非晶态金属的制备方法_61207226
非晶合金制备方法
非晶合金制备方法非晶合金，也被称为非晶态金属或非晶态合金，是一种具有非晶态结构的合金材料。
与晶态材料相比，非晶合金具有更高的强度、硬度和耐腐蚀性，因此在许多领域有着广泛的应用。
有几种常见的非晶合金制备方法，包括快速凝固法、溅射法和机械合金化法等。
快速凝固法是最常用的一种制备非晶合金的方法。
该方法通过将合金液体迅速冷却至高速凝固状态，使其结晶过程无法发生，从而形成非晶态结构。
快速凝固法主要有液体金属冷却法、蒸发冷凝法和高速冷却法等。
液体金属冷却法是将合金液体倒入一个冷却介质中，使其迅速冷却并形成非晶态结构。
蒸发冷凝法则是通过蒸发冷却的方式制备非晶合金。
高速冷却法则是利用高速冷却流体对合金液体进行快速冷却。
溅射法是另一种常用的非晶合金制备方法。
该方法通过将原料金属放置在真空室中，然后利用离子束轰击或电弧放电等方式将金属原子溅射到基底上，形成非晶合金薄膜。
溅射法可以制备出具有高质量、高纯度的非晶合金薄膜，广泛应用于电子器件和光学材料等领域。
机械合金化法是一种将粉末混合物通过机械力作用下制备非晶合金的方法。
该方法通常使用球磨机或高能球磨机等设备，将金属粉末和非金属元素混合在一起，通过机械力的作用使其形成非晶态结构。
机械合金化法可以制备出大块的非晶合金材料，广泛应用于航空航天、汽车制造和能源领域。
除了以上几种方法，还有一些其他的非晶合金制备方法，如熔体淬火法、气相沉积法和快速固化法等。
这些方法各有特点，适用于不同类型和形状的非晶合金材料制备。
非晶合金是一种具有特殊结构和性能的材料，在现代科学技术中有着广泛的应用。
通过快速凝固法、溅射法和机械合金化法等多种制备方法，可以制备出高质量的非晶合金材料，为各个领域的发展提供了重要的支持。
随着科技的不断进步，相信非晶合金的制备方法将会更加多样化和高效化。
冶金工业中的非晶态合金制备方法教程
冶金工业中的非晶态合金制备方法教程非晶态合金是一种特殊的材料，具有优异的力学性能、热稳定性和耐腐蚀性能，因此在冶金工业中得到广泛应用。
本文将介绍冶金工业中非晶态合金的制备方法，以供参考。
1. 快冷淬火法快冷淬火是制备非晶态合金的一种常见方法。
该方法通过迅速冷却合金溶液，使其快速锁定在非晶态结构中，防止晶体的形成。
快冷淬火法可以通过多种方式实现，包括快速凝固、快速减温和快速冷却等。
在实际操作中，可以使用气冷或液冷装置，将合金淬火至液氮温度以下。
此外，还可以使用电磁感应加热或激光加热等技术，以提高合金的冷却速率和延缓合金结晶的发生。
此种方法适用于制备各种金属合金，如铁基合金、镍基合金等。
2. 离子束淬火法离子束淬火法是一种较新的非晶态合金制备方法。
该方法通过将金属合金暴露在高能离子束中，使其表面受到强烈的离子轰击。
离子轰击产生的热量和压力可以快速冷却金属合金，形成非晶态结构。
离子束淬火法具有一些独特的优势，如能够制备薄膜和纳米尺度的非晶态合金，以及在低温下制备非晶态合金。
然而，这种方法需要昂贵的离子束设备，并且对合金薄片的质量和纯度要求较高。
3. 机械合金化法机械合金化法是一种通过高能机械力作用下的冶金方法制备非晶态合金的方法。
该方法通过高速旋转的球磨机或振动研磨机等设备，将含有不同金属的粉末混合均匀，并产生相互碰撞和变形，形成非晶态合金。
机械合金化法具有简单易行、原理清晰等优点，适用于制备大量的非晶态合金。
此外，该方法还可以实现多元非晶态合金的制备，通过控制合金中不同金属的比例和添加不同元素，可以调节合金的结构和性能。
4. 溅射法溅射法是一种常用的制备非晶态合金的物理气相沉积方法。
该方法通过将原材料靶材置于真空室中，使用离子束轰击或激光加热等方式使靶材表面蒸发，然后沉积于基板上形成非晶态合金薄膜。
溅射法具有高纯度、成膜速度快、制备薄膜便利等优势，是制备非晶态合金薄膜的一种常用手段。
此外，溅射法还可以对合金进行复合与掺杂，以提高合金的性能和附着力。
非晶态材料的制备和性质
非晶态材料的制备和性质随着科技的飞速发展，材料科学技术也随之不断进步。
作为一种新兴的材料，非晶态材料在各个领域都有广泛的应用，如电子、电工、力学、生物、化学等，因此其制备和性质研究备受关注。
一、非晶态材料的制备方法非晶态材料是一种没有长程有序结构的固体材料。
制备非晶态材料有多种方法，以下介绍其中几种。
1、快速凝固法快速凝固法是制备非晶态材料的最常用方法之一，其原理是通过快速冷却液态金属，使分子结构无法排列，从而形成非晶态材料。
快速凝固法分为多种，如单轴拉伸、液滴飞散、旋转坩埚等。
2、物理气相沉积法物理气相沉积法是在真空中通过鼓泡、溅射和蒸发等途径将材料沉积在基底上，形成非晶态材料。
常见的物理气相沉积法有热蒸发法、磁控溅射法和激光蒸发法等。
3、溶胶凝胶法溶胶凝胶法利用液相化学反应制备非晶态材料。
它的原理是通过在溶液中加入一定比例的试剂，使得所生成的凝胶液能够数十到数百度地加热固化，形成非晶态材料。
这种方法对于非晶金属氧化物材料的制备具有独特优势。
二、非晶态材料的性质由于非晶态材料的化学成分和物理结构的特殊性质，它具有很多独特的物理和化学性质。
以下将简要介绍几种常见的非晶态材料性质。
1、高热稳定性和良好的化学稳定性由于非晶态材料的结构更加紧密，非常难以发生物理和化学变化，因此非晶态材料具有高热稳定性和良好的化学稳定性。
这是一些化学储能和高温环境材料的理想选择。
2、优异的机械性能非晶态材料的内部结构类似于玻璃，在形变过程中，分子排列难以发生变化，从而使其具有优异的机械性能。
这种性质使得非晶态材料成为了开发高强度、高韧性和高导电性的材料的理想选择。
3、宽的电学响应范围由于非晶态材料中排列不规则，因此其电学响应范围非常宽。
这种特性使得非晶态材料在先进的光电技术中得到了广泛的应用。
4、特殊的磁性质一些非晶态材料具有特殊的磁性质，如低磁滞、高磁弛弦、高磁导率和高饱和磁感应强度等。
这使得非晶态材料成为了磁性储存器和传感器的重要材料。
非晶态材料制备及性能研究
非晶态材料制备及性能研究非晶态材料是一类独特的材料，其具有无序排列的结构，并且没有结晶性。
这种材料在实际应用中具有很大的潜力，因为它们可以在很多方面优于晶态材料。
在本文中，我们将重点探讨非晶态材料的制备方法及其性能研究。
1. 非晶态材料的制备方法非晶态材料的制备方法多种多样，其中较为常见的方法有：1.1 快速凝固法快速凝固法是一种常用的制备非晶态材料的方法。
该方法的原理是通过极快的固化速度，将材料的结晶过程阻止，使其保持在无序排列的状态。
快速凝固法有多种类型，包括基体法、轧制法、溅射法和熔滴法等。
其中基体法和轧制法是较为常见的制备非晶态材料的方法。
1.2 化学气相沉积法化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种在高温气氛下进行的化学反应过程，可以制备高质量的非晶态材料。
CVD法以气体为起始材料，通过化学反应沉积非晶态材料在基底上。
这种方法可以制备出很小颗粒的非晶态材料，并能够实现对其形貌和尺寸的精密控制。
1.3 溶胶–凝胶法溶胶–凝胶法是制备非晶态材料的一种简单有效的方法。
该方法通过以溶胶为基础，经过凝胶化和热处理等步骤来制备非晶态材料。
溶胶–凝胶法能够制备较大尺寸的非晶态材料，并且可以调控它们的成分和微观结构。
2. 非晶态材料的性能研究2.1 机械性能非晶态材料的机械性能是研究非晶态材料的重要指标。
相比较于晶态材料，非晶态材料具有更高的强度，更大的韧性和更好的抗腐蚀性。
这使得非晶态材料在各种领域中有着很广泛的应用，例如受力部件、压力容器和电子产品等。
2.2 导电性能非晶态材料的导电性能也是非常重要的。
自1982年发现金属玻璃以来，非晶态金属的导电性引起了研究人员的广泛关注。
非晶态金属电阻率通常比普通金属要高，但其导电性能也非常重要。
例如，在电池制造中，非晶态钴铁磁性材料常用作电动车辆的电池材料。
2.3 光学性能非晶态材料的光学性能也是非常重要的。
非晶态材料能够用于制造高质量的光学器件、传感器和显示器件等。
第五章 非晶态材料的制备
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• （3）软磁特性
软磁材料
磁场强度H的国际单位是A/m。高斯单位是Oe（奥斯特）。
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• （3）软磁特性
• 所谓“软磁特性”是指磁导率和饱和磁感应强度高，
矫顽力和损耗低。
• 目前使用软磁材料多为结晶材料，具有磁晶各向异性
而互相干扰，结果使磁导率下降。
• 非晶态合金中没有晶粒，不存在磁晶各向异性，磁特
送带、水泥制品及高压管道的增强纤维，还可以开发特殊切削
刀具方面的应用。
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• （2）抗腐蚀性
在中性盐溶液和酸性溶液中，非晶态合金的耐腐蚀性能 要比不锈钢好得多。
金属玻璃和不锈钢在10w%FeCl3·6H2O溶液中的腐蚀率
利用非晶态合金几乎完全不受腐蚀的优点，可以制造耐蚀管
道、电池电极、海底电缆屏蔽等。
• （3）从动力学观点来看，形成的关键问题是为避免发生可察觉
的结晶，要以多快的速率从液态冷却下来的问题。
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四. 非晶态材料的制备原理与方法
• 1.非晶态材料的制备原理 • （1）获得非晶态材料的根本条件 • ——足够快的冷却速度，并冷却到材料的再
结晶温度以下。
• （2）制备非晶态材料需解决的两个技术关键：
• 20世纪50年代，Szekely又采用电解法制备出非晶态锗。 • 其后，Tauc等人加以发展，他们用铜板作为阴极，
GeCl4和C3H6（OH）2作为电解液，获得了厚约30微米 的非晶薄层。
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• （4）辉光放电分解法 • 目前用于制备非晶半导体锗和硅最常见的方法。 • 首先是Chittick等人发展起来的。
（a）必须形成分子或原子混乱排列的状态； （b）将热力学亚稳态在一定范围内保存下来，
非晶态材料的制备及性质研究
非晶态材料的制备及性质研究一、引言非晶态材料是一类在凝固时没有形成规则结晶结构的物质。
它们具有许多特殊的物理和化学特性，例如高密度、超强硬度和高力学阻尼性能。
这些特性使得非晶态材料被广泛应用于制造高性能材料和微电子器件等领域。
本文将介绍非晶态材料的制备方法，探讨其性质研究现状及未来发展方向。
二、四种制备非晶态材料的方法1. 熔融淬火法熔融淬火法是较为常用的制备非晶态材料的方法。
它的基本原理是将金属或合金加热至高于其熔点，然后迅速冷却到室温以下。
在快速冷却的过程中，金属或合金没有足够的时间来形成晶体结构，从而形成非晶态结构。
熔融淬火法的优点在于可以在室温下制备大面积的非晶态薄膜和多组分玻璃材料。
然而，这种方法对于高熔点的合金和易氧化金属的制备较为困难。
2. 溅射法溅射法是另一种常见的非晶态材料制备方法，它的基本原理是将金属或合金靶材置于真空室内，然后利用离子轰击或电子轰击等手段将靶材表面原子溅射出来。
这些原子以极高速度沉积到衬底上，形成非晶态薄膜。
溅射法可以制备多种材料的非晶态薄膜，具有优良的化学均匀性和结晶性能。
但是，由于需要真空设备和高昂的成本，溅射法一般只用于小面积的薄膜制备。
3. 机械合金化法机械合金化法是一种将原材料粉末混合并经高强度机械碾压形成非晶态钎料的方法。
这种方法的基本原理是通过机械碾压将原材料粉末混合均匀，然后控制碾压时间和碾压力度以制造非晶态钎料。
机械合金化法可以制备许多非晶态合金，具有良好的热稳定性和化学稳定性。
然而，由于合金中添加的原材料粉末数量有限，因此机械合金化法仅适用于小规模的制备。
4. 其他方法除了以上三种制备非晶态材料的方法外，还有一些较为新颖的制备方法，例如分子束外延法、热化学气相沉积法和激光凝固法等。
这些方法具有不同的优势和限制，可以根据不同的需求和材料特性进行选择。
三、非晶态材料的性质研究1. 机械性能非晶态材料的机械性能是其最显著的特点之一。
由于其无晶体结构，非晶态材料通常具有非常高的硬度和强度，同时具有良好的弹性模量和塑性形变能力。
非晶态合金的一种制备方法
非晶态合金的一种制备方法非晶态合金是指具有非晶态结构的金属合金。
与晶体结构的金属合金相比，非晶态合金具有具有更高的硬度、强度和韧性，以及优异的阻尼特性和导电性。
非晶态合金制备方法主要有快速凝固法、化学合成法、机械合金化法以及溶液淬火法等。
以下将详细介绍这些制备方法。
1. 快速凝固法:快速凝固法是制备非晶态合金最常用的方法之一。
该方法在金属熔体状态下，通过快速冷却将熔体迅速凝固成非晶态结构的固体。
常用的快速凝固方法包括水淬法、微滴法以及薄带法等。
其中，水淬法是最常用的方法之一，其原理是将熔融金属注入到冷却剂中，迅速冷却凝固成非晶态合金。
这种方法可以制备出具有高度非晶态结构的合金，但是需要对冷却速度进行精确控制。
2. 化学合成法:化学合成法是通过化学反应来制备非晶态合金。
这种方法通常使用金属有机前体与其他化合物反应生成非晶态合金。
例如，通过气相沉积法，可以将金属有机前体在高温条件下分解成金属原子，然后与其他气体反应生成非晶态合金。
这种方法可以控制合金的化学组成和结构，可以制备出多种不同的非晶态合金。
3. 机械合金化法:机械合金化法是通过机械力的作用来制备非晶态合金。
这种方法通常使用高能球磨、挤压、冲击等机械力对金属粉末进行处理。
机械合金化的原理是通过机械力使金属粉末发生变形、断裂和重新结合，形成非晶态和纳米晶态结构的合金。
机械合金化法制备非晶态合金具有简单、可扩展性好的特点。
4. 溶液淬火法:溶液淬火法是将金属合金在高温状态下快速冷却至低温，制备非晶态合金。
在溶液淬火法中，液体金属合金先加热至高温状态，然后迅速浸入低温淬冷液体中，使其迅速冷却凝固为非晶态合金。
该方法需要对淬冷温度和淬冷液体进行精确控制，可以制备出高度非晶态结构的合金。
总的来说，制备非晶态合金的方法有快速凝固法、化学合成法、机械合金化法以及溶液淬火法等。
这些方法各有优缺点，选择合适的制备方法要根据具体的要求和实际情况来确定。
非晶态合金的制备方法的研究和应用将为制备高性能材料和开发新颖器件提供重要的技术支持。
非晶态合金材料的制备及其性能研究
非晶态合金材料的制备及其性能研究一、引言非晶态合金材料是由金属和非金属元素混合而成的一种特殊材料，具有良好的机械性能、高温稳定性和耐腐蚀性等特点，在航空、航天、电子、汽车等领域得到广泛应用。
本文旨在介绍非晶态合金材料的制备方法及其性能研究进展。
二、非晶态合金材料的制备方法1.快速凝固法快速凝固法是制备非晶态合金材料的主要方法之一。
它是通过将高温熔体在短时间内迅速冷却而得到的。
快速凝固法主要有以下几种形式：(1)注射成形注射成形是指将高温合金液体喷射到高速旋转的铜轮上，使其迅速凝固成带状或箭头状的合金带或合金箭头。
(2)薄带法薄带法是将高温合金液体均匀倾倒在旋转的铜轮上，使其形成均匀的薄片状合金带。
薄带法工艺简单，适合生产中小规模、复杂形状的非晶态合金部件。
(3)熔体淬火法熔体淬火法是将高温合金液体放在冷却系统中，在液态状态下急速冷却。
2.物理气相沉积法物理气相沉积（PVD）法是利用大气微压力下的物理气相形成气体离子，进行材料表面修饰或改性的工艺。
PVD法可制备多层复合非晶态合金膜、纳米非晶态合金薄膜等。
3.化学气相沉积法化学气相沉积（CVD）法是以气相反应产生的物质形成与原始气体化学不同的新物质，通过气相化学反应方式形成非晶态合金薄膜。
CVD法优点在于大面积生产高质量、不同形状的非晶态合金膜，同时也可以较好地调节非晶态的成分结构。
三、非晶态合金材料的性能研究1.机械性能非晶态合金材料具有很高的硬度和弹性模量，极高的疲劳极限，强度接近于普通坚硬材料的2倍以上。
非晶态合金的强度与它们的化学成分、制备方式、形状和粒度有关。
2.热稳定性非晶态合金材料具有很好的热稳定性。
其玻璃化转变温度（Tg）相对较高，可达到1000°C以上。
与单一纯金属相比，非晶态合金的热稳定性优越，主要由于结晶的组织失去了。
传统的金属多晶材料在高温时会出现晶粒的长大和变形，而非晶态合金不会发生这种情况，因此其高温稳定性更好。
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Scri. Mater. 13, 673 (1979)
L DV(T)/ (T)
Nano Lett. 12, 2404 (2012).
L:spinnability length, D:wire diameter, V:spinning velocity Ƞ: viscosity, :surface tension.
四个重要阶段
优点
缺点
反应气体向基体表面扩散 反应气体吸附于基体表面 气相副产物脱离基体表面 反应物覆盖基体表面形成薄膜
Page 5
Turnbull D et al. J. Appl. Phys. 21, 804 (1950) and 魏炳波等航空学报12，A214 (1991).
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3.1 液体极冷技术
3.1.3 雾化法 雾化：通过喷嘴或者高速气流使得液体分散成微小液滴。
微米或纳米尺度非晶态金属粉末 非晶态金属纳米线
研究生选修课
材料学院
清华大学
非晶态金属
陈娜
第三章 非晶态金属的制备方法
内容提要：
本章重点介绍非晶态金属的常用制备方法， 以及在制备非晶态金属过程中需要注意的关键因 素。
学习目标：
本章重点掌握非晶态金属的常用制备方法。
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3.1 液体极冷技术
液体极冷或快速凝固（rapid solidification）采用比常规凝固工
Page 10
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3.2 气相沉积
3.2.1 物理气相沉积 脉冲激光辅助物理气相沉积：脉冲激光气化高分子材料进行薄膜沉积。
Refs: Nat. Mater. 11, 267 (2012);Nat. Mater. 11, 337 (2012) and Nat. Mater. 12,139 (2013).
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3.1 液体极冷技术
3.1.3 雾化法 雾化：通过喷嘴或者高速气流使得液体分散成微小液滴。
非晶态金属纳米线
Scri. Mater. 13, 673 (1979)
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Nano Lett. 12, 2404 (2012).
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沉积速度快、基材温升低、对膜层的损伤小
金属、半导体、绝缘体所有材料
薄膜与基片结合较好
E
薄膜纯度高、致密性好、成膜均匀性好
溅射工艺可重复性好，厚度可控
大面积均匀薄膜的溅射
多靶共溅射，不同金属、合金、氧化物混合溅射
易于实现工业化
缺点
形成环状沟槽，靶材利用率低 等离子体不稳定 强磁体材料难以实现低温高速溅射 Fra bibliotek光辅助原子层沉积
MG thin films Ann. Phys. 19:37 (1934)
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Nanoscale 7, 6607 (2015)
Acta Mater 59, 6433 (2011)
Nanoscale 7, 6607 (2015)
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3.2 气相沉积
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3.1 液体极冷技术
3.1.1 超快极冷
冷却速度 (k/s)
铜模铸造 Die-casting
101~103
熔体甩带
熔体淬灭
Melt-spinning Splat-quenching
105~106
109~1010
激光冷淬 Pulsed laser quenching
3.2 气相沉积
3.2.1 物理气相沉积
物理气相沉积：采用物理方法，将材料源—固体或液体表面气化成气态原子、分子
或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊
功能的薄膜的技术。
真空蒸镀
基体
惰性气体冷凝
溅射
等离子体镀
气态
离子镀 分子束外延
物质输运 能量输运
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3.2 气相沉积
3.2.1 物理气相沉积 磁控溅射：电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，
电离出大量的氩离子和电子，氩离子电场下加速撞击靶材表面，轰出靶材原子。磁场
可以束缚电子和氩离子，增强等离子体和电离，同时减少原子到达基板过程中的碰撞。
优点
3.2.1 物理气相沉积
1
1
惰性气体冷凝
纳米晶的制备
n
ps
p
1
2MRT
2
p
1
2MRT
2
---Prof. Herbert Gleiter
Prog. Mater. Sci. 33 (1989) 223-315
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Nano Today 9, 17 (2014).
1012~1013
电流脉冲 Electric plusequenching
1013~1014
Dc
1~10
(mm)
0.003~0.1
3×10-5~10-4
10-6~3×10-5 10-7~3×10-6
Dc 2
10 Rc
单质非晶态金属
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Ta MG, Nature 512 (2014) 177. Tsinghua University
3.1 液体极冷技术
3.1.2 深过冷快速凝固 深过冷：通过避免或消除异质晶核，同时抑制均质形核使液体金属获得常规凝固条件
下难以达到的过冷度。
熔剂包覆法：去除异质核心
Turnbull: Tmax 0.2Tm
悬浮凝固法：去除异质核心
Pd43Ni10Cu27P20 BMG
Philos. Mag. A 82,1207 (2002).
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3.2 气相沉积
3.2.2 化学气相沉积
化学气相沉积(chemical vapor deposition)：一种气相生长方法，它是把
一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气
相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜或涂层的工艺技术。
艺快得多的冷却速度，使得金属或合金熔体以极快的冷却速度由液体转变 为固体的过程。 铜辊甩带和铜模铸造法 1960年，Duwez等制备首例Au-Si非晶态金属条带。Nature 187:869 (1960)
冷速可达106k/s
首次报道液体急冷结构、形貌、大小的变化规律
激活了非晶态金属领域