磁性金属玻璃研究进展
磁性擦玻璃器的开题报告
开题报告一、本课题的来源及研究意义：背景：双面磁性擦玻璃器实在这种使用的背景下诞生的。
随着人民生活水平的不断提高，燃煤的住房条件也在不断地变化，由原来的平房一跃搬进了高楼大厦，住房条件和办公条件都得到了改观。
但随之而来的烦恼也出现了，擦玻璃成了棘手的问题！不断有人爆料，某清洁公司员工从10 米高的窗台跌落，家庭主妇从高处不慎失足，不得不说这些事故都市因为擦玻璃造成的，高度是一方面的障碍，窗子结构的改变也是另一种障碍，原来的窗子两边都能打开，只有中间是死的，但现在为了美观，都换成了塑钢窗，只有一侧开一小扇，这也大大增加了擦玻璃的难度；当然还有许多原因，诸如窗台狭窄，玻璃易碎等等。
这就需要有一种象然手臂一样灵活，又能适应双面连动的机械装置来完成这些清洁任务。
为了节能，大多建筑安装的都是镀膜玻璃、中空玻璃和镀膜玻璃与中空玻璃的复合体这类玻璃，相比以往的单层玻璃厚度明显增加，还有一些建筑物的外围幕墙用的钢化玻璃的厚度也比较厚。
以往那些用来擦单层玻璃的双层擦玻璃器以无法满足需求了，需要磁性更加强大的磁性擦玻璃器来胜任完成这些清洁任务。
目的：降低人们擦玻璃的三大危险系数，即不需冒高空作业的危险，不需将身体探出窗外，不需担心清洁效果（配合一定的清洁剂），使玻璃清洁如新。
意义：清洁玻璃安全、干净、快捷、可以达到在室内同时清洁室内和室外的玻璃，效率快、解决了高层建筑物外面玻璃难于清洁而且不安全的问题。
二、外的研究现状及分析：磁性擦玻璃器的主要部件就是两块磁铁，把它们分别安装在擦玻璃器的壳体上。
那么理所当然的磁铁的发展就左右了磁性擦玻璃器的发展进程。
磁铁通过合成不同的合金可以达到与吸铁石相同的效果，而且还可以提高磁力。
在18 世纪出现了人造的磁铁，但制造更强磁性材料的过程却十分缓慢，直到20 世纪20 年代制造出铝镍钴。
随后，20 世纪50 年代制造出铁氧体，70 年代制造出稀土磁铁。
至此，磁学科技得到了飞速发展，强磁材料也是的元件更加小型化。
磁性金属吸波剂的高温氧化问题及其对策研究进展
包 装 工 程第45卷 第7期 ·234·PACKAGING ENGINEERING 2024年4月收稿日期：2023-10-28基金项目：国家自然科学基金（52306059） *通信作者磁性金属吸波剂的高温氧化问题及其对策研究进展管笑颂1，沈勋2*，廖嘉伟1（1.中国人民解放军92574部队，上海 200436；2.中国人民解放军92728部队，上海 200436） 摘要：目的 针对磁性金属吸波剂由组成元素化学性质活泼导致的高温氧化和电磁性能恶化问题展开现状调研和讨论，解析磁性金属吸波剂高温氧化的机理，并提出相应的解决策略。
方法 从氧气在金属吸波剂中的吸附、反应和传质过程出发，讨论高温氧化对吸波剂电磁性能的影响规律，系统总结并评述表面包覆隔绝氧气、生成致密金属氧化膜和抑制氧原子扩散3种策略对吸波剂抗高温氧化的作用机制。
结论 表面包覆策略通过引入有机高分子、无机化合物或磁性金属等包覆物质，以隔绝氧气，从而抑制磁性金属吸波剂的高温氧化。
其中，无机化合物包覆体系最具潜力，但尚未达到理想的超薄致密状态。
生成致密氧化膜策略通过溶质元素的选择性氧化，形成保护膜，能够有效抑制氧化进程，但引入较高含量的非铁磁性溶质元素容易降低磁导率、恶化吸波性能。
抑制氧原子扩散策略通过形成晶界氧化物来有效减缓氧化，目前其实现手段有限且不够成熟。
在耐温磁性吸波剂的研制中应综合考虑使用温度、基体材料、目标吸波频段和期望吸波性能等，采用合适的抗氧化策略。
关键词：高温吸波涂层；磁性吸波剂；表面包覆；致密氧化膜；抑制扩散 中图分类号：TB34 文献标志码：A 文章编号：1001-3563(2024)07-0234-12 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2024.07.029Progresses and Strategies Against High Temperature Oxidation of MagneticMetallic AbsorbentsGUAN Xiaosong 1, SHEN Xun 2*, LIAO Jiawei 1(1. 92574 Unit of PLA, Shanghai 200436, China; 2. 92728 Unit of PLA, Shanghai 200436, China)ABSTRACT: The work aims to investigate and discuss the high temperature oxidation of chemically active elements in magnetic metallic microwave absorbents (MMMA) and the resulting deterioration of electromagnetic properties in MMMA, to analyze the high temperature oxidation mechanism of MMMA and put forward corresponding strategies. Based on the process of oxygen adsorption, reaction and mass transfer in MMMA, the effect of high temperature oxidation on the electromagnetic properties was discussed. Three main strategies against high temperature oxidation in MMMA were proposed and reviewed, i.e., oxygen isolation from MMMA, formation of dense oxides on surface and suppression of oxygen diffusion. The strategy of oxygen isolation from MMMA has effectiveness in anti-oxidation by surface coating of organic polymers, inorganic compounds or magnetic metals. Among those coating materials, inorganic compounds are most promising, whereas the ultrathin dense coating of inorganic compounds is still challenge. The strategy for formation of dense oxides on surface have shown its potential in anti-oxidation for MMMA with selective oxidation of solute elements, forming protective film to effectively inhibit the oxidation process, but the introduction of high content ofnon-ferromagnetic solute elements is easy to reduce the magnetic permeability and deteriorate the microwave absorbing第45卷第7期管笑颂，等：磁性金属吸波剂的高温氧化问题及其对策研究进展·235·performance. The strategy for suppression of oxygen diffusion has been achieved by forming oxides in grain boundaries of MMMA to reduce diffusion paths of metal ions, active oxygen atoms and free electrons, while efficient methods to realize oxygen diffusion suppression are still absent. In view of the research of MMMA resistant to high temperature, it is necessary to consider the using temperature, type of matrix material, working frequency band and expecting absorption performance, thereby selecting appropriate anti-oxidant strategy.KEY WORDS: high temperature microwave absorbing coating; magnetic absorbent; surface coating; dense oxide film;inhibiting diffusion耐温吸波涂层一般由耐温吸波剂和耐温基体组成，它能够在一定温度下保持稳定的电磁性能和力学性能，可应用于装备的高温部位，是提升装备可探测性能的关键基础材料。
金属玻璃
金属玻璃摘要文章简要地介绍了金属玻璃的定义、分类、机理、结构及性能间的关系、用途、应用领域和特点，以及目前国内外的研究内容及研究进展。
关键词金属玻璃正文一、定义将熔融的合金喷射到冷的铜板上，降温速度在一百万摄氏度每秒以上，由于冷凝速度极高，液态合金来不及形成结晶就凝固了，结果获得了如同玻璃一样的非晶态合金。
用X射线衍射法进行测试，发现这种急冷的合金与平常的金属不同，它不是晶体而是玻璃体，故非晶态合金又称为金属玻璃。
二、机理金属玻璃是一种特殊的合金材料。
通常金属原子都是有序排列的晶体结构，而在金属玻璃中，原子的排列如同液体或者玻璃一样杂乱无章。
虽然从严格意义上来说，金属玻璃并不是液体，但是由于它没有固定的外形，可以像液体一样随意流动。
金属玻璃的原子都无规律地紧密排列，内在组合没有缝隙，因此它的硬度更大，即使遭到外力重击，原子也很容易回复原位，同时还具有很强的抗腐蚀能力，不变质，重量轻；也正是由于没有晶粒的体积限制，金属玻璃很容易被制成仅10纳米的微型器件。
而且，金属玻璃的非晶体结构使得它可以在低温下熔化，如同塑料般易于塑造成型。
阻碍原子结合与重排的势垒△U对于金属玻璃的形成尤其是它的稳定性起着重大的影响。
位形熵是考虑金属玻璃形成与稳定性的最适合的参数，而组元原子的势垒△U则是对金属玻璃的形成与稳定性起重要作用，其次是尺寸差效应，第二是过冷度。
金属玻璃是具有亚稳液态结构金属，对于一个长程有序的金属，材料的力学性能在很大程度上取决于金属中缺陷的性质、数量和分布；金属玻璃的等离子体密度与晶态差异不大，说明金属玻璃的结构与稳定性主要取决于组成原子之间的键合、电子状态，而不是它们的原子尺寸：在一个没有产生晶化的无序结构中．局部原子可以通过单个原子的位移，重新组合或通过集体结构重排而产生另一种无序结构，不完全相同的无序结构可能表现有不同的性能。
金属玻璃在急冷过程中可能引入夹杂，孔洞等缺陷，此外由于自由体积的大小和分布不均匀，产生具有高度动性的活动区，该区范围的大小、位置和动性都没有点阵的限制，在外力和温度等外界条件作用下，它们的状态和分布都可能发生变化，等离子体电荷及其场分布也跟着变化，影响金属玻璃的力学行为。
纳米级金属玻璃的制备及其应用
纳米级金属玻璃的制备及其应用纳米级金属玻璃是一种重要的高性能材料，它制备难度大，但是其特殊的电子结构和物理性质使其在电子、光学和磁性等方面具有广泛的应用前景。
本文将重点介绍纳米级金属玻璃的制备及其应用方面的一些进展与趋势。
一、纳米级金属玻璃的制备金属玻璃是由金属原子构成的无序结构，其特点是无法通过冷却足够快的液态金属制备出来，需要通过芯棒法、溅射法、等离子体法等高温高压条件下快速冷却而成。
而纳米级金属玻璃相对复杂，需要在制备过程中注入银、锆等元素或进行离子注入，以增加其结晶化的抑制能力，保持其纯净的无序状态。
在制备过程中，不同的技术路线和反应机制选择有关，如蒸汽冷却法、反应堆法、激光熔融法、分子束法等。
其中，激光熔融法是一种常用的方法，它可在纳米尺度下快速制备出纯净的纳米金属玻璃，且能够对制备的样品进行原位成分检测。
二、纳米级金属玻璃的应用1. 电子学领域纳米级金属玻璃是一种优良的电子导体，具有极高的电子传输速率和低电阻率。
因此，在电子学领域中可以应用于高速计算机芯片、集成电路中的金属线路等。
2. 磁性领域纳米级金属玻璃具有可调节的磁性，可以通过在其表面引入稀土元素，从而调节材料的磁性。
在磁储存、磁芯、传感器等方面具有广泛应用。
3. 光学领域纳米级金属玻璃是一种高度透明的材料，可以在可见光和近红外光区域内进行光学透过和吸收，并且具有很高的折射率和透过率，因此在太阳能电池、光学器件、光纤通信等方面具有潜在的应用。
4. 生物医学领域纳米级金属玻璃在生物医学领域中具有重要的应用前景，如可用于制备高灵敏度的光学探测器、磁性纳米粒子等。
三、纳米级金属玻璃的发展趋势目前，纳米级金属玻璃的研究尚处于初级阶段，仍存在着制备难度大、成本高、存在的一些杂质等问题。
因此未来纳米级金属玻璃的发展趋势需要加强对其制备过程和机理的深入研究，提高材料的品质和性能；应加强对其应用领域的研究，拓宽其应用范围和创新性；应结合人工智能、机器学习等技术，加强对纳米级金属玻璃的模拟与设计。
大块金属玻璃形成能力的研究进展
金属玻 璃 由于 具 有高 的强 度 、 性 、 韧 耐磨 性 和耐
腐 蚀性 及 较 好 的 软 磁 性 而 成 为 极 具 潜 力 的 新 材
但运 用 到具体 的金 属 玻 璃 合 金 设 计 时 ， 预 见 性较 其
蔡安 辉 等人Ｉ － 用加 和性 原 理计 算 了大 块金 属 玻 璃 （ ＭＧ） Ｂ 合金 的摩 尔 熔 化 热 △ Ｈ ． 依据 动力 学 理 论 用 △Ｈ 对 合 金 系的 金属 玻 璃 形 成 能力 （ Ａ） ＧＦ 及
璃 ， ｏ ｅ 出 了 ３ 经 验规 律［ ： １合 金 体系 的组 Ｉ ｕ提 ｎ 个 １ （） ］ 元 多于 ３种 ；２ 合 金体 系 主要元 素 的原 子尺 寸差 大 （） 于 ｌ ；３ 体 系中 的主要 元 素 间具 有 负 的混 合 热． ２ （）
虽然国内外学者从多方面进行了研究但只是通过实验的方法从热力学物理化学以及微观结构等方面来分析金属玻璃的形成能力及形成动力学总结出了一些经验规律目前还没有严格的数学和物理模型来表征金属玻璃的形成能力
维普资讯
第 ｌ卷 第 ４ 期
２００７年 ｌ２月
和 抗 晶化 能 力 、 理 结 构 参 数 、 相 稳 定 性 和 原子 尺 寸 结 构 、 电子 浓 度 和 有 序 相 与 无 序 相 的 竞 争． 出 物 液 价 指 了大 块 金 属 玻 璃 形 成 能 力 研 究 的复 杂 性 。 以及 理 论 基 础 的重 要 性 ． 关 键 词 ：大 块 金 属 玻 璃 ；非 晶 形 成 能 力 ；研究 进 展
指导下 ， ｈｎ和 Ｓｈ ｒＥ对 上 述经 验 规律 做 了 修 Ｓｅ ｃｗａｚ］
Si-Fe-RE（RE=La，Ce，Pr，Nd）物相及磁性的研究进展
文章编号：2095-6835（2023）22-0008-06Si-Fe-RE（RE=La，Ce，Pr，Nd）物相及磁性的研究进展＊陈媛媛1，李升2，梁柳青1，蓝金凤1，李德贵1（1.百色学院材料科学与工程学院，广西百色533000；2.桂林理工大学材料科学与工程学院，广西桂林541004）摘要：Si-Fe-RE（RE=La，Ce，Pr，Nd）体系合金导电性能好、抗腐蚀性强、热稳定性高、加工性能好，特别是其磁制冷应用具有绿色环保且节能等优点，因而受到研究者的青睐。
以具有优良磁致冷性能的Si-Fe-RE体系合金为研究对象，分别对Si-Fe-La、Si-Fe-Ce、Si-Fe-Pr、Si-Fe-Nd等体系的新型合金物相、相关合金磁性能进行了分析，并探讨了元素掺杂对Si-Fe-RE系磁性合金的影响。
关键词：Si-Fe-稀土合金；磁性材料；磁制冷；磁性能中图分类号：TG113文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.22.003制冷技术在人们日常生活和生产中发挥着越来越重要的作用，其发展关系到各个重要行业和领域发展，如空调、冰箱、精密电子仪器、医疗卫生事业、航空航天技术等[1]。
当前，制冷技术主要是通过气体的压缩和膨胀实现，制冷剂主要为氟利昂等会对臭氧层造成严重破坏并导致温室效应的气体。
正因为氟利昂等物质会严重影响人类的生存环境，世界各国从2010年开始便逐渐禁止氟利昂等物质投入生产和使用，并开始找寻新的制冷剂。
当前所研制的氟利昂替代品在一定程度上仍存在着不足，如生产成本高、制冷效率低、能量损耗大等。
过去的几十年里，半导体制冷、涡流制冷、磁制冷、激光制冷及化学吸附制冷等新型的制冷技术不断涌现，其中磁制冷技术具有高效、节能、无污染等优点，而促进磁制冷技术得以发展的关键是具有磁热效应的磁制冷材料。
磁制冷技术目前被研究者们视为最有可能取代传统制冷的新型制冷技术之一[2]，因此对新型磁致冷材料的研究成为科技工作者、企业家关注的重点。
磁记忆效应及研究进展
授， 目前从 事磁性 材料 的基 础理论 研究 ， － ｉ ｐ ｚｇ ｏ Ｅｍａｌ ｈｚ ｕ ：
＠ ｌ ６ Ｃ ＩＩ ２ ． ＯＴ。
信息记泵材料
中图 分 类 号 ：Ｔ ８ Ｑ５ １ 文 献标 识码 ｉＡ 文章 编 号 ：１０ —５２ 一 （０ ２ ３— ０ ０ ６ ０ ９ ６ ４ ２ １ ）０ ０ ４ —０
１ 引 言
磁性 材料 不 同 于 其 他 材 料 的一 个 显 著性 质 就 是磁 滞 。实 际 上 ，磁 滞 是 一 种 磁 记 忆 效 应 。正 向 磁化 的某 些 效 果 被 材 料 记 住 ，从 而对 磁 化 产 生 影
观测 到 ，等待 的零场 冷磁 化 曲线 ２和 没有 等 待 的参 考 曲线 １ 高温处 和低 温处 都重合 ，只是在 等待 的 在 温度 点 附近偏离 。
成 空 间振 荡 衰 减 的铁 磁 和 反 铁 磁 相 互 作 用 。 由 于 磁 性原 子 在 合 金 中无 规 则 分 布 ，其 相 互 作 用 也 大 小 不 均 ，所 以被称 为 自旋玻璃 。 弱磁场 下 自旋 玻 璃 的磁 化 率 在 相 变 点 处 呈 生 了 磁
一
金 属熔合 而成 的稀 磁 合 金 。合 金 中 的磁 性 原 子 浓 度 小于 ０ １ 的稀磁合 金 ，由于其 中传 导 电子被 磁 ． 性原子所散射 而形成低温下 的近藤散射 。浓度逐
渐 增加 时 ，由于 Ｒ ＫＫＹ 相互 作 用 ，磁 性 原 子 间形
测磁场 ，然 后 均 匀 升 温 。通 过 这 个 方 法 在 实 验 上
块体金属玻璃制备技术的研究进展
手段 。块体金属玻璃的连接技 术包括激光焊 、 炸焊 、 爆 电子柬焊 、 熔融液相 连接 法和摩擦焊等 。采 用焊接 的方法 可将 块体金属玻璃连接在 一起 ， 以形成大尺寸甚至超 大尺寸 的块体金 属玻 璃； 电等 离子烧结可在很 短时 间内制备 多孔、 放 大尺 寸和具有一定塑性 的块体金属玻璃 ， 在制备具有优异软磁性 能的块体金属玻 璃上也具 有显著优 势； 电磁振 动法
可 以有 效 抑 制 晶 体 形核 ， 著提 高块 体金 属 玻 璃 体 系的 玻 璃 形 成 能 力 ， 而制 备 更 大尺 寸 的 块 体金 属 玻 璃 。 显 从 关键 词 块体金属玻璃 块体金属玻璃的连接 放电等离子烧结 电磁振动
中 图 分类 号 ： Ｇ ３ Ｔ １９
文献 标 识 码 ： Ａ
ｔｃ ｎ ｌｇｅ ｏ ＭＧｓ ｐ ｒ ｌｓ ｉｔｒｎ ｒｃ ｓ ｎ ｌｃｒｍａ ｎ ｔ ｉｒｔ ｎｐ ｏ ｅ ｓａ ｅｒ ｖｅ ．Ｔｈ ｉｉｇ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓｆｒＢ ，ｓ ａｋ ｐａｍａｓｎ ｅｉｇ ｐ ｏ ｅ ｓａ ｄｅｅ ｔｏ ｇ ｅｉ ｖｂ ａｉ ｒｃ ｓ ｒ ｅ ｉｗｄ ｃ ｏ ｅｊ ｎｎ ｏ ｔｃ ｎ ｌｇｅ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓｆｒＢＭＧｓ ｎ ｌｄｎ ａ ｅ ｅ ｍ ｌｉｇ，ｅ ｐｏ ｉｎｗｅｄｎ ，ｉｃｕ ｉｇ ｌｓ ｒｂ ａ ｗｅｄｎ ｘ ｌｓｏ ｌｉｇ，ｅｅｔ ｇ ｌ ｉ ｏｎ ｉ ｑ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｈｅ Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｏ ｌ ｅ ａ ｌｃ Ｇｌ ｓ ｅ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ ｔ ｅ ａ ａ ｉ ｎ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｓ ｆ ｒ Ｂｕ ｋ Ｍ ｔ ｌｉ ａ ｓ ｓ ＸＵ ｎ ｗｅ ，ＤＵ ｌｉ Ｈｏ ｇ ｉ Ｙｕ ｅ，ＣＨＥＮＧ ｉｌ Ｊａｉ ｎ，ＣＨＥＮ ａ ｇ Ｇｕ ｎ
[(Fe1—xCox)0.75B0.2Si0.05]96Nb4金属玻璃的磁谱研究
分 析 。在加 热速 率 为 ０ ６ Ｋ／ ． ７ ｓ下通 过 Ｄ Ｃ测定 条 带 Ｓ
样 品 的玻璃 化 温度 （ ） 晶化 温 度 （ 。金 属 玻 璃 和 Ｔ）
条 带缠绕 成 内径 １ ｍｍ、 径 １ ｍｍ 的 环形 样 品 ， ２ ｌ 外 ８ 在 ×１ Ｐ 真 空 中分别 在 ７ ３ 退火 １ ｍｉ Ｏ ａ ７Ｋ ０ ｎ。通过 四端 法测 得金 属 玻 璃 条 带 的 电 阻 率 。复 数 磁 导 率 一 （） 厂 一 （ ） 过 Ａｇｌｎ ２ ４ 阻抗 分 析仪 测 得 ， 厂通 ｉ ｔ４ ９ Ａ ｅ 测 试频 率为 ｌ Ｈｚ １Ｍ Ｈｚ 铁芯 所加 交 流磁场 幅值 Ｈ ｋ ￣ ５ 。 为 固定值 ， ０ １ ９ ｍ， 数 磁 导 率 的 实 部 和 Ｈ。一 ． ５ Ａ／ 复 虚部 通 过阻 抗分 析仪 测得 ：
（ 京科 技 大学 材料 科学 与工程 学 院 ， 北 北京 １ ０ ８ ） ０ ０ ３
摘
要 ： 对Ｅ Ｆ ｌ Ｃ ０５ ０ Ｓ０ ５§Ｎｂ （ （ ｅ～ ）． ． ｉ０］６ ４ 一０ １ ７Ｂ ２ ． ．、
文 献报 道 。
０ ２ ０ ３ ０ ４ 金 属玻 璃在 １ Ｈｚ １ ＭＨｚ间 的磁谱 进 ． 、． 、 ． ） ｋ ～ ５
成 为应用研究 的热点 。 近年来有 大 量关 于 具有 室 温磁性 的新 型铁基 金 属 玻璃 体 系 的研 究 的报 道 ， Ｆ － Ａｌ ａ 一 Ｐ，Ｃ，Ｂ 如 ｅ（ ，Ｇ ）（ ， Ｓ） ｉ系列金 属 玻 璃［ 、 ｅ（ ， ｏ Ｇａ －Ｐ， Ｂ， ｉ １ Ｆ 一 Ｍｏ Ｃ ， ）（ Ｃ， Ｓ） 叫］ 系列 金属 玻 璃［ 、 ｅ（ ｏ Ｎｉ一 Ｂ（ ＝ Ｚ 、 、 、 ４ Ｆ －Ｃ ， ）Ｍ－ Ｍ ］ ｒ Ｈｆ Ｎｂ Ｔ 、 、 系 列 金 属 玻 璃Ｅ ］ （ ｅ Ｃ ）Ｒ — 系 列 ａ Ｍｏ Ｗ） 。 和 Ｆ ， ｏ 一 ＥＢ 金属玻璃 ［ （ Ｅ为稀 土元 素） 。其 中 Ｆ Ｃ Ｂ ｉ ７Ｒ ］ 等 ｅ ｏ ＳＮｂ玻 璃金属 表现 出较 大 的 非 晶形 成 能 力 ［ 。Ｎｂ元 索加 入 ８ ］ ＦＣ Ｂｉ ｅ ｏ Ｓ 玻璃 金属 的研究 表 明 ， Ｎｂ元素 改 善 了其 软 磁
玻璃新材料研究及应用
玻璃新材料研究及应用玻璃是一种非晶态固体材料，具有很强的透明度和抗化学侵蚀能力，在科技发展中一直扮演着重要的角色。
然而，随着技术的不断进步和社会需求的日益增长，传统的玻璃材料已无法满足人们的需求，因此，人们开始研究和应用新型的玻璃材料。
一、玻璃新材料的研究1.1 金属玻璃金属玻璃，也称为铁基非晶态合金，是一种新型的金属材料。
相比于传统的晶态金属，金属玻璃具有更高的硬度、强度和耐腐蚀性能，被广泛应用于制造精密仪器、汽车零部件、医疗器械等领域。
此外，金属玻璃还具有良好的磁性和导电性，因此被用于生产电子元件。
1.2 硅基透明陶瓷硅基透明陶瓷由氧化硅和氮化硅组成，具有非常高的透明度和强度。
在高温、高压和腐蚀等极端环境下，硅基透明陶瓷表现出非常优异的性能，因此被广泛应用于飞行器、摩托车、平板显示器等领域。
1.3 超导玻璃超导玻璃顾名思义，是一种既具有玻璃材料的非晶态结构，又具有超导材料的超导性质。
相比其他超导材料，超导玻璃的临界温度更高，超导电流密度更大，被广泛应用于制造超导磁体和超导滤波器等领域。
1.4 其他新型玻璃材料除以上提到的玻璃新材料外，如陶瓷钢化玻璃、碳化硅玻璃、铝氧化物玻璃等材料都属于玻璃新材料的范畴。
这些材料各自具有独特的性能和应用领域。
二、玻璃新材料的应用2.1 建筑行业在建筑行业中，传统的玻璃材料已经被广泛应用于外墙幕墙、天窗、隔断等领域。
随着玻璃新材料的不断推陈出新，建筑业也将迎来更多的可能性。
例如，硅基透明陶瓷可以制造更加坚固的天窗、雨棚和隔断；同时，陶瓷钢化玻璃可为建筑提供更强的安全性能。
2.2 电子行业在电子行业中，金属玻璃被广泛应用于制造电路板和其他电子元件。
此外，超导玻璃还可用于制造超导磁体和超导滤波器等设备。
2.3 医疗行业金属玻璃在医疗行业中应用非常广泛，例如，用于制造牙齿修复物、骨折修复材料、人工心脏辅助系统等设备。
这些设备不仅在医疗技术上取得了很大的进展，同时也大大提高了病人的生活质量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磁性金属玻璃研究进展龙 毅 叶荣昌 万发荣 李春和(北京科技大学材料学院 北京 100083)摘 要 磁性金属玻璃是一种新型的磁性材料,它具有大的玻璃形成能力和良好的热稳定性,只需很低的临界冷却速率即可获得很大尺寸的金属玻璃。
与传统的磁性材料相比,磁性金属玻璃的有关性能更加优异,它具有高的饱和磁化强度、低的矫顽力、高的磁导率以及大的磁致伸缩系数,而且,在其液态过冷区内具有超塑性,利用这一特点,可以将其加工成为各种高精密度形状复杂的磁性器件。
关键词 磁性金属玻璃 玻璃形成能力 液态过冷区中图分类号 TG 139+.8 文献标识码 A 文章编号 1005-8192(2002)04-0001-06Progress in R esearch of Magnetic G lassy AlloysLong Y i ,Ye Rongchang ,Li Chunhe ,Wan Farong(School of Material Science and Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083)ABSTRACT Magnetic glassy alloy is a new kind of magnetic material which has large glassy forming ability and good thermal stability.And glassy alloy with large thickness has been made with rather low critical cooling pared with traditional magnetic materials ,magnetic glassy alloys have high saturation magnetization ,low coercivity ,extremely high permeability and large magnetostriction ,as well as superplasticity in the supercooled liquid region which is of great signifi 2cance to make different kind of complicated and high precise magnetic devices.KE Y WOR DS magnetic glassy alloy ,glassy forming ability ,supercooled liquid region作者简介:龙 毅,女,1982年2月在华中工学院固体电子系磁性材料专业获磁性材料专业学士学位。
1989年3月在北海道大学获工学博士学位。
目前为北京科技大学教授,博导,任材料系副主任。
负责承担国家自然科学基金,“863”高技术等基金资助项目。
近年主要从事磁热效应机理和应用,金属软磁材料,块状非晶磁性材料,新型稀土永磁材料的研究。
1 前 言金属非晶材料的研究是从1960年用急冷的方法得到Au 2Si 系非晶合金开始的,到了70年代,就开发出可以实用化的单辊急冷制备非晶薄带的技术,同时,发现非晶材料具有优于晶体材料的三大特性,即高的强度、良好的耐蚀性能和高的磁导率。
到了80年代,各种金属非晶已经得到了广泛的应用。
但是,在从60年代初到80年代末的近30年中,制备非晶合金都需要105K/s 以上的冷却速度,所制备非晶材料的厚度也仅限于100μm 左右,而且,到了80年代后期,用急冷的方法来开发新的金属非晶材料已经比较困难,非晶材料的研究主要集中在商品化和开发一些新的方法来制备除薄带以外的其它形式的非晶合金。
到80年代即将结束时,日本东北大学金属研究所的井上研究室在进行富Al 的ZrAlNi 非晶研究时,偶然发现在增加某种成分(Cu )后,用电弧炉制备出的非晶母合金不再是结晶态,而是变成了完全的非晶态,这就是现在称为金属玻璃的非晶合金。
该发现使得非晶合金的研究再次活跃起来,到目前为止,已经研制出了约100多种金属玻璃,其临界冷却速度R c 远远小于制备传统非晶所需要的冷却速度,只有011～数百K/s ,由图1可知,由于冷却速度降低了,因而能够得到很大尺寸的金属玻璃,也就是所谓的大块非晶。
第9卷 第4期2002年8月 金属功能材料Metallic Functional Materials Vol.9, No.4August , 2002图1 典型金属玻璃的临界冷却速度(R c ),最大厚度(t m ax )及玻璃转变折算温度(T g /T m )之间关系Fig 11 R elation among the critical cooling rate for glass form ation (R c ),the m aximum sample thickness(t m ax )and the reduced glass transition temperature(T g /T m )for typical glassy alloys2 金属玻璃的特征日本学者井上明久率先提出,将有明显玻璃转变和大的过冷温度区间ΔT x =T x -T g ,并且能够形成足够大的临界厚度的非晶合金称为金属玻璃,以便与传统的非晶合金相区别,其中,T x 是晶化温度,T g 是玻璃转变温度。
与传统的非晶合金相比,图2 金属玻璃与传统非晶材料晶化过程示意图Fig 12 Schem atic diagram of the crystallizing process ofglassy alloys and traditional amorphous alloys金属玻璃有如下特征:1)在结晶温度以前存在明显的玻璃转变温度,这也是其称之为金属玻璃的直接原因。
图2为在加热过程中金属玻璃与传统非晶材料转变过程对比示意图,由图可知,在保持一般热分析的升温速度0133K/s 时,可以明显观察到金属玻璃与传统非晶材料的晶化过程存在显著差别,金属玻璃从非晶态→过冷却液体→结晶态,而传统非晶材料则直接从非晶态→结晶态。
过冷温度区间的大小ΔT x 表示准平衡态的过冷液体的热稳定性,说明了金属玻璃对晶化的抵抗能力。
显然,过冷温度区间越大,金属玻璃的热稳定性越好。
2)在过冷温度区间中,金属玻璃表现出超塑性。
选择最佳的应变速度,就可以在过冷温度区间中进行高速超塑性加工。
图3为Zr 55Al 10Ni 5Cu 30金属玻璃在过冷温度区间中形变应力与应变速度的关系,由图可知,m =1,这表明在过冷温度区间内的某一温度下,材料形变是完全的牛顿粘性流动,这一特性使得材料可以在次微米数量级上进行精加工。
图4(a )为La 55Al 25Ni 20金属玻璃在过冷温度区间中加工得到的丝材,其延伸率达到15000%。
该延伸率远远大于超塑性晶体最大延伸率的5000%～6000%;图4(b )为用金属玻璃加工成的只能用放大镜观察的超微齿轮。
由于金属玻璃在过冷温度区间内具有良好的超塑性流变特性,因此,可以不用进行中间加工过程(如研磨),直接做出高精度的形状复杂的微小部件。
图3 Z r 55Al 10Ni 5Cu 30金属玻璃在过冷温度区间中形变应力与应变速度的关系Fig 13 R elation betw een the stress and the strain rateof the Z r 55Al 10Ni 5Cu 30glassy alloyin supercooled liquid region 3)在微观结构上,与传统的非晶材料相比,金属玻璃的原子堆积更加密实。
表1列出了几种金属玻璃及其对应晶态的密度,从表中可以看出,金属玻璃在晶化后密度增加了013%～0154%,而传统的非晶材料在晶化后密度则增加了2%,因此,金属玻璃2金属功能材料 2002年的原子排列更紧密。
图4 金属玻璃在过冷温度区间中超塑性加工零件Fig 14 Shape and surface appearance of the partsm anufactured with glassy alloys表1 金属玻璃在晶化前后的密度变化T able 1 Changes of density of glassy alloys 合金类型ρg/Mg ・m -3ρc/Mg ・m -3Δρ/%Zr 60Cu 30Al 10617261740130Zr 55Cu 30Al 10Ni 5618261850144Pd 40Cu 30Ni 10P 20912791310154 表中Δρ=(ρc -ρg )/ρg 另外,表2列出了Zr 60Al 15Ni 25金属玻璃中主要原子对的原子间距和配位数在晶化前后的变化。
可以看出,Al 周围的Zr 的配位数在晶化前后有很大的变化,而且,在晶化前后,局部原子的分布也很不一样,该结果表明为了晶化,有关原子必须大范围内进行重组,而玻璃金属中的原子堆积得十分密实,这就使得原子的重新排列变得非常困难,晶化过程难以进行,因此,金属玻璃具有很好的热稳定性。
根据金属玻璃的上述微观结构特点,井上明久提出了研制金属玻璃的三大经验原则,(1)多组元合金体系,组元数要大于3;(2)主要的三种组成元素之间原子尺寸比差别显著,超过12%,即组成金属玻璃的原子尺寸需要大、中、小三种组合;(3)主要的三种组成元素之间存在较大值的负的混合热,也即主要三种组成元素之间具有形成化合物的倾向。
满足三大经验原则的合金系是一种非常致密的堆积体,原子之间通过相互作用紧密结合在一起。
这种高度无序堆积结构与平衡结构和局部结构有所不同,原子之间通过相互吸引而形成非常均匀的长程网格结构,为了晶化,必须破坏该结构,进行原子的重新排列,而原子的密堆结构则使上述过程变得十分困难,这就使得金属玻璃表现出良好的热稳定性。
表2 Z r 60Al 15Ni 25金属玻璃在晶化前后原子对的原子间距及其配位数的变化T able 2 Atomic distances and coordination numbers of Z r 2Ni ,Z r 2Z r and Z r 2Al atomic pairs in Z r 60Al 15Ni 25glassy alloys 组织状态r ZrNi /nmN ZrNir ZrZr /nmN ZrZrN ZrAl玻璃态(a )01267±01002213±01201317±010021013±017-011±019(b )01267±01002211±015(c )01269±01002213±012结晶态(a )01268±01002310±012(b )01267±01002310±01501322±01002812±019017±017(c )01273±01002213±012 至今为止所发现的金属玻璃系如表3所列,由表可知,金属玻璃可以获得的最大尺寸为72mm ;由于磁性金属玻璃开发的较晚,目前,可以制成的最大尺寸仅有6mm 。