【正文】 基本上分為 加壓成型和無壓成型 。 粉末成型為所需形狀的坯塊 。 而機(jī)械法可分為：機(jī)械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分為：電化腐蝕法 、 還原法 、 化合法 、 還原 化合法 、 氣相沉積法 、 液相沉積法以及電解法 。 30 ? 粉末冶金工藝的基本工序是： 原料粉末的制備 。 可以實(shí)現(xiàn)凈近形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn) ， 從而 ， 可以有效地降低生產(chǎn)的 資源和能源消耗 。 可以制備非晶 、 微晶 、 準(zhǔn)晶 、 納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非 平衡材料和大塊非晶材料 ， 這些材料具有優(yōu)異的電學(xué) 、 磁學(xué) 、 光學(xué)和力學(xué)性能 。 29 粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚 ， 消除粗大 、 不均勻的 鑄造組織 。 粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性 。 用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時(shí) ， 金屬的損耗只有 15%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時(shí) ， 金屬的損耗可能會(huì)達(dá)到 80%。 28 ? 粉末冶金工藝的優(yōu)點(diǎn)： 絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物 、 假合金 、 多孔材料只能用粉末冶金方法來制造 。 向更高級(jí)的新材料 、 新工藝發(fā)展 。 1909年制造電燈鎢絲 ， 推動(dòng)了粉末冶金的發(fā)展； 1923年粉末冶金硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽(yù)為機(jī)械加工中的革命 。 制造鐵的第一個(gè)方法實(shí)質(zhì)上采用的就是粉末冶金方法 。 第二次世界大戰(zhàn)后 ， 粉末冶金技術(shù)發(fā)展迅速 ，新的生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備 、 新的材料和制品不斷出現(xiàn) ， 開拓出一些能制造特殊材料的領(lǐng)域 ， 成為現(xiàn)代工業(yè)中的重要組成部分 。 到 1910年左右 ， 人們已經(jīng)用粉末冶金法制造了鎢鉬制品 、 硬質(zhì)合金 、 青銅含油軸承 、 多孔過濾器 、 集電刷等 ， 逐步形成了整套粉末冶金技術(shù) 。 18世紀(jì)下半葉和 19世紀(jì)上半葉 ， 俄 、 英 、 西班牙等國曾以工場(chǎng)規(guī)模制取海綿鉑粒 ， 經(jīng)過熱壓 、 鍛和模壓 、 燒結(jié)等工藝制造錢幣和貴重器物 。 但它卻是是一種古老的方法 。 ?一個(gè)機(jī)理 25 ?三個(gè)基本體系 非晶制備技術(shù)體系劃分 物質(zhì)三態(tài) 沖擊波法 粒子注入法 輻照法 溶膠 凝膠法 其它 現(xiàn)代方法 從氣態(tài)制備非晶 氣體輝光放電法 電解沉積法 濺射法 CVD PVD 從液態(tài)制備非晶 粉末冶金法 從固態(tài)制備非晶 液體急冷法 懸浮熔煉技術(shù) 落管技術(shù) 低熔點(diǎn)氧化物包裹法 26 1） 粉末冶金法 粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末 （ 或金屬粉末與非金屬粉末的混合物 ） 作為原料 ， 經(jīng)過成形和燒結(jié) ， 制造金屬材料 、 復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù) 。 基于上述特點(diǎn) ， 最常見的非晶態(tài)制備方法有液相急冷和從稀釋態(tài)凝聚等 ， 包括蒸發(fā) 、 離子濺射 、 輝光放電和電解沉積等 ，近年來還發(fā)展了離子轟擊 、 強(qiáng)激光輻照和高溫壓縮等新技術(shù) 。 24 如前所述 ， 非晶態(tài)固體與晶態(tài)固體相比 ， 從微觀結(jié)構(gòu)講有序性低；從熱力學(xué)講 ， 自由能要高 ， 因而是一種亞穩(wěn)態(tài) 。 鍵強(qiáng)度大易形成玻璃 ， 陽離子氧化數(shù)必須不小于 3，陽離子的半徑不能太大 ， 其電負(fù)性最好在 ~ 。 在三類物種中 ， 均含有原子半徑小而電場(chǎng)強(qiáng)度大的類金屬元素或金屬元素 ， 這些元素對(duì)半徑大而場(chǎng)強(qiáng)弱的非金屬元素 、 過渡金屬元素以及稀土金屬元素都有一定的極化作用 ，形成離子 共價(jià)混合鍵型的低配位結(jié)構(gòu) 。 23 從成鍵角度來看 ， 第一類非晶物質(zhì)結(jié)構(gòu)中包含 sp的雜化軌道 。 第三類是 金屬元素和金屬元素的組合 。 類金屬元素主要是周期表中 Ⅲ A、 Ⅳ A、 Ⅴ A元素 ， 非金屬元素主要是 Ⅵ A和 Ⅶ A元素 ， 它們能形成諸如氧化物 、硫化物 、 硒化物 、 氟化物和氯化物等非晶態(tài)物質(zhì)； 第二類是 準(zhǔn)金屬元素和金屬元素的組合 。 根據(jù)這個(gè)原理 ， 不同性質(zhì)元素組合形成非晶態(tài) 。 從化學(xué)鍵類型來看 ， 離子鍵無飽和性 、 具有密堆積高配位數(shù) ， 金屬鍵也是這樣 ， 它們均不易形成非晶態(tài)；純粹的共價(jià)鍵也很少形成非晶態(tài) 。 下圖是時(shí)間 溫度 結(jié)晶的 “ 3T曲線 ” 。利用這些數(shù)據(jù) ， 還可以繪制出所謂 時(shí)間 （ Time） 溫度（ Temperature） 轉(zhuǎn)變 (Transation)的所謂 “ 三 T曲線 ” 。 而后發(fā)展了動(dòng)力學(xué)理論 。 這個(gè)值越大越易形成玻璃態(tài) 。 此外 ， 還有采用玻璃化溫度與物質(zhì)的升華焓變 ΔHm的經(jīng)驗(yàn)公式來判斷合金形成玻璃能力的參數(shù)： ΔTo/To液 = （ To液 － T液 ） / To液 式中 T液 為液相溫度 ， To液 為理想溶液的液相溫度 ， 可表示為 To液 = (ΔHfA 為防止結(jié)晶發(fā)生 ， 一般要求熔體的過冷度 ΔT（ ΔT=Tm－ Tg, Tm為熱力學(xué)熔點(diǎn) ， 即粘度接近于零時(shí)的溫度 ） 要小 。 一般定義玻璃化溫度 Tg為 粘度相當(dāng)于 1013泊時(shí)的溫度 ， 這時(shí)位形熵最小 ， 幾乎為零 。 由于非晶態(tài)的混亂度大于晶態(tài) ， 其自由能也就較高 ， 換言之 ， 非晶態(tài)屬于亞穩(wěn)定態(tài) 。 16 ( a )( b )( 2 )( a )( b )( c )( d )( e )( 1 )Bernal（貝爾納）多面體及 2種四面體 錯(cuò)列型 和 相掩型 排列方式 17 我們知道 ， 制備非晶態(tài)固體就是防止結(jié)晶的過程 。 如果計(jì)算其組成中 的四面體和八面體 ， 四面體多 （ %） 、 八面體少 （ %） ， 這是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的重要特征 . （ 3） 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)中四面體有錯(cuò)列型和相掩型 2種排列方式 ， 據(jù)此進(jìn)行的 理 論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的徑向分布函數(shù)非常接近 。 4. 非晶態(tài)材料結(jié)構(gòu)模型 15 ? 硬球無規(guī)堆積模型 建立該模型的做法是 將一定容器中裝入鋼球 ， 用石蠟類物質(zhì)固定鋼球之間的相對(duì)位置 ， 然后測(cè)量出各球心的坐標(biāo) ， 確定堆積密度 ， 由此建立了 硬球無規(guī)堆積模型 （ Model of dense random packing of hard spheres RDPGS） 。 ? 微晶模型 微晶模型的基本思想是：大多數(shù)原子與其最近鄰原子的相對(duì)位置與晶體情形完全相同 ， 這些原子組成一百至數(shù)百nm的晶粒 。 14 由于目前還不能唯一并精確的確定非晶固體中原子的三維排列情況 ， 故只能采用模型方法勾畫可能的原子排布 ， 然后將由模型得出的性質(zhì)與實(shí)驗(yàn)比較 ， 再據(jù)此修改模型 ， 最終確定非晶固體的組成 ， 并由建立的模型來討論非晶態(tài)固體的微觀結(jié)構(gòu) 。金屬玻璃材料也受人矚目 ， 它比一般金屬的強(qiáng)度還要大 ， 例如非晶態(tài) Fe56B56的斷裂強(qiáng)度達(dá)到 370kg 1975年開始研發(fā)摻雜非晶硅太陽能電池 ， 轉(zhuǎn)化率不斷提高 。 可以預(yù)見 ， 非晶材料對(duì)我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和高新技術(shù)快速發(fā)展將發(fā)揮越來越重要的作用 。目前在變頻空調(diào)中使用非晶 PFC電感已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn) 。 減少電網(wǎng)污染最有效的辦法之一是在變頻器中加入功率因數(shù)校正 (PFC)環(huán)節(jié) ， 其中關(guān)鍵部件是高頻損耗低 、 飽和磁感大的電感鐵芯 。 12 ? 在民用產(chǎn)品中 ， 變頻技術(shù)有利于節(jié)約電能 、 并減小體積和重量 ， 正在大量普及 。 最近利用鐵鎳基非晶帶材的聲磁式防盜標(biāo)簽克服了諧波式防盜標(biāo)簽誤報(bào)警率高 、 檢測(cè)區(qū)窄等缺點(diǎn) ， 應(yīng)用市場(chǎng)已經(jīng)擴(kuò)展到超級(jí)市場(chǎng) 。 因此 ，在開關(guān)電源和接口設(shè)備中增加了大量高頻磁性器件 ， 而非晶合金在此大有用武之地 。 10 性能指標(biāo) 鐵基非晶 鐵鎳基 非晶 應(yīng)用 配電變壓器中頻變壓器功率因數(shù)校正器 磁屏蔽防 盜標(biāo)簽 飽和磁感 (T) 矯頑力 (A/m) 4 2 最大磁導(dǎo)率 45 104 200,000 磁致伸縮系數(shù) 27 106 15 106 居里溫度 (℃ ) 415 360 電阻率 (mWcm) 130 130 非晶納米晶帶材的典型性能及主要應(yīng)用領(lǐng)域 性能指標(biāo) 鈷基非晶 鐵基納米晶 應(yīng)