非晶合金材料
非晶合金材料的结构与性质
非晶合金材料的结构与性质在当今科技高速发展的时代里，材料科学与工程领域正日益成为人们关注和研究的热点话题。
在这个领域中，非晶合金材料被广泛应用于电子、医疗、能源等各个领域，但它的结构和性质令人深感疑惑，下面我们一起来探讨一下非晶合金材料的结构与性质。
一、非晶合金材料的定义与特点1. 定义非晶体材料是一类没有长程有序性的固体结构材料，它们不像晶体材料那样具有明确的周期性结构，而是由不规则的原子聚集体构成，因此拥有非常特殊的材料性质。
2. 特点非晶合金材料具有如下特点：（1）非晶材料的晶体化温度和温度范围均较宽，具有很高的熔化温度和熔化热，是高温稳定材料。
（2）非晶材料的密度通常比晶体略小，且窄的化学结合力使体积大幅膨胀，同时非晶材料的硬度较高，脆性小。
（3）非晶材料通常对应多个不同的晶体相。
不同的晶体相拥有不同的晶体结构和晶体取向，因而具有不同的电性能。
（4）由于非晶体材料均匀分布原子，故有助于纳米净化，是制备纳米材料的重要来源。
二、非晶合金材料的组成结构非晶合金材料是由多种元素共同组成的，因此其结构复杂、多样，无法用简单周期性重复的单位来描述，与晶体不同。
非晶合金材料的结构可以用前体—核心顺序来来描述，这里以Zr62Al8Ni10Cu20为例：1、前体结构Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料的前体结构如下图所示：图一：Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料前体结构示意图图一表明了Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料原子的有序性与无定形性结合的前体结构，其由两种晶体固溶体构成，一个是Al3Zr 相固溶在Ni基体中，另一个是Ni3Zr相固溶在Cu基体中。
考虑到这两个相的化学可能性非常大，它们可以共同占据Ni—Cu点阵和Al—Ni—Zr点阵。
2、核心结构Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料的核心结构如下图所示：图二：Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料核心结构示意图图二中红色球体表示Zr原子，绿色表示Al原子，蓝色表示Ni 原子，紫色表示Cu原子，可以看出Zr62Al8Ni10Cu20非晶合金材料的核心结构具有非常高的有序度。
非晶合金材料
非晶合金材料非晶合金材料是一种具有非晶结构的金属材料，也称为非晶态合金。
与晶体材料相比，非晶合金材料具有更高的硬度、强度和耐腐蚀性能，因此在工业领域具有广泛的应用前景。
本文将从非晶合金材料的特点、制备方法、应用领域等方面进行介绍。
首先，非晶合金材料的特点是具有非晶结构。
非晶结构是指材料的原子排列呈现无序状态，而非晶合金材料的原子排列方式是无规则的、无序的。
这种结构使得非晶合金材料具有较高的硬度和强度，同时还具有优异的弹性和耐磨损性能。
此外，非晶合金材料还具有较好的导电性和磁性，因此在电子、磁性材料领域也有着广泛的应用。
其次，非晶合金材料的制备方法主要包括快速凝固法、溅射法和机械合金化法。
快速凝固法是通过在高温状态下迅速冷却金属熔体来制备非晶合金材料，这种方法可以有效地抑制原子的有序排列，从而形成非晶结构。
溅射法是将金属靶材置于真空室中，通过离子轰击的方式将金属原子沉积到基底上，形成非晶合金薄膜。
机械合金化法则是通过机械方法将不相容的金属元素混合制备成非晶合金材料。
这些制备方法为非晶合金材料的大规模生产提供了可行的途径。
非晶合金材料在工业领域具有广泛的应用。
首先，在航空航天领域，非晶合金材料可以用于制造航天器的结构部件和发动机零部件，因其具有较高的强度和耐腐蚀性能。
其次，在电子领域，非晶合金材料可以用于制造集成电路封装材料和磁性存储介质，以提高电子产品的性能和稳定性。
此外，在医疗器械和生物材料领域，非晶合金材料也有着广泛的应用前景，可以用于制造人工骨骼和植入式医疗器械。
综上所述，非晶合金材料具有独特的结构和优异的性能，制备方法多样且成熟，应用领域广泛。
随着科学技术的不断发展，非晶合金材料在工业领域的应用前景将会更加广阔，为人类社会的发展做出更大的贡献。
非晶合金的成分设计
非晶合金的成分设计
非晶合金是一种特殊的金属材料，其成分设计是非常重要的。
非晶合金通常由多种金属元素组成，包括但不限于铁、镍、钴、铬、铝、钛、铜等。
这些元素的组合可以通过精确的配比来设计非晶合
金的成分。
首先，设计非晶合金的成分需要考虑到所需的物理和化学性质。
比如，要确定合金的磁性、硬度、耐腐蚀性等特性，以及其在特定
温度下的稳定性。
这些性质的实现需要根据不同元素的相互作用和
含量来进行精确的调控。
其次，非晶合金的成分设计还需要考虑到制备工艺。
不同的成
分可能需要采用不同的制备工艺，比如快速凝固、溶液淬火等。
因此，在成分设计时，需要考虑到所选用的元素在制备工艺中的相互
作用和影响，以确保最终合金能够达到设计要求的非晶结构。
另外，还需要考虑到成本和可行性。
一些稀有金属元素可能会
增加合金的成本，而一些元素可能会使合金的制备变得更加复杂。
因此，在成分设计时需要权衡各种因素，确保所选用的成分既能够
实现设计要求的性质，又能够在实际生产中具有可行性。
总的来说，非晶合金的成分设计需要综合考虑物理性质、化学性质、制备工艺、成本和可行性等多个方面的因素。
只有在这些因素都得到充分考虑和权衡的基础上，才能设计出符合要求的非晶合金成分。
非晶合金：助力“双碳”目标的新材料
202318DEC.非晶合金非晶合金又称金属玻璃，是由金属原材料熔炼而成；“玻璃”不是指我们日常生活中常见的脆而硬的玻璃，而是指这种材料的结构是一种玻璃态结构。
中国科学院物理研究所的汪卫华院士提出，非晶合金等玻璃态物质是与气、液、固并列的第四种常规物质状态——玻璃固态。
非晶合金的第一次“露面”缘自一次偶然的实验，即美国加州理工大学的卡尔·文茨在研究晶体结构和化合价完全不同的两个元素能否形成固溶体时，偶然发现了非晶合金这种新材料。
目前，我们生产非晶合金通常采用的是铜模喷铸法，通过快的冷却速率，使原子来不及形成有序排列的晶体结构，助力“双碳”目标的新材料 金属熔体快速冷却制备非晶合金示意图（绘图/张玲）合金熔体慢冷快冷晶态合金非晶合金19（责任编辑 / 李银慧 美术编辑 / 周游）最终绝大多数原子被“冷冻”下来。
非晶合金具有独特的热塑性，表现为在一定温度下可像橡皮泥一样被任意变形拉扯，可根据需要得到想要的形状。
大显身手创佳绩随着非晶合金的优异性能逐渐被探索，其应用逐渐发展到各个领域，如在电磁领域制作配电变压器，用于电源管理的电信设备和传感器等零部件；化学领域应用于有机污染物的高级氧化物降解等。
在“双碳”目标的推动下，氢气作为清洁能源受到越来越多的关注，最常见的制氢技术为电解法，但其能源消耗较高。
发展高效的催化剂以降低能耗是极有必要的，非晶合金这种新型合金凭借其高导电性、较高的反应活性及催化寿命，打开了催化领域一扇新的大门。
其中，利用非晶合金的热塑性与可溶性模板结合对其形貌进行“人工调控”，是提高其反应活性的重要组成部分。
以非晶合金粉末与可溶性的盐颗粒氯化钠（NaCl）为例，将二者相差不大的粉末颗粒均匀混合置于模具腔体中，加热至非晶合金软化，接着加压使软化的非晶合金填充颗粒空隙。
冷却后，将块体置于溶液中去除氯化钠颗粒，得到具有多孔结构的非晶合金。
将具有多孔结构的非晶合金用于电解水制氢，结果表明，在远低于工业电解水制氢的电压下，具有多孔结构的非晶合金能够产生大量的氢气。
非晶合金材料的性质与应用
非晶合金材料的性质与应用近年来，非晶合金材料备受科学研究和工业界的关注。
相比传统的晶体材料，非晶合金具有着独特的性质和广泛的应用领域。
本文将介绍非晶合金材料的基本性质，制备方法以及应用领域。
一、非晶合金的基本性质非晶合金又称非晶态材料（amorphous material）或无序态材料（non-crystalline material），是相对于晶体材料而言的。
晶体材料的原子排列有着高度的有序性，而非晶合金的原子排列则是无序的。
这种无序的原子排列形成了非晶结构。
由于无序化的原子间距接近，使得非晶合金具有着高密度、高硬度、高刚性等性质。
同时，非晶合金还具有以下特性。
1. 高弹性变形极限：非晶合金的原子无序排列使其具有更高的弹性变形极限。
这使得非晶合金在制造弹簧，弹簧片等金属制品时非常有用。
2. 优良的抗腐蚀性：非晶合金对环境中的氧、氢等化学物质具有很好的耐腐蚀性。
利用这一特点，非晶合金可以用于制造飞行器或船舶等在恶劣环境下工作的设备和构件。
3. 高温稳定性：非晶合金具有较高的熔点和热稳定性，这使得非晶合金可以用于制造高温元件。
4. 优良的磁性：一些非晶合金具有很好的磁性，因此可以用于制造高性能变压器，发电机等电力设备。
二、非晶合金的制备方法制备非晶合金材料的方法很多，目前主要有下面这几种。
1. 溅射法（sputtering）：这种方法使用离子束轰击固体靶材，将金属原子或化合物原子强制剥离出来并匀速沉积在基底上。
该方法成本较高，适用于制备小量的非晶合金材料。
2. 快速凝固法（rapid solidification process）：是指将金属或合金液体急剧冷却，达到快速凝固和非晶化的目的。
该方法适用于大规模制备非晶合金材料。
3. 化学还原法（chemical reduction method）：这种方法利用化学反应，在铁离子溶液中加入适量的还原剂，达到非晶化的目的。
此法适用于制备一些具有特殊特性的非晶合金材料。
非晶合金特点
非晶合金特点全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：非晶合金是一种特殊的合金材料，具有许多优秀的特点。
非晶合金是指在快速凝固条件下形成的非晶态结构的金属材料，其原子排列无序，没有明显的晶体结构。
非晶合金的特点主要体现在以下几个方面：非晶合金具有优异的力学性能。
与晶体金属相比，非晶合金的硬度更高，强度更大，同时具有更好的韧性。
这是因为非晶合金的原子排列无序，没有晶界存在，减少了晶界滑移的机制，从而提高了材料的抗拉强度和硬度。
非晶合金的疲劳寿命也更长，具有更好的耐磨损性能。
非晶合金具有优异的导热性能。
非晶合金的原子排列无序，使得其导热性能比晶体材料更好。
由于没有晶粒界面的存在，热传导过程中的界面阻力较小，热传导效率更高。
非晶合金常被用于高温环境下的导热材料。
非晶合金具有优异的化学稳定性。
非晶合金由于原子排列的无序性，使得其晶界能量低，抗氧化性和耐腐蚀性更强。
非晶合金在高温、高压、腐蚀性环境下依然能保持稳定的性能，具有较好的耐蚀性。
非晶合金还具有优异的磁性能。
非晶合金在快速凝固情况下形成，使得其中的铁磁性元素在无序结构中呈现出优异的软磁性能。
非晶合金的软磁性能远高于晶体材料，使之成为磁性传感器、变压器等领域的理想材料。
非晶合金具有硬度高、韧性好、导热性好、化学稳定性好、磁性能好等诸多优秀的特点。
这些特点使得非晶合金在工程领域有着广泛的应用前景，尤其在高科技领域的应用更加突出。
非晶合金的研究和开发将继续推动材料科学领域的发展，为人类社会的进步做出贡献。
第二篇示例：非晶合金是一种由金属原子组成的特殊材料，其具有许多独特的特点。
非晶合金具有以下几个方面的特点：非晶合金具有良好的机械性能。
由于非晶合金具有无规则排列的原子结构，使其具有较高的强度和硬度。
相比于晶体材料，非晶合金具有更高的抗拉强度和屈服强度，能够承受较大的应力而不容易发生变形。
非晶合金在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。
非晶合金具有较好的耐蚀性。
非晶合金材料
非晶合金材料非晶合金材料是一种新型的金属材料，具有优异的物理性能和化学稳定性。
与传统的晶态金属材料相比，非晶合金材料具有更高的硬度、强度、韧性和耐腐蚀性能。
这种材料的独特性质使其在机械加工、电子通讯、能源和环保等领域有着广泛的应用前景。
非晶合金材料的基本原理非晶合金材料是由多种元素混合而成的金属合金材料。
这种材料的制备过程中，金属原子的结构排列方式和晶体金属材料不同。
在晶体金属材料中，金属原子的排列方式呈现出规则的平面结构，而非晶合金材料中，则呈现出无规则的“玻璃”态结构。
这种结构曾被认为是不可能存在的，但随着科学技术的不断进步，人们终于成功地将金属材料制备成为非晶体态的金属材料。
非晶合金材料的制备方法目前，制备非晶合金材料的方法有很多种，比如快速凝固法、气相淀积法、溅射法等。
其中，最为常用的方法是快速凝固法。
快速凝固法是通过将熔体快速冷却而制备非晶合金材料的方法。
在快速冷却的过程中，金属原子无法像晶体金属材料那样呈现出有序排列的晶体结构，因此在材料中呈现出非晶态结构。
非晶合金材料的特点非晶合金材料具有许多独特的特点，其中最为突出的是其高硬度和高强度。
由于非晶合金材料中的金属原子呈现出无规则排列结构，故对外界的挤压、拉伸等机械作用具有更高的抵抗能力。
同时，非晶合金材料还具有良好的耐蚀性和耐磨性，可用于制造各种耐磨耐蚀的工具和设备。
非晶合金材料的应用非晶合金材料具有广泛的应用前景。
在机械加工领域，非晶合金材料制成的刀具可以大大提高切削效率。
在电子通讯技术领域，非晶合金材料可以用于制造基板、连接器等重要部件，提高电子设备的密度和性能。
在能源和环保领域，非晶合金材料可以应用于制造更高效的太阳能电池、燃料电池、储能电池等清洁能源设备。
结论随着科学技术的不断进步，非晶合金材料的制备和应用已经得到了很大的发展。
这种材料具有优异的物理性能和化学稳定性，可以应用于机械加工、电子通讯、能源和环保等广泛的领域。
相信随着研究的不断深入，非晶合金材料在未来的应用领域中会有更加广阔的前景。
非晶合金材料行业分析
非晶合金材料行业分析一、非晶合金材料概述非晶合金带材是非晶合金变压器最上游的关键性材料，也是我国大规模推广非晶合金变压器的最大障碍。
非晶合金是一种新型节能材料，它是以铁、硼、硅、钴和碳等元素为原料，用急速冷却等特殊工艺使内部原子呈现无序化排列的合金。
非晶合金带材生产时，在铁、钴、镍、铬等金属中添加硅、硼、碳等非金属，将1400℃高温下一定比例的铁、硅、硼等混合热熔液，以相当于每秒钟冷却一百万摄氏度的高速冷却，冷却速度为105~107K/s，冷却底盘的转动速度约为30m/s，从溶液到薄带成品一次成形。
由于高速旋转和冷却时的高温骤降，合金箔的原子结构呈现无序排列，类似于玻璃，不存在通常金属合金所表征的晶体结构，故称其为“非晶合金”。
采用非晶合金带材制造的变压器的空载损耗和空载电流非常低，可减少CO、SO、NOx等有害气体的排放，它也被称为二十一世纪的“绿色材料”。
二、非晶合金带材的产业情况世界上现只有两家公司能批量生产非晶合金带材，一家是日本日立金属公司，另一家是中国的安泰科技公司。
美国曾是世界上最大的非晶合金材料制造商，霍尼韦尔（Honeywell）公司是最早拥有非晶材料制造的平板流技术专利，年生产能力达3万吨以上的，2003年被日本日立金属公司收购。
日立公司经过2008年扩产后，现年生产能力达到9万吨。
而安泰科技公司经过2009和2010年两条万吨级的生产线投产后，现具备年产4万吨的产能，但带材质量还不是太稳定，只能做142mm片宽的带材，且成材率不高，只有70%左右。
据媒体报道安泰科技在2013年底将拓展至10万吨，价格方面，目前安泰科技产品价格约2.5万元/吨，日立金属约2.7万元/吨，这也是非晶合金变压器价格高于常规变压器的主要原因。
三、非晶合金带材的特性非晶合金带材主要有铁基、铁镍基、钴基三大类，用于非晶合金变压器是铁基非晶合金，它有以下几个特性：1、非晶合金没有晶格和晶界存在，因此，其磁化功率小，并具有良好的温度稳定性。
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压或热挤压进行制备
La基、Mg基合金最大厚度为10mm，锆基为30mm，Fe
基10mm
采用水淬法制备直径为50mm和72mm的Pd40Cu30Ni10P20
非晶合金，表面光滑良好金属光泽
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非晶合金的性能
1.良好的力学性能 非晶态金属的结构在宏观上是各向同性的，没有晶态金属 中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀。这样就使得非晶 态金属既可以具有很高的强度和硬度，同时又能在室温下 产生塑性变形。 与结晶合金相比，非晶合金具有较高的拉伸强度和显微硬 度，较低的杨氏模量。在杨氏模量相同的情况下，非晶合 金的拉伸强度和显微硬度约为结晶合态材料的亚稳定性
亚稳态是指该状态下系统的自由能比平衡态高， 有向平衡态（晶态）转变的趋势。 如何形成亚稳态（形成原因） 非晶材料在制备过程中，因熔体急冷使体系粘 度急剧增大，质点来不及作远程有序排列而玻 璃化，其释放的能量较结晶潜热小，即非晶与 晶体相比含有过剩的能量。
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下表为典型块状非晶合金及其开发年代
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非晶态材料的结构特性
晶体
固体
非晶体
质点在三维空间作有规则的排列， 即远程有序
质点在三维空间排列没有规律性， 即远程无序， 不排除局部区域可能存在规则排列， 即近程有序
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图1 气体、熔体、玻璃和晶体的X射线衍射图
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非晶形成能力：
1990年前发现的Fe基、Co基、Ni基非晶合金的临 界冷却速度Rc大于105K/s，厚度tmax限制在50μm以下，
而Pd-Ni-P和Pt-Ni-P 的Rc 在103K/s 数量级，熔体 未经净化处理条件下tmax为1-3mm
近年Mg、Ln、Zr、Fe、Pd、Co基合金系中发现 了新的多元非晶合金Rc 低至10-1K/s ，最大试样厚度 达到72mm
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Zr-Al-Ni-P 和 Pd-Cu-Ni-P 非 晶 合 金 的 ΔTx 的 值超过100K
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块状非晶合金的制备与性能
块状非晶合金的制备
制备：快速凝固和固结加工
快速凝固：水淬、铜型铸造、高压压铸、电弧炉熔炼、
不定向熔炼等
固结加工：对处于过冷液状态的雾化非晶粉末进行热
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经验原则
随着约化玻璃转变温度Tg/Tm的提高，非晶形成 能力有明显提高趋势，具有较低临界冷却速度Rc和 较大临界厚度tmax的合金，Tg/Tm的值超过0.6
随着过冷液体温度区间ΔTx的提高， Rc降低而临 界厚度tmax增大
Zr-Al-Ni-P 和 Pd-Cu-Ni-P 非 晶 合 金 的 ΔTx 的 值 超 过 100K
从热力学观点看，非晶态是能量的亚稳状 态，应具有自发放热和结晶的内在条件。而 常温下材料的粘度非常大，以致动力学条件 不足，阻碍了转化的进行。
当温度升高时，必然有向低能量转化的趋 势，产生晶化。
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非晶形成能力及主要参数
非晶态的形成 ❖ 抑制熔体中的形核和长大，保持液态结构 ❖ 使非晶态亚稳结构在一定温度范围内保持稳定， 不向晶态转化 ❖ 在晶态固体中引入或造成无序，使晶态转变为 非晶态
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非晶的主要参数：
Rc：非晶形成临界冷却速度 tmax ：非晶形成临界厚度 玻璃转变温度 Tg和熔点 Tm， Tg/Tm ：约化玻璃转变温度 结晶温度 Tx ΔTx=Tx-Tg ：过冷液体温度区间
不同成分非晶态金属临界冷却速度在102-107K/s间变化，多数非
晶态合金在105-106K/s的冷却速度下制得
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晶体：有序结构，当晶面满足布拉维衍射条件时，便
会在特征角度出现尖锐的衍射峰
气体：完全无序的结构，因而出现散射现象 玻璃和熔体结构： • 存在相似性 • 介于有序和无序之间的一种状态，衍射图谱呈弥散 状衍射峰 • 近程有序、远程无序 • 在局部区域质点排列形式与晶体相似，但这种局部 有规则排列区域是高度分散的
非晶合金材料
非晶合金的发展历史 1960年Duwez等人采用Au-Si合金首次制备非晶相 二元非晶系合金一般是由过渡族金属或贵金属和玻璃化非 金属或类金属组成如Fe、Ni、Co等和B、Si、C、P等，玻 璃化元素原子百分比为15-30％ 主要的非晶合金系有： 贵金属基、铁基、钴基、镍基、钛基、锆基、铌基、钼基 镧系金属基、铝基、镁基合金等
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它的强度和硬度比现有的许多晶态金属高， 能高达每平方毫米4000牛顿，超过了超高硬度工 具钢，同时还具有相对较高的韧性。
非晶合金的拉伸塑性较低，在拉伸时小于l％， 但在压缩、弯曲时有较好塑性，压缩塑性可达 40 ％，非晶合金薄带弯达180o也不断裂。
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2.良好的化学性能
非晶态合金比相同成分的晶态合金具有强得多的耐腐蚀
性能，如Fe43Cr16Mo16C18B8非晶合金的耐腐蚀性可比不 锈钢高一万多倍。
由于非晶态材料的显微组织均匀，不包含位错、晶界等
缺陷，使腐蚀液不能入侵。
同时，非晶态合金自身的活性很高，能够在表面迅速的
形成均匀的钝化膜，或一旦钝化膜局部破裂也能够及时
修复。
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3.非晶态合金的物理性能 非晶合金具有良好的磁学性能，非晶合金因矫顽力小、 导磁率高、铁损小和非常适用于制作变压器、电磁开关、 磁放大器等的磁芯。非晶合金可屏蔽外来电磁场对高分 辨率电子显微镜的干扰;利用其优异的磁性能制作各种磁 记录头和磁光光盘等。 非晶态材料电学性能方面展现出许多优于品态的特点， 如非晶态合金具有比晶态合金大10一100倍的高电阻率。 部分非晶态合金还具有超导特性。