤,而金属W在剂量为1×016 ions/cm2时表面出现大面积不规则的裂纹和孔洞。AFM分析显示Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的表面均方根粗糙度随辐照剂量的增大而增大;辐照后金属玻璃的表面硬度略有降低,而金属W的硬度有所升高。在低于金属玻璃的玻璃化转变温度时,金属玻璃Al7.5Cu17.8Ni10.7Zr64的耐Ar12+溅射能力好于金属W。     

Zr48Cu45Al7大块金属玻璃的原子结构研究

应用同步辐射X射线衍射(XRD)和广延X射线吸收精细结构边方法(EXAFS),结合反蒙特卡罗(RMC)拟合、Voronoi分形技术等对Zr₅₀Cu₅₀二元和Zr₄₈Cu₄₅Al₇三元金属玻璃材料的微观结构进行了系统的研究.结果表明:ZrCuAl三元金属玻璃中Al原子与Zr原子、Cu原子之间存在强相互作用,表现为键长的明显缩短,导致其微观结构中的Voronoi团簇体积普遍小于Zr_{50关键词： 大块金属玻璃 原子结构 玻璃形成能力 同步辐射技术}     

改性新型环氧树脂简介

近年来,光学用胶有了很大的发展,广泛应用于光学仪器粘结工艺。改性新型环氧树脂是很好的光学用胶。它可用于玻璃与玻璃、玻璃与金属、金属与金属以及金属与塑料等零件的粘结固定,这对简化仪器结构、减轻仪器重量是很有意义的。以下介绍几种改性环氧树脂的配制与性能。一、几种改性环氧树脂的配制工艺1.K-153型胶。此胶是由618~#环氧树脂加入620~#聚硫橡胶和聚酯树脂(309~#不饱和聚酯树脂)改     

Fe_80_B_20_,Fe_80_Si_6_B_14_；金属玻璃中近邻原子间的相互作用

用转靶X 射线源及弯晶EXAFS 谱仪测定了价:Fe_80_B_20_及 Fe_80_Si_6B_14_ 金属玻璃中铁的X 射线K 吸收谱. 由EXAFS 谱确定了两种金属玻璃的近邻结构参量. 此外, 通过测定XANES 谱并与纯铁及其有关的化合物Fe_2_B , FeB 中铁的XANES 比较发现: 吸收边能量、“白线”结构等均出现一些变化, 表明两种金属玻璃的近邻原子Fe-B , Fe-s毛以及Fe-Fe 之间的相互作用比铁与硼所形成的稳定化合物中要强, 这对于决定金属玻璃的短程序结构具有重要的作用. 关键词：     

Ca70Mg30金属玻璃形成过程热力学、 动力学和结构特性转变机理的模拟研究

采用分子动力学方法对Ca₇₀Mg₃₀合金快速凝固玻璃形成过程进行了计算机模拟, 深入分析了液-固玻璃转变过程热力学、 动力学和结构特性的转变机理, 对不同方法所确立的玻璃转变温度之间的关系进行了探讨. 结果表明: 本模拟计算所获得的Ca₇₀Mg₃₀金属玻璃的结构因子和玻璃转变温度均与实验结果符合, 而且二十面体局域结构对Ca₇₀Mg₃₀金属玻璃的形成起决定性作用. 由于周围原子形成的瞬时"笼子效应", 过冷液体动力学特性逐渐偏离Arrhenius规律而满足模态耦合理论的幂指数规律. 动力学玻璃转变温度接近于微观结构玻璃转变温度, 但高于热力学玻璃转变温度; 而且它们与理想动力学玻璃转变温度之间满足Odagaki关系.     

金属玻璃Pd79.5Ni4Si16.5结晶化过程的慢正电子束研究

首次用单能慢正电子束研究金属玻璃的晶化过程.测量了金属玻璃Pd_79.5Ni₄Si_16.5淬火态、结构弛豫和结晶化状态样品的正电子湮没辐射多普勒展宽能谱与正电子入射能量的函数关系,结果表明,淬态金属玻璃Pd_79.5Ni₄Si_16.5中存在大量的空位型缺陷,其结晶化过程最先开始于表面层.单能慢正电子束是研究金属玻璃晶化过程的有效手段.     

Pr基大块纳米晶合金及其特性研究

研究了Pr₆₀Al₁₀Ni₁₀Cu₂₀ 大块金属玻璃 的结构和磁性随Fe含量 的变化关系，结果表明Pr基合金逐步从玻璃状态，转变为非晶与纳米晶的复合状态，最后成 为纳米晶合金，Pr基合金的磁性也相应地发生变化.提出了一种通过对大块稀土基金属玻璃 进行Fe掺杂，制备出微观结构和性能具有可调控性的大块纳米晶合金的方法, 并讨论了纳米 晶结构和性能的关系. 关键词： 金属玻璃 大块纳米晶 掺杂     

Fe80B20,Fe80Si6B14金属玻璃中近邻原子间的相互作用

用转靶X射线源及弯晶EXAFS谱仪测定了Fe₈₀B₂₀及Fe₈₀Si₆B₁₄金属玻璃中铁的X射线K吸收谱。由EXAFS谱确定了两种金属玻璃的近邻结构参量。此外,通过测定XANES谱并与纯铁及其有关的化合物Fe₂B,FeB中铁的XANES比较发现:吸收边能量、“白线”结构等均出现一些变化,表明两种金属玻璃的近邻原子Fe-B,Fe-Si以及Fe-Fe之间的相互作用比铁与硼所形成的稳定化合物中要强,这对于决定金属玻璃的短程序结构具有重要的作用。 关键词：     

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.