非晶态材料的制备与加工

4.2 非晶态金属的基本特性
18
温度稳定性
居里温度 对于非晶态磁性材料来说，当温度升高 时，其饱和磁通密度下降。当温度高于居里温度时， 材料变成顺磁性，原有磁性能丧失。
晶体化温度 非晶态材料加热到晶体化温度时，因
原子的扩散会使非晶态材料变为非均质、组成不均
匀的晶体材料。
居里点越高， 晶体化温度越高
磁头 温敏元件
Co-Nb-Zr 系,Co70.3Fe4.7Si15B10,Co-B 系,Fe-Co-Ni-B 系,Co 系 Se+Te,第Ⅳ族金属
磁保护
Co-Fe-Si-B,Fe-B-Si,Fe-Ni-Mn-B,Ni-P,Ni-B 系
饱和扼流圈
Co-Fe-Si-B,Co-Fe-M-Si-B,Co 系
Fe72Cr8P13C7的耐腐蚀性能优于不锈钢 ✓ 某些非晶态材料的热膨胀系数接近于零 ✓ 非晶态材料也具有良好的催化性能
4.1 概述
14
应用
4.1 概述
15
4.2 非晶态金属的基本特性
微观组织特点
• 原子排列随机
• 无晶界以及因界晶过程所产生的晶体缺陷 • 宏观结构各向同性 • 成分波动较小、元素组合范围较宽、单相
降低熔点：合金成分一般在“共晶”点附近，
使合金的熔点远低于纯金属
抑制晶格排列：抑制原子移动，阻碍晶格排列，
合金在冷却时被“冻结”成非晶
4.1 概述
9
Zr-Ti-Ni-Cu-Be精密器件
齿轮
凸轮
成型条件：390℃，6.5×10-4/s 齿轮约800-1000秒完成，凸轮约180秒完成
4.1 概述
10
G(r) 是以任一原子为中心在距离r处找到其 他原子的几率，
r 是距离为r处单位体积中的原子数目，
0 为整体材料中原子平均密度。
4.1 概述
4
微观组织特点
• 原子排列随机 • 没有晶界和因晶界而产生的晶体缺陷 • 宏观结构各向同性 • 成分波动较小、元素组合范围较宽、
是单相的均质固体
Байду номын сангаас
4.1 概述
5
6
冷却速度
须使金属不产生晶核也不发生晶核长大
C曲线
冷却速度高于 临界冷却速度 以上时，金属 不再发生结晶
4.1 概晶述体形成温度与时间的关系
7
临界冷却速度
对于纯金属 高于1010K/s 对于某些合金 103-106K/s
4.1 概述
典型非晶态金属形成时 所需要的冷却速度
8
合金成分
非晶合金元素的重要性质
高能辐射或机械驱动
除了从熔体急冷可获得非晶态之外，晶体材料 在高能幅照或机械驱动（如高能球磨、高速冲 击等剧烈形变方式）等作用下也会发生非晶化 转变，即从原先的有序结构转变为无序结构 （对于化学有序的合金还包括转为化学无序状 态），这类转变都归因于晶体中产生大量缺陷 使其自由能升高，促使发生非晶化
太阳能电池 Bi-Se,Cd-Se
薄膜触媒
Ni-B,Ni-P,Pd-B,Pd-P,Rh-B,Pt-B
4.1 概述
13
4.1.4 非晶态材料的性能与应用
性能
✓ 在结晶态强度较差的合金，通过非晶态化，可提高 强度和韧性
✓ 作为软磁材料可做变压器的铁芯，其磁损耗只相当 于冷轧硅钢片的1/3
✓ 是音质好、长寿命的磁头材料 ✓ 电阻率比一般的铁基或铁镍合金高3～4倍 ✓ 非晶铁基合金具有很好的耐腐蚀性能，例如
的均质固体
• 亚稳态
组织结构
性能特点
4.2 非晶态金属的基本特性
16
4.2.1 稳定性和晶化
非晶合金的原子结构处于亚稳态，在一定条 件下会向稳定状态转变，成为晶体，这个过 程称之为晶化
晶化
1）非晶态特性消失 2）析出有害第二相
4.2 非晶态金属的基本特性
17
广义地说，非晶合金的稳定性包括
温度稳定性 长期使用时效稳定性 机械冲击震动稳定性 强磁场冲击稳定性等。
4.1.2 非晶态的形成条件
非晶态可由气相、液相快冷形成，也可在固态直接 形成（如离子注人、高能粒子轰击、高能球磨、电 化学或化学沉积、固相反应等）
合金由液相转变为非晶态（金属玻璃）的能力， 既决定于冷却速度也决定于合金成分； 由固态形成，在高能辐射或机械驱动作用下也会 发生非晶化转变。
4.1 概述
Fe-B-N）
4.1 概述
12
部分非晶态金属组成
表 2.1 部分非晶态金属组成
变压器
磁性 高频变压器 材料
Fe78B13Si9,Fe-B-C-Si,Fe-B 系,Fe-Co-Cr-B-(Si,Al)-Mn Fe-Si-B,Co-Fe-Mn-Si-B,Fe-B-Si-Cu,Fe-Cr-B-Si,Fe-Zr,Fe-Co-Cr-B-(Si ,Al),Fe-Co-B,Ni-Co 系,Fe 系
4.1 概述
11
4.1.3 非晶态材料的种类
到目前为止所发现的非晶态金属的种类很多
按元素的组合，大体上可以分为五种： 1）过渡金属—半金属系列（Fe-B，Ni-P） 2）过渡金属—过渡金属系列（Fe-Zr，Ni-Zr） 3）过渡金属—稀土类系列（Co-Gd、Ni-La） 4）典型金属系列（Pd-Si、Mg-Zn） 5）含有气体元素的非晶态金属（如：Fe-B-O，
耐腐蚀材料
Cr,Cr-Fe,Cr-W,Cr-Mo,Fe-W,Co-W,Ni-P,Fe-Cr-P,Co-Cr-P 系， Ni-B,Fe-Si-P-Cr,Cr-Mo-P-C-Fe,稀有金属系, Fe-Ni-Co-(半金属)
复合材料用强化材
Fe-Si-B,Fe-Ni-C,Si-C 蒸着
其它 钎焊
Ti-Zr-Cu-Ni
这时在材料内部原子作不规则排列，因 而产生了晶态材料所没有的性能。
4.1 概述
2
4.1.1 非晶态原子结构
无晶面
晶面
a)晶体金属
b) 非晶态金属
晶体金属和非晶态金属原子排列的示意图
长程无序、短程有序
4.1 概述
3
径向分布函数
radial distribution function (RDF)
G(r) 4rr 0
第4章 非晶态材料的制备
(Non-crystalline metals)
4.1 概述 4.2 非晶态材料的性能 4.3 非晶态材料的制备方法 4.4 非晶态材料的加工 4.6 非晶态材料的应用 4.7 展望
1
4.1 概述
非晶态金属（合金），也称金属玻璃， 是指非结晶状态的金属或合金。即高温熔液 以105℃/s以上的超急冷速度凝固，因而来不 及结晶而形成的结构。
材料可能的使用 温度越高，温度 稳定性越好。
4.2 非晶态金属的基本特性