非晶态固体属于热力学的亚稳态
材料物理
选择题1.下列缺陷属于线缺陷的是位错属于面缺陷的是堆垛层错2在特定应力循环次数时不发生断裂的前提下，材料所能承受的最大应力称为疲劳强度3固溶强化对材料性质的影响描述错误的是合金的电导率高于纯金属4制约超导技术获得应用的关键性能指标是临界温度5下列电子器件中，半导体热电仪不是利用半导体p-n节制成的6在交变电场的作用下，实际电介质电容器的电流超前电压的相位小于90度7不具备亚铁磁性的是ZnO·Fe2O38马氏体相变不属于扩散型相变9过共析钢中奥氏体降温时析出的渗碳体属于重构型相变10具有统计性和球对称性的是径向分布函数11表面存在裂纹的脆性材料可以采用弯曲试验来测定材料的力学性能12下列说法中对冷加工的优点描述错误的是冷加工会增加电导率与耐腐蚀性13半导体最大用途是制成p-n结14下列物性参数中，不是用来描述电介质材料的介电性能的是压电系数15热释电材料不具备的物理性能是铁电性16原子磁矩的空间有序分布使磁矩互相抵消，宏观自发磁化强度为零，描述的是反铁磁体17一定是二级相变的是铁磁相变18描述非晶态金属和合金的结构模型中，较好的是无序密堆硬球模型。
19属于强磁性的是亚铁磁性20关于材料影响铁磁性的因素，说法正确的是温度升高使得Ms Br Hc均降低21不属于半导体的敏感效应的是巴克豪森效应22关于影像材料到典型的因素正确的是一般情况下固溶体的电阻率高于组元的电阻率23下面利用压电材料热释电性能的是红外探测器24关于铁磁性和铁电性，不正确的是都以存在畴结构为充分条件25不属于静载压入法的是肖氏硬度26关于高温蠕变性能，不正确的是蠕变发生机理与应力水平无关填空题1共晶体系具有最低共同熔点2复合材料通常有颗粒增强纤维增强层片增强三种形式3解释金属材料导电现象的理论经历了经典自由电子论量子自由电子论能带理论三个发展阶段4外电场作用下，电介质内部产生的感应偶极距的现象，称为电介质的极化，介电常数反映了电介质材料在电场中极化的特性。
非晶固体结构的表征ppt课件
非晶固体微观结构认识和局限
晶体与非晶体的鉴别（X射线衍射分析 和电子衍射技术）
非晶固体中质点在三维空间中的真实排 列情况尚无直接检测技术
无序堆积体中可以划分出多种堆积几何多 面体－伯纳尔多面体
非晶态金属体中非晶态程度可用伯纳尔多 面体种类数和体积密度减小程度两个参数 进行描述。
非晶态金属结构
相对于密堆结构，非晶态 金属的密度相对较低，通 过密度增值表征无序度
伯纳尔多面体 无规则密堆硬球模型
非晶态聚合物结构
两相球粒模型
无规则线团模型
非晶固体的短程有序性
高分子与塑料
高分子基团（共价键） 塑料（分子键）
化学键类型与质点间的连接方式 化学键的共存与配位基团 弱键与强键
化学键类型与质点间的连接方式
静电键强度高的键连接成各种 类型的基团 多面体及其连接 组群状结构 链状结构 面状结构 三维结构
化学键的共存与配位基团
对非晶固体材料而言 往往同时存在多种化 学键
对非晶固体微观结构的认识通过非晶材 料的间接信息（X射线衍射径向分布函 数分析技术、其它光谱分析技术和物理 性质）建立各种模型
非晶固体结构类型
按材料种类划分
无机玻璃的结构
微晶子学说 无规则网络说
非晶态金属结构 非晶态聚合物结构
无机玻璃的结构
无机玻璃体（狭义）：是指组成为无机 非金属化合物，经高温熔融，在不发生 结晶的冷却过程中，物体从液态转化为 高粘度固态的物体。
化学键的种类和数量 取决于：固体的化学 组成、形成历史；
材料化学期末复习
第一章一、名词解释：1.材料：材料（一般）是指人类社会所能够接受的、可以经济地制造有用器件的（固体）物质。
2.材料科学：是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能，以及他们之间相互关系的学科。
3.材料科学与工程：材料科学是一门与工程密不可分的应用科学，材料科学与材料工程合起来称为“材料科学与工程”。
4.材料四要素：组成、结构、工艺、性能。
5.复合材料：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合成的一种多相固体材料。
二、什么是材料化学？其主要特点是什么？材料化学是从化学的角度研究材料设计、制备、组成、结构、表征、性质和应用的一门科学。
跨学科性和实践性。
三、材料与化学试剂的主要区别是什么?化学试剂在使用过程中通常被消耗，并转化为别的物质；材料一般可以重复、持续使用，除了正常损耗，它是不会不可逆地转变成为别的物质。
四、观察一只灯泡，列举出制造灯泡所需要的材料。
白炽灯泡主要由灯丝、玻璃壳体、灯头等几部分组成。
五、材料按其化学组成和结构可以分为哪几类?金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料。
六、简述材料化学的主要内容。
材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。
根据化学理论，通过一定的合成和制备工艺，可获得具有特定组成、结构和性能的材料，进而产生相应的用途。
◆第二章一、名词解释1.电负性：是元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。
2.晶体：由原子、分子或离子等微粒在空间按一定规律、周期性地重复排列的固体物质称为晶体。
3.晶格：晶体中质点中心用直线连起来构成的空间格架。
4.晶胞：构成晶格最基本的几何单元。
5.晶面间距：具有相同密勒指数的两个相邻平行晶面之间的距离称为镜面间距。
二、原子间的结合健共有几种？各自特点如何?三、范德华力的来源有哪些？①取向力。
当极性分子相互接近时，它们的固有偶极相互吸引产生分子间的作用力；②诱导力。
当极性分子与非极性分子相互接近时，非极性分子在极性分子固有偶极作用下，发生极化，产生诱导偶极，然后诱导偶极与固有偶极相互吸引而产生分子间的作用力；③色散力。
微晶玻璃的概念及分类
微晶玻璃的概念及分类玻璃是一种无规则结构的非晶态固体。
从热力学观点出发，它是一种亚稳态，较之晶态结构具有较高的内能，在一定条件下可转变为结晶态；但从动力学观点来看，玻璃熔体在冷却过程中，粘度的快速增加抑制了晶核的形成和长大，使其来不及转变为晶态，最终将玻璃熔体的无定形结构保留下来，形成一种具有硬度、刚性和脆性的固体形态的过冷液体。
微晶玻璃（glass-ceramics）是由特定组成的母玻璃在可控条件下进行晶化热处理，在玻璃基质上生成一种或多种晶体，使原来单一、均匀的玻璃相物质转变成了由微晶相和玻璃相交织在一起的多相复合材料。
美国常将微晶玻璃称为微晶陶瓷，日本称为结晶化玻璃，我国多称微晶玻璃。
微晶玻璃和普通玻璃的区别在于：在结构方面，前者具有多相结构，包含晶体相和玻璃相，后者仅为均质的玻璃体；在透光性方面，前者既可制备成透明体，也可制成具有各种纹理和色泽的不透明体，而后者一般是透明体；在力学性能方面，前者具有韧性，抗折强度大、抗冲击能力强，而后者具有脆性，易碎。
按母玻璃的基础成分，一般可将微晶玻璃分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐系统和磷酸盐系统等五大类。
应用较广的是铝硅酸盐系统，低膨胀和高抗弯强度Li2O-Al2O3-SiO2系统透明微晶玻璃是其中重要的一种，人们对该系统微晶玻璃的研究也最为透彻。
此外，同属铝硅酸盐系统的CaO-Al2O3-SiO2系统硅灰石质烧结法建筑装饰用微晶玻璃、MgO-Al2O3-SiO2和CaO-Al2O3-SiO2系统的矿渣微晶玻璃也被深入研究和广泛应用。
按微晶玻璃的特征性能，又可分为耐热微晶玻璃、耐磨微晶玻璃、耐腐蚀微晶玻璃、压电微晶玻璃、生物微晶玻璃等。
从整体上看，微晶玻璃具有结构致密、机械强度高、耐磨、耐腐蚀、抗热震、抗冻、抗风化等许多优良性质，已被广泛用于建筑、化工、电子、电工、生物医学、机械工程、航天、军事等领域。
其中，将微晶玻璃应用于建筑装饰领域，是微晶玻璃研发和应用的一个重要方向。
非晶合金
③ ⅡA族金属的二元或多元合金 Ca-Al12.5~47.5, Sr70Mg30, Ca-Pd
前过渡金属与后过渡金属是依据 d 轨道电子数的多少
来区分的。
所谓前过渡金属是指d电子数较少（一般不超过5个） 的过渡金属，如Sc、V、Ti、Zr 和 Cr等； 后过渡金属是那些d电子比较多的过渡金属，如Mn、 Fe、Co、Ni、Cu和Zn等。
铁基 3. 软磁特性 铁－镍基 钴基
代替硅钢片用于变压器、电机铁芯
代替坡莫合金制作电子器件
制作非晶态磁头
与传统的金属磁性材料相比，非晶合金原子排列无 序，没有晶体的各向异性，电阻率高。因此具有高的导 磁率、低的损耗，是优良的软磁材料。 作为变压器铁芯、互感器、传感器等，可以大大提 高变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。
形象描述： 什么是非晶态材料？ 固态的液体！ 冻着的液体！
非晶固体的原子类似液体原子的排列状态，但它与液体 又有不同：
液体分子很易滑动，粘滞系数很小；非晶固体分子
是不能滑动的，粘滞系数约为液体的1014倍，它具有 很大的刚性与固定形状。
液体原子随机排列，除局部结构起伏外，几乎是完
全无序混乱；非晶排列无序并不是完全混乱，而是 破坏了长程有序的周期性和平移对称性，形成一种 有缺陷的、不完整的有序，即最近邻或局域短程有 序（在小于几个原子间距的区间内保持着位形和组 分的某些有序特征）。
到目前为止，人们已经发现了多种非晶态材料，发 展了多种方法与技术来制备各类非晶态材料。 从广泛意义上讲，非晶态材料包括普通的低分子非 晶态材料、传统的氧化物和非氧化物玻璃、非晶态 高分子聚合物等。
从材料学的分类角度分析，非晶态材料的品种很多，主 要包括： 1. 非晶态合金 2. 非晶态半导体材料 3. 非晶态超导体 4. 非晶态高分子材料
材料化学期末考试考卷
2013年材料化学期末考试试卷及答案1、材料按化学组成与结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料和复合材料四大类;2、材料化学是材料的结构、性能、制备和应用的化学;3、材料的结构一般可分为微观结构、介观结构和宏观结构三个层次来研究;4、元素的原子之间通过化学键相结合,不同元素由于电子结构不同结合的强弱也不同;其中离子键、共价键和金属键较强；范德华键为较弱的物理键；氢键归于次价键;5、范德华力有三种来源分别是取向力、诱导力和色散力;6、晶体包括有金属晶体、离子晶体、原子晶体和分子晶体;7、硅酸盐的基本结构单元为 SiO4 四面体,其结构类型为岛装、环状、链状、层状与架状等;8、晶体的缺陷按几何维度可划分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷 ;其中点缺陷又可分为热缺陷和杂质缺陷;9、力对材料的作用方式为拉伸、压缩、弯曲和剪切等；而力学性能表征为强度、韧性和硬度等;10、材料的电性能是材料被施加电场时所产生的响应行为 ;主要包括导电性、介电性、铁电性和压电性等;11、晶体生长技术包括有融体生长法和溶液生长法；其中融体生长法主要有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法;12、气相沉积法分为物理沉积法和化学沉积法；化学沉积法按反应的能源可分为热能化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积与光化学沉积 ;13、金属通常可分为黑色金属和有色金属；黑色金属是指铁、铬、锰金属与它们的合金;14、铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体、与珠光体等;15、无机非金属材料一般为某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐组成;16、玻璃按主要成分可分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃；氧化物玻璃包括石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟钙玻璃；非氧化物玻璃主要有硫系玻璃和卤化物玻璃;17、半导体可分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体；按价电子数可分为 n-型和 p-型 ;18、聚合物通常是由许多简单的结构单元通过共价键重复连接而成;合成聚合物的化合物称为单体 ,一种这样化合物聚合形成的成为均聚物 ,两种以上称共聚物 ;19、聚合的实施方法可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合;20、具有导电性的聚合物主要有：共轭体系的聚合物、电荷转移络合物、金属有机螯合物和高分子电解质;21、复合材料按基体可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料;22、纳米材料的独特效应包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子效应;二、名词解释共 10小题,每题 1分,共计10分23、置换型固溶体：由溶质原子替代一部分溶剂原子而占据着溶剂晶格某些结点位置所组成的固溶体;24、填隙型固溶体：溶质质点进入晶体中的间隙位置所形成的固溶体;25、介电性：在电场作用下,材料表现出的对静电能的储蓄和损耗的性质;26、居里温度：高于此温度铁电性消失;27、相图：用几何的方式来描述处于平衡状态下物质的成分、相和外界条件相互关系的示意图;28、合金：由两种或以上的金属非金属经过熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质;29、阳离子聚合反应：以碳阳离子为反应活性中心进行的离子型聚合反应;30、阴离子聚合反应：以阴离子为反应活性中心进行的离子型聚合反应;31、复合材料：两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料;32、纳米材料：微观结构至少在一维方向上受纳米尺度调制的各种固体超细材料,或由它们作为基本单元构成的材料三、判断题共10 小题,每题1 分,共计10分33、材料化学的特点是跨学科性和多样性;×34、在周期表中同周期从左到右电正性逐渐减小,同族由下到上逐渐减小;√35、在周期表中同周期从左到右原子半径逐渐减小,同族由下到上逐渐增大;×36、氢键的作用力强弱介于化学键与范德华力之间;√37、范德华键不具有方向性和饱和性,而离子键即有方向性又有饱和性;×38、一般晶体都有规则的几何外形和固定的熔点;√39、对于具有缺陷的晶体是不完美的,一般在制备材料上要避免;×40、以二氧化硅为主体的材料在酸性条件下是稳定存在的;√41、热性能与材料中原子的震动相关,一般表现为热传导、热膨胀和热辐射;×42、衡量材料介电性能的指标为介电损耗,其值越小绝缘性能越好;×43、含有П共轭基团的材料一般为无色透明材料;×44、金属由于对所有光波吸收后又释放,所以呈现金属光泽;√45、埃灵罕姆图中位于ΔG-T上方的氧化物可以使下方的元素氧化;√46、固态反应中颗粒尺寸越小、比表面积越大、反应速度越快;√47、在热力学上,非晶态是一种稳定的状态;×48、在铁碳合金中马氏体塑性最好而奥氏体硬度最高;×49、淬火处理可以减低合金的脆性提高韧性和切削性能;×50、水泥的标号越高硬化后的强度也越高;√51、目前产量最高用途最广泛的玻璃是有机玻璃;×52、玻璃钢和钢化玻璃是同一种物质;×53、陶瓷材料与玻璃材料的区别是：玻璃透明而陶瓷不透明;×54、塑料材料的玻璃化转变温度一般要比橡胶材料要高;√55、PVC一般有悬浮聚合与乳液聚合两种产品,其中悬浮聚合分子量分布窄×56、应用最广泛的复合材料是聚合物基复合材料;√57、金属的纳米颗粒对可见光具有较好的反光性,所有都有金属光泽;×58、纳米颗粒一般需要采用一定保护措施来防止团聚;√四、简答题共2小题,每题 3 分,共计 6分59、晶体与非晶体的区别有哪些答：晶体：原子或原子团、离子或分子在空按一定规律呈周期性地排列构成长程有序非晶体：原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成长程无序短程有序;非晶态所属的状态属于热力学亚稳态,所以非晶态固体总有向晶态转化的趋势,即非晶态固体在一定温度下会自发地结晶,转化到稳定性更高的晶体状态;60、形成腐蚀电池必备的条件是什么答：第一、要有电位差存在；第二、两极处于电解质溶液中；第三、不同电位的两部分金属之间要有导线连接或接触;61、简述热力学第一、二、三定律答：热力学第一定律就是能量守恒定律,在一个封闭系统里,所有种类的能量,形式可以转化,但既不能凭空产生,也不会凭空消失;热力学第二定律就是判断自发过程进行的方向和限度的定律,它有不同的表述方法：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体；热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化；不可能从单一热源取出热量使之全部转化为功而不发生其他变化;热力学第三定律指出绝对零度是不可能达到的;62、化学气相沉积法的优缺点有那些答：优点：1不存在沉积视线阴影,可以对复杂的三维工件进行沉积镀膜;2 具有高的沉积速度,并可获得厚的涂层有时厚度可达厘米级；3大于%之高密度镀层,有良好的真空密封性；4沉积的涂层对底材具有良好的附着性；5可在相当低的温度下镀上高熔点材料镀层；6可控制晶粒大小与微结构7CVD设备通常比PVD简单、经济;缺点：1反应需要挥发性化合物,不适用于一般可电镀的金属,因其缺少适合的反应物,如：锡、锌、金；2需可形成稳定固体化合物的化学反应,如：硼化物、氮化物及硅化物等；3因有剧毒物质的释放,腐蚀性的废气及沉积反应需适当控制,需要封闭系统；4某些反应物价格昂贵；5反应物的使用率低,反应常受到沉积反应平衡常数的限制;63、溶胶-凝胶法的优缺点有哪些答：优点：1由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液,因此,就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性,在形成凝胶时,反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合;2由于经过溶液反应步骤,那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素,实现分子水平上的均匀掺杂；3与固相反应相比,化学反应将容易进行,而且仅需要较低的合成温度,一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内,而固相反应时组分扩散是在微米范围内,因此反应容易进行,温度较低;4选择合适的条件可以制备各种新型材料;缺点：1原料价格比较昂贵；2通常整个溶胶－凝胶过程所需时间较长,常需要几天或儿几周;3凝胶中存在大量微孔,在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物,并产生收缩;64、简述陶与瓷的区别答：陶器的吸水性一般大于3％而瓷器一般不大于3％；陶器不透光而瓷器透光；陶器胎体未玻化或玻化程度差、断面粗糙而瓷器玻化程度高、结构致密、细腻,断面呈石状或贝壳状；陶器敲击声沉浊而瓷器清脆;65、聚合物分子量有何特点,其四种平均分子量有何关系答：聚合物的分子量有两个特点,一是分子量大；二是分子量的多分散性；数均分子量小于重均分子量小于粘均分子量小于Z均分子量;66、简述自蔓延高温合成法的原理答：它是许多金属和非金属难熔化合物在燃烧合成时依靠自身放热,来合成材料的技术;某些物质在合成时自身可以放热并利用此热量可以使合成反应继续下去的现象;67、复合材料按基体材料可分几类按增强纤维种类又可分为几类答：聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属复合材料;玻璃纤维复合材料；碳纤维复合材料；有机纤维芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等复合材料；金属纤维如钨丝、不锈钢丝等复合材料；陶瓷纤维如氧化铝纤维、碳化硅纤维等复合材料;68、为什么要对纳米颗粒材料表面进行改性有哪些改性方法答：纳米体易于团聚的原因：表面效应、布朗运动、范德华力和氢键；因此克服团聚的途径：对纳米粒子进行表面改性;改性方法有：物理改性；化学改性;五、论述题;共2小题,共计 8分69、分别简述材料与化学的研究范畴及材料化学的主要研究内容答：材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品性质的物质;这种物质具有一定的性能Performance或功能function;一般可以重复使用;可用的物质即材料;化学：物质的组成、结构和性质以及物质相互转换的研究;材料注重宏观方面,化学注重原子分子水平的相互作用;主要研究内容包括：1结构材料的结构是指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布,包括原子与电子结构、分子结构、晶体结构,相结构、晶粒结构、表面与晶界结构、缺陷结构等；在尺度上则包括纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观的结构层次;所有这些层次都影响产品的最终行为;2性能性能是材料在一定的条件下对外部作用的反应的定量表述;3制备材料的合成与制备就是将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续过程;合成与制备是提高材料质量、降低生产成本和提高经济效益的关键,也是开发新材料、新器件的中心环节;70、聚乙烯与聚四氟乙烯的结构有什么区别为什么聚四氟乙烯的耐老化性能优异,被称为塑料王答：C-H与C-F性质不同,结构不同;71、列举三种你所知道的复合材料简述其制造方法答：省略。
非晶态固体属于热力学的亚稳态
结果显示出它具有超过陶瓷的、独特的高硬度， 且断裂
2 强度与韧性金属相似。沿着这一研究方向，该处的研究
人员正在广泛探索可能用于军用飞机的纳米涂层。他们
4 还在寻求将创新技术转入应用的机遇
200nm
412
0011 中001科0 1院010物11理01所00极01 0端10条0 1件011物理实验室研究组最近成功研 制出具有超高强度和塑性的 CuZr 基金属玻璃材料。
该材料具有超高强度，断裂强度达 2265 MPa ，纯 Cu 的屈服强度约 100 MPa ，同时具有一般非晶材料 中不具备的加工硬化效应，尤其特别的是该材料具有
位于赖特帕特森空军基地的美国空军实验室材料与制造 0011 0处01的0 1科010学11家01及00工01程01师00 会101同1 大学的研究人员，在超韧纳米
复合材料涂层研究领域取得重大进展，这种涂层可提高 先进喷ຫໍສະໝຸດ 战斗机用发动机的性能，并改进耐久性。
通过缜密的研究、试验，该研究小组发现并阐明了一种
Darmstadt in Germany 以及 Wei Hua Wang of the
2 Chinese Academy of Sciences in Beijing的团队中，研
究人员将适量的铝原子加入铜合金中，得到了一种 非晶质材料。这种材料在压力下会变得更坚硬，且
4 比传统的钢更耐磨及抗腐蚀。
纳米复合材料涂层提高航空发动机性能
1 分的某些有序的特征，具有短程有序，并且
2 在热力学上出现亚稳性。人们把这样一类特
4 殊的物质状态统称为非晶态。
晶体 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 非晶
非晶态材料的结构特性与亚稳定性
Fe-(Zr,Hf,Nb)-B Co-Zr,Hf,Nb)-B Ni-Zr,Hf,Nb)-B
年代
1997 1995 1995 1996 1996 1996
§3.2 非晶态材料的结构特性
晶体
固体
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
非晶体
质点在三维空间作有规则的排列， 即远程有序
§3.5 块状非晶合金的制备与性能 §3.5.1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
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。
非铁类金属基合金 系
Mg-Ln-M(Ln镧系； Ni,Cu,Zn)
Ln-Ga-TM(Ⅵ-Ⅷ族 过渡金属)
Zr-Al-TM
Zr-Ti-TM-Be Pd-Cu-Ni-P Pd-Cu-B-Si
年代
1988 1990 1993 1995 1996 1996
铁类金属基合金 系
Pd-Ni-Fe-P
Fe-(Al,Ga)(P,C,B,Si,Ge)
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2 Chinese Academy of Sciences in Beijing的团队中，研
究人员将适量的铝原子加入铜合金中，得到了一种 非晶质材料。这种材料在压力下会变得更坚硬，且
4 比传统的钢更耐磨及抗腐蚀。
纳米复合材料涂层提高航空发动机性能
2 改变，时间流逝的效果是，完全推翻图上所示的气体在
某一瞬时的结构，原子的运动使气体变成另一个无规则 排列；
4 前两者原子围绕它们的平衡位置作振动，而后者原子可
以自由地作长距离不停地平移运动！
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
从短程有序方面看：
金属熔体的短程有序范围为4个原子间距， 而非晶态金属的短程有序范围为5~6个原子间距； 从原子的微观运动看：
001一1 0种010具10有10未110来1 0性001的01合00金10-1-1非晶质金属也许有一天将结合 金属原有的强度及导电性以及塑料的廉价及多变性，造 成在许多工业上的大革命。例如：使汽车更便宜且更安 全或是使奈米组件更容易精密的成形。 钢铁的硬度很高，但是很难去塑型，一定要在很高的温
1 度下，才能够弯曲它或将它到入模具中。一般的金属是
其一，非晶态固体中原子的取向和位置不具有长程有
序而具有短程有序;
其二，非晶态固体属于热力学的亚稳态。
1 凡非晶态固体都共同遵守相同的结构特征
42 ——有序的缺乏和亚稳定性!
非
0011晶0010 1010 1101 0001 010晶0 1011
态
态
固
固
气 体
体
体
三种不同状态物质中原子排列示意图
1 非晶态固体中原子位置空间分布不是完全无规则的，
1 独特的纳米晶/非晶复合材料的动力学机理，航空航天专
家们认为，该种材料表现出极高硬度，并具有很高应用 价值。到目前为止，该项研究成果已向战斗机发动机进
2 存在一种高度的局域关联性:每个原子有3个与其距离
几乎相等的最近邻原子，并且键角也几乎是相等的
4 —— 玻璃与晶体同样具有高度的短程有序
0011晶0010
1010
1101
0001
010非0 1011 晶
态
态
固
固
气 体
体
体
三种不同状态物质中原子排列示意图
1 气体原子排列是一个真正的无规则排列，并且随时间而
位于赖特帕特森空军基地的美国空军实验室材料与制造 0011 0处01的0 1科010学11家01及00工01程01师00 会101同1 大学的研究人员，在超韧纳米
复合材料涂层研究领域取得重大进展，这种涂层可提高 先进喷气战斗机用发动机的性能，并改进耐久性。
通过缜密的研究、试验，该研究小组发现并阐明了一种
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
在2005年五月二十七日出版的 Physical Review Letters 中，有两篇文章分别发表了两种不同的非晶 质金属，一种有如钢铁般坚硬，另一种则有如塑料 般多变。
1 在由Jurgen Eckert所领军的Technical University of
1 分的某些有序的特征，具有短程有序，并且
2 在热力学上出现亚稳性。人们把这样一类特
4 殊的物质状态统称为非晶态。
晶体 0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 非晶
421
非晶
非晶
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
421
晶体
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
200nm
412
0011 中001科0 1院010物11理01所00极01 0端10条0 1件011物理实验室研究组最近成功研 制出具有超高强度和塑性的 CuZr 基金属玻璃材料。
该材料具有超高强度，断裂强度达 2265 MPa ，纯 Cu 的屈服强度约 100 MPa ，同时具有一般非晶材料 中不具备的加工硬化效应，尤其特别的是该材料具有
1 例如非晶态的结构弛豫过程，以及由亚稳态向晶
2 态的转化，都会影响材料的稳定性和使用寿命。
因此，对任何有应用价值的非晶态材料，都必须
4 研究其稳定性。
0011
0010
1010
11放01
0001
非晶
0100 1011
热
晶化峰
晶体
非
△Tx
晶 固 体
Tg
Tx
Tg:玻璃转变温度 Tx:晶化温度
412
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
由晶体所组合而成的，晶体的结构可以使金属具有延展
2 性不易断裂。而非晶质金属的结构是不规则的，或是说
在原子质金属通常就像玻璃般易碎。
相反的，钢铁在经过挤压后会变得更坚硬，所以人 家说百炼而成钢。然而，非晶质金属将来有可能变 得如钢铁般坚硬又如塑料般多变。
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
412
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
组成物质的原子、分子的空间排列不呈现周 期性和平移对称性，晶体的长程有序受到破 坏，只是由于原子间的相互关联作用，使其 在小范围(约10~20Å)内，仍然保持着形貌和组
1 熔体中原子容易作大于其原子间距的热运动，
2 而非晶态固体中原子主要作运动距离远小于原子间距
4 的热振动。
0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011
1、结构长程无序 2、短程有序 3、与熔体结构有质的差别
1 4、宏观均匀、各向同性（宏观）
42 5、结构的亚稳性
001从1 00热10力101学0 1观101点00看01 0，10非0 10晶11态固体形成后属亚稳态， 非晶态是亚稳相，亚稳相容易在外界条件影响下 发生微观结构的各种变化，如产生结构弛豫、相 分离及非晶态晶化等。这些结构上的变化必然引 起性能的改变。
1 极大的延展性（约 20% ， 而一般非晶合金材料的塑
性只有约 2% ）。专家分析，该材料非晶结构在原子
2 尺度的非均匀性能导致该材料的优异力学性能。这是
在世界上首次用一般金属材料研制出塑性非晶合金材
4 料。
物理：未来的材料--非晶质金属
Physical Review Focus 2005 08 08