第6章非晶态材料的制备
材料化学课后题答案第6章 金属材料
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6-7 一般金属材料是否为单晶态金属结构？
一般金属材料为多晶态金属结构
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一个（或几个）金属组元的原子溶入另一 个金属组元的晶格中，而仍保持另一金属 组元的晶格类型的固态晶体。
形成金属固溶体后，继续增大溶质金属的 金属间化合物： 量，溶质析出与溶剂反应，形成一种晶格 类型及性能与任意合金组元不同新相
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6-2 简述形状记忆合金的原理
形状记忆效应源于某些特殊结构合金在特定温度下发生的 马氏体－奥氏体相组织结构的相互转化。当温度降低时， 面心立方结构的母体奥氏体逐渐转变成体心立方或体心四 方结构的马氏体，温度上升时，马氏体又会向奥氏体转变， 最终恢复到原来的形状。
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6-3 介绍储氢合金类别，并说明其储氢、释氢化学过程
储氢：一个金属原子能与两个、三个甚至更多的氢原 子结合，生成稳定的金属氢化物，同时放出热量。 释氢：将其稍稍加热，氢化物又会发生分解，将吸收 的氢释放出来，同时吸收热量。
放热（吸入H2） x MH x Q M H 2 +OHNiOOH+H2O+e-
6-5 超塑性合金一般具有怎样的结构特点？
超塑性合金的组织结构基础是晶粒一般为微小等
轴的晶粒。
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6-6 非晶态金属材料一般如何制得？它具有什么 突出性能特点？结构上是热力学稳定体系吗？
非晶态合金一般通过电镀、激光法及熔体旋辊急冷
法制备。 性能特点:（1）高强度高韧性的力学性能 （2）高导磁、低铁损的软磁性能 （3）耐强酸、强碱腐蚀的化学特性 （4）电性能提高 结构上为热力学亚稳体系
6-1
黑色金属：铁、钴、锰金属及它们的合金
有色金属：除铁、钴、锰之外的金属 奥式体： 碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体 马氏体：
非晶材料的制备与控制
非晶材料的制备与控制非晶材料是指没有长程有序结构的材料，其结构非常复杂，特点是具有高度的均质性、高密度、高强度、高硬度、高熔点等优良性质，因此被广泛应用于电子、光电、机械、航空等领域，成为现代工业发展的重要材料之一。
非晶材料制备的方法很多，主要包括物理和化学两个方面。
下面将分别介绍这两个方面的制备方法和相应的控制技术。
一、物理制备方法1. 快速凝固法快速凝固法是通过快速冷却来制备非晶材料。
主要有玻璃淬火法、飞行时间法、溅射法、纳米线法等多种方法。
其中，玻璃淬火法是最早应用的制备方法，其具有制备成本低、制备时间短、适用性广等优点。
快速凝固法的优点是样品制备周期短，制备成本低。
但同时也存在一些问题，如玻璃淬火法需要用到大量的淬火剂，会造成对环境的污染。
2. 溶液淬火法溶液淬火法是利用一种溶剂来制备非晶材料。
主要有水热法、微乳液法、溶胶凝胶法等多种方法。
其中，水热法是最简单、最常用的制备方法。
溶液淬火法的优点是样品制备过程较为简单，制备环境友好，但其也存在一些问题，如对制备溶液组成、溶剂类型等要求较高。
3. 气相淀积法气相淀积法是通过气相化学反应来制备非晶材料，主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法等多种方法。
其中，物理气相沉积法是最广泛应用的制备方法。
气相淀积法的优点是可以制备高质量、高纯度的非晶材料，但同时也存在一些问题，如气相淀积过程中需要高温和高压条件下进行，对设备的要求较高，制备成本也相应较高。
二、化学制备方法1. 溶剂热合成法溶剂热合成法是通过在高温下使原料在溶剂中反应而形成非晶材料，主要有水热法、溶剂热法等多种方法。
其中，水热法成本最低、适用性最广。
溶剂热合成法的优点是可以控制反应条件和反应时长来控制非晶材料的形成和性能，但同时也存在一些问题，如对反应温度和反应气氛等要求较高。
2. 软模板合成法软模板合成法是通过某种化学方法将一些有机分子（称为软模板）结合在一起，形成一个“模板”，而后再通过其他化学方法来制备非晶材料，主要有胶体晶体法、热分解法、模板导向法等多种方法。
非晶态合金材料的制备及应用
非晶态合金材料的制备及应用随着科技的不断发展，人们对材料的需求也越来越高，尤其是在新能源、高速交通、电子信息等领域，对材料性能的要求更是严苛。
非晶态合金材料作为一种新材料，其具有优异的物理性能、化学性能、机械性能以及独特的制备工艺，在现代工程领域得到了广泛的应用。
本文将深入探讨非晶态合金材料的制备及应用。
一、非晶态合金材料的概念非晶态合金材料（Amorphous metal）是指在快速冷却过程中自发形成无定形结晶状态（非晶态）的金属合金材料。
它是一种为获得非晶态而制备的合金材料，由于材料的玻璃状无定形结构，具有许多传统合金所不具备的优秀机械性能、防腐性能、磁性能等。
二、非晶态合金材料的制备方法目前，非晶态合金材料的制备方法主要有四种：快速凝固法、溅射法、电化学合成法和机械法。
1、快速凝固法快速凝固法是指将高温熔融状态的合金，以极快的速度（几千℃/s）冷却固化，使其形成非晶态的制备方法。
常用的快速凝固方法有液滴冷却法、快速旋转法、单辊震荡法、直流磁控溅射法等。
2、溅射法溅射法是指在真空或惰性气体氛围下，将靶材表面原子部分蒸发后沉积在基板上形成薄膜的制备方法。
溅射合金材料大多是非晶态的。
溅射法制备的非晶态合金材料具有制备工艺简单、制备速度快等优点。
3、电化学合成法电化学合成是将金属阳极和对应离子溶液中的阴极通过外电路连接在一起，在电解的过程中通过氧化还原反应，将阳极上的金属元素离子还原并沉积在阴极表面，形成非晶态合金薄膜的制备方法。
4、机械法机械法是指通过机械能量改变材料的结构形态，制备非晶态合金材料的制备方法。
机械法制备的非晶态合金材料具有制备易度高、无需真空高温、不易受到氧化损害等优点。
三、非晶态合金材料的应用领域1、新能源领域非晶态合金材料在新能源领域中具有广泛应用。
比如，用非晶态合金材料代替传统铜线制造变压器，能够大大提高能源利用率和变压器的性能；将非晶态合金材料与锂离子电池等新型蓄电池的电极材料组合在一起，能够大幅提升其能量密度和循环寿命等性能；非晶态合金材料也是太阳能电池制造材料的新方向。
非晶态材料的制备与加工
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
4.1 概述
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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，
Fe-B-N）
4.1 概述
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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
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
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、
非晶态材料的制造与应用
非晶态材料的制造与应用随着科学技术的发展，材料科学也得到了快速的发展。
在材料科学领域，非晶态材料成为了近年来备受关注的一种材料类型。
非晶态材料不同于晶态材料，其原子结构不规则而呈现无序状态。
它的制造与应用也具有独特的特点和优势，引起了广泛关注。
一、非晶态材料的制造非晶态材料的制造主要分为两种方法：快速凝固和物质沉积。
快速凝固技术是通过高温熔融状态下，将材料快速冷却而制备非晶态材料的方法。
这种方法适用于无定形金属和非晶态合金的制造。
主要通过电极冶金、气氛冶金、离子束直接沉积等方式进行。
物质沉积技术是指将材料沉积在基底上，实现非晶态材料制备的方法。
物质沉积技术可以分为物理气相沉积和化学气相沉积两种。
物理气相沉积是指通过将材料在真空环境中蒸发成气态，然后使其在基底表面沉积而制备非晶态材料的方法。
其中，分子束外延（MBE）和激光分子束外延（PLD）是非晶态材料制备的两种主要方法。
化学气相沉积是利用化学反应来形成材料并将其沉积在基底表面。
此种方法制备非晶态材料的工艺复杂，需要高纯度化学原料以及较高的温度和气压等条件，常使用PECVD和MOCVD等技术。
二、非晶态材料的应用非晶态材料的应用范围非常广泛，目前已经应用于科技、工业和医疗领域。
1.科技领域在电子技术领域，非晶态材料的导电性以及磁导性能使其成为磁性存储器、太阳能电池和导电薄膜等需要高质量材料的制造的重要原材料。
2. 工业领域在航空发动机、汽车制造、纺织和环保等领域，由于非晶态材料具有高强度，刚性和大变形温度等特性，从而应用在这些领域的零部件和机构中。
3.医疗领域非晶态材料在医疗领域中的应用主要包括人工关节、牙科材料以及耳蜗等方面。
三、非晶态材料的未来在未来几年，非晶态材料将会成为材料科学领域中的一个重要发展方向。
随着其规模不断扩大，非晶态材料的成本将不断降低，同时其性能也会不断提高。
此外，在非晶态材料的发展方向上，新材料的研制与探索也将成为一个重要的研究方向。
非晶合金材料的制备及其力学性能研究
非晶合金材料的制备及其力学性能研究随着工业技术的不断发展，新材料的需求也越来越大。
非晶合金材料就是近年来应用广泛的一种新材料。
它具有无晶粒界、高硬度、高强度、高韧性、高抗腐蚀性等优良性能。
本文将从非晶合金材料的制备方法、应用领域和力学性能三个方面来介绍这种新材料。
一、非晶合金材料的制备方法制备非晶合金材料的方法主要包括溅射法、毛细管喷射法、快速凝固法、机械合金化法等。
其中，快速凝固法是最常用的方法之一。
这种方法是通过将合金液体一下子冷却到玻璃化温度以下，使得合金液体没有时间去形成晶粒，从而制备出非晶合金材料。
此外，毛细管喷射法也是一种比较新的制备方法。
这种方法是通过将合金材料溶解在高温熔融体系中，然后用毛细管将液态混合物喷射到固体基材表面，从而制备出非晶合金薄膜。
以上这些方法中，快速凝固法常用于制备块状非晶合金材料，而毛细管喷射法则常用于制备薄膜。
二、非晶合金材料的应用领域由于非晶合金材料具有很多优良的性能，因此应用领域非常广泛。
以下列出主要用途：（1）制造高品质的钢球轴承、球螺带等零部件。
（2）制造锉刀、切削刀片、高速钻头、锯片等切削工具。
（3）制造微电子器件方面，用于制造导体线、电阻器、热敏电阻器等。
（4）应用于汽车领域，制造高强度、高韧性、体积轻、耐腐蚀的车轮、悬挂系统等。
此外，非晶合金材料还可以被用于制造飞机、火箭等重要的航空航天器材料。
三、非晶合金材料的力学性能研究大家都知道，用途广泛的新材料一定是具有优良的力学性能的。
那么，非晶合金材料有哪些优秀的力学性能呢？在实验室研究中，发现非晶合金材料的硬度可以达到8000 MPa，甚至可以达到12000MPa。
这种硬度比钨钢硬几倍，比不锈钢硬度高出几十倍。
同时，由于非晶合金材料不会出现晶粒界，因此强度非常高，往往可以达到2000 MPa以上。
与此同时，非晶合金材料的韧性也非常好，可以达到20%以上。
关于机械性能的实验研究还在继续进行中，许多科学家和实验室正在进行更为深刻的研究。
非晶态合金材料的制备技术研究进展
齐齐哈尔大学材料制备原理课程论文题目非晶态合金材料的制备技术研究进展学院材料科学与工程学院专业班级无机091学生姓名2012 年 3 月28 日非晶态合金材料的制备技术研究进展摘要:综述了非晶态合金材料尤其是大块非晶合金的制备技术和原理，介绍了目前国内外研究和应用各种用于制备非晶态合金的方法（包括快速凝固、铜模铸造法、熔体水淬法、抑制形核法、粉末冶金技术、自蔓延反应合成法和定向凝固铸造法）以及国内外的研究进展。
1 前言非晶合金具有长程无序、短程有序的结构，与晶态合金相比，具备许多特有的性能，如高硬度、高强度、高电阻、耐蚀及耐磨等，为材料科研工作者开发高性能的功能材料和结构材料提供了巨大的潜力。
自1960年Duwez用快速凝固技术制备出了Au-Si非晶合金以来，非晶合金的制备与大块非晶材料的研制吸引了材料界越来越多的关注。
40 多年来，随着技术的发展与进步，越来越多的非晶系列被开发，有的已进入或接近实用阶段，取得了丰富的研究成果。
2 非晶态合金材料的制备技术和原理2.1 快速凝固熔体急冷和深过冷是实现快速凝固的两条途径，前者以快速冷却为特征，而后者则可以是慢速冷却过程。
2.1.1 熔体急冷法急冷法是最早的制备非晶合晶的方法，其原理是力求增大合金样品比表面积，并设法减小熔体与冷却介质的界面热阻以期达到高的冷却速率。
雾化法和单辊法是最为常用的两种制备方法。
雾化法主要用来制取非晶态和晶态粉材。
其原理是通过高速气体流冲击金属液流使其分散为微小液滴，从而实现快速凝固。
这种方法的特点是设备简单，操作方便，易于实现大批量的生产。
单辊法是利用快速旋转的铜辊，将喷敷其上的液态金属经快速凝固后甩离辊面，形成厚度约几到几十微米的非晶及微晶带材。
该法可以获得1000000K/s的冷却速率，是常用方法之一。
2.1.2 深过冷深过冷是指通过避免或消除异质晶核并抑制均质形核，使液态金属获得在常规凝固条件下难以达到的过冷度。
2.2 铜模铸造法该法是目前制备大块非晶合金最常用的方法。
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、介绍非晶态（amorphous）合金材料是一种具有无序结构的金属材料，被广泛应用于制造电子器件、磁性材料、汽车零部件等领域中。
相比于传统的结晶态合金材料，非晶态合金材料具备更高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，同时也能够有效地减少疲劳裂纹的扩展和形变等问题。
随着技术的发展和应用领域的拓展，对于如何制备高质量、高性能的非晶态合金材料的研究也愈发受到各方的关注。
二、制备技术非晶态合金材料的制备技术可以分为溅射法、快速凝固法、淬火法、球磨法等多种方法。
其中，溅射法最为常用，使用金属靶材和惰性气体，在高真空环境下制造薄膜。
快速凝固法则是利用高频感应熔炼技术，将金属液体快速冷却而成，这种方法多使用于制备高品质的块状材料。
淬火法是将金属样品加热至高温状态，之后再快速冷却，使其形成非晶态结构的技术；这种方法同样可以完成对于块状材料和薄膜材料的制备。
球磨法则是利用球磨机对于金属颗粒进行研磨，并通过其形成非晶态材料。
三、性能研究1.硬度和强度非晶态合金材料相较于晶态的同类材料，具备更高的硬度和强度，而这种表现可以归功于其非晶态结构的特殊性质。
例如，传统的钢铁材料采用晶体结构，在受到相对较小的压力时会出现形变和弯曲，而非晶态合金材料可以在应力的作用下维持形状稳定，这种表现得益于其中的非晶态结构。
2.耐磨性和耐腐蚀性非晶态合金材料具备优良的耐磨性和耐腐蚀性，这种表现与其非晶态结构具有较大关联。
传统的结晶态材料由于晶体结构的固有性质，很容易发生腐蚀和磨损，而此时非晶态合金材料就能够发挥出其优越的性能。
例如，用于制造汽车发动机的锻造零部件材料，在使用过程中很容易受到磨损，如果采用非晶态合金材料代替，则能够极大地提高其使用寿命。
3.疲劳损伤行为在机械行业中，疲劳性能一直是关注的重点。
非晶态合金材料具有良好的抗疲劳性能，在相对较小的振动下，不会出现裂纹扩展和形变等问题。
与晶态结构相比，非晶态材料不仅能够抵御损坏，同时还能够维持更加稳定的组织结构，保持较长的使用寿命。
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第6章非晶态材料的制备
非晶态材料是一种具有非晶结构的材料，也被称为玻璃态材料。
它的
原子排列方式与晶体不同，没有长程的周期性结构。
非晶态材料具有许多
独特的性质和应用领域，如高硬度、高强度、高弹性、高热稳定性等。
制
备非晶态材料的方法包括快速凝固、物理蒸发、溶胶-凝胶法等。
快速凝固是一种常用的制备非晶态材料的方法。
通过将材料迅速冷却，使其无法形成晶体结构。
这可以通过多种方式实现，如快速凝固薄膜、快
速凝固合金、液体金属冷却等。
快速凝固可以改变原子的运动方式，使晶
化过程受到限制，从而得到非晶态材料。
一种常用的方法是将材料熔化后
迅速冷却，形成非晶态材料。
这种方法适用于许多金属和合金，如铝、铁、镍、钛等。
物理蒸发是制备非晶态材料的另一种方法。
该方法通过将材料加热到
蒸发温度，使其以原子或分子形式进入气相，然后在衬底上重新凝结。
在
准分子束蒸发和分子束蒸发等特殊条件下，可以得到非晶态薄膜。
这种方
法适用于具有高蒸发温度的材料，如硅、锗、碳等。
溶胶-凝胶法是一种制备非晶态材料的化学方法。
该方法通过将材料
溶解在溶剂中，形成胶体溶液，然后通过适当的处理使溶胶凝胶化并形成
凝胶。
通过控制处理条件，可以将凝胶转化为非晶态材料。
这种方法适用
于许多无机材料和有机材料，如二氧化硅、二氧化钛、聚合物等。
除了上述方法，还有其他制备非晶态材料的方法，如等离子体喷雾沉积、分子束外延等。
这些方法在不同材料和应用领域具有独特的优势和局
限性。
制备非晶态材料的关键是控制材料的冷却速率和结晶过程。
适当的
冷却速率可以抑制晶体的形成，并使材料保持非晶态。
总之，非晶态材料的制备涉及多种方法，其中快速凝固、物理蒸发和溶胶-凝胶法是常用的方法。
通过控制处理条件和冷却速率，可以制备出具有特殊性质和应用潜力的非晶态材料。
未来，随着材料制备技术的不断发展，我们有望实现更多种类非晶态材料的制备和应用。