【正文】 大加快，現(xiàn)已初步形成非晶態(tài)合金科研開發(fā)和應(yīng)用體系。而在過冷區(qū)間內(nèi)，過冷液體結(jié)晶過程中形核率越小和長大速率越慢的合金的非晶形成能力越大。從結(jié)晶動力學(xué)方面考慮，△丁 x 也反映了形核率的大小和長大速率的快慢。 5 動力學(xué)條件 從液態(tài) 到固態(tài)的快速冷卻過程中，如果動力學(xué)條件抑制了結(jié)晶的形核與長大，就容易形成非晶態(tài)。原子尺寸差異較大的多組元組合形成的隨機(jī)密堆結(jié)構(gòu)大大降低了過冷液態(tài)與晶態(tài)的焓變 H 的絕對值 (因為 H 是負(fù)數(shù)，所以實際上是增加的 )并增大固液界面能， H 的增加導(dǎo)致了 G 的增加，抑制了晶體的形核與生長，增大了非晶形成能力，宏觀上表現(xiàn)為合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度 Tk和晶化溫度 TX升高，過冷液相區(qū)間 TX變大。 熱力學(xué)條件 為了制備大塊非晶合金，從熱力學(xué)觀點(diǎn)分析 ，它對應(yīng)于液相轉(zhuǎn)變?yōu)榫鄷r具有極低的自由能差、低的熔化焓△ Hr、高的過冷度△丁 x 和約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度 T 及高的液／固相界面能，這些都將導(dǎo)致低的化學(xué)電位而使 Gibbs自由能差降低，因而熱力學(xué)驅(qū)動力減小，不容易發(fā)生結(jié)晶轉(zhuǎn)變，更容易形成非晶。較大的負(fù)的混合熱，一方面可以提高固液界面能，抑制結(jié)晶形核，另一方面增加了長程范圍內(nèi)原子排列的難度，抑制了結(jié)晶。研究合金成分時發(fā)現(xiàn)，形成大塊非晶的合金其對應(yīng)的晶體大多為復(fù)雜的金屬間化合物，結(jié)構(gòu)大多為復(fù)雜的拓?fù)涿芏冉Y(jié)構(gòu)，這種相結(jié)構(gòu)從液態(tài)向固態(tài)的快速冷卻過程中形核與長大都需要原子的長程擴(kuò)散，而隨機(jī)密堆結(jié)構(gòu)和 多組元使原子擴(kuò)散比較困難，形成金屬間化合物的可能性越小，合金的非晶形成能力越大，這即所謂的多組元塊體非晶形成的“混亂原理”。此外， Inoue和JohnsonE 教授等在大量實驗的基礎(chǔ)上對此做了進(jìn)一步闡述，從拓?fù)鋵W(xué)和化學(xué)的觀點(diǎn)提出這些多組元大塊非晶合金體系的過冷液相具有以下特征：①具有高度無序的密集 堆垛結(jié)構(gòu)；② 其局部原子結(jié)構(gòu)明顯不同于相應(yīng)的結(jié)晶相；③ 各組元元素的分布在長程上是均勻的。 2O世紀(jì) 80年代末，隨著塊體非4 晶合金的出現(xiàn)，非晶形成理論又有了新的發(fā)展，主要有以 Greer 為代表的混沌理論和 Inoue 的三個經(jīng)驗規(guī)律：① 合金由 3 種以上組元組成；②各組元原子尺寸差別較大，一般大于 12 ；③． 3個組元具有負(fù)的混合熱。根據(jù)連續(xù)形核理論， Uhl— mann 引入了非晶形成的相變理論。 cm2 860 飽和磁致延伸系數(shù) /106 30 10 3 最大導(dǎo)磁率 200 10 注：鐵損測量是在 50Hz 的工作磁場下測試的 另外，非晶合金還具有晶體所不具有的高電阻、小渦流熱等性能。 cm 140 50 密度 /g m1 4 30 單位鐵損 /W表 1 列出了非晶合金與傳統(tǒng)硅鋼的主要物理性能的差別。大塊非晶合金晶化后獲得的納米晶軟磁材料 Fe— M— B(M＝ Zr， Hf， Nb)，具有高的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 和磁導(dǎo)率 μ ，這是以往的軟磁材料所難以企及的。由于不存在晶界、沉淀相相界、位錯等容易引起局部腐蝕的部位，同時也不存在晶態(tài)合金容易出現(xiàn)的成分偏析， 所以非晶合金在結(jié)構(gòu)和成分上都比晶態(tài)合金更均勻，因而具有更高的抗腐性 。 S 的數(shù)量級時，過冷液體就轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃朴谘趸锊ＡУ?無序結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為牛頓流動狀態(tài)，可以在一個較寬的應(yīng)變率范圍內(nèi)發(fā)生粘性流動，具有極高的超塑成形能力。由于具有“凍結(jié)”的液態(tài)結(jié)構(gòu)，沒有晶態(tài)材料的長程有序，因而不存在影響合金性能的空位、位錯、層錯、晶界、第二相等缺陷，也就不會因為位錯的運(yùn)動而產(chǎn)生滑移，加上非晶合金中原子間的鍵合比一般晶態(tài)合金強(qiáng)得多，因此某些材料具有極高的強(qiáng)度等優(yōu)異的力學(xué)性能，如高的硬度、彎曲強(qiáng)度、良好的耐磨性和斷裂韌性等。 大塊非晶合金性能 2 大塊非晶合金是通過抑制合金熔體的形核和長大，保持液態(tài)的長程無序結(jié) 構(gòu)，從而獲得具有類似玻璃結(jié)構(gòu)的合金材料。在常規(guī)的冷卻條件下，合金熔體在冷卻過程中總是很快結(jié)晶而形成晶體結(jié)構(gòu)的固體，一般需要采用至少 105K／ s 以上的冷卻速度來冷卻合金熔體，才能制備出厚度在幾十到上百微米的薄帶狀金屬玻璃。另外研究發(fā)現(xiàn)大塊非晶合金在過冷液相區(qū)具有超塑性， 也為大塊非晶合金的塑性成型和加工提供了可能。 大塊非晶合金 大塊非晶合金是相對于傳統(tǒng)的低維非晶材料 (非晶粉、絲、薄帶等 )而言的，具有較大的三維幾何尺寸。同時， 在下游產(chǎn)業(yè)，采用美國通用電氣技術(shù)的置信電氣已經(jīng)成為國內(nèi)目前最大的非晶合金變壓器生產(chǎn)企業(yè) 。在國際上，美日等西方發(fā)達(dá)國家也開展了大量的基礎(chǔ)性研究。 由于這樣的特性 ,非晶態(tài)合金材料在電子、航空、航天、機(jī)械、微電子等眾多領(lǐng)域中具備了廣闊的應(yīng)用空間。 非晶態(tài)合金與晶態(tài)合金相比，在物理性能、化學(xué)性能和機(jī)械性能方面都發(fā)生了顯著的變化。將處于熔融狀態(tài)的高溫鋼水噴射到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥上。 但 如果冷卻過程很快，原子還來不及重新排列就被凝固住了，由此就產(chǎn)生了 非晶態(tài)合金 。1 非晶合金 研究報告 概述 金屬在熔化后，內(nèi)部原子處于活躍狀態(tài)。 一旦 金屬開始冷卻，原子就會隨著溫度的下降，而慢慢地按照一定的晶態(tài)規(guī)律有序地排列起來，形成晶體。 制備非晶態(tài)合金采用的正是一種快速凝固的工藝。鋼水以每秒百萬度的速度迅速冷卻，僅用千分之一秒的時間就將 1300℃ 的鋼水降到 200℃ 以下，形成非晶帶材。以鐵元素為主的非晶態(tài)合金為例，它具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和低損耗的特點(diǎn)。 正是因為非晶材料這樣一系列優(yōu)良特性，國內(nèi)外均對其開展了系統(tǒng)性的理論與應(yīng)用研究，國內(nèi)對非晶合金的研究從 1976 年開始，國家科委一直將非晶合金的研究、開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化列入重大科技攻關(guān)項目。經(jīng)過幾十年的科研攻關(guān)，非晶材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用取得了長足的進(jìn)步， 國內(nèi)安泰科技股份有限公司，日本日立公司在非晶材料生產(chǎn) 方面具有較強(qiáng)優(yōu)勢 。 展望未來，非晶合金具有廣闊的發(fā)展空間，因此，在另一方面，其對傳統(tǒng)材料如冷軋硅鋼等產(chǎn)品的替代威脅值得相關(guān)企業(yè)進(jìn)行關(guān)注。固態(tài)時原子在三維空間呈拓?fù)錈o序排列，表現(xiàn)為短程有序、長程無序，呈亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，而且在一定溫度范圍內(nèi)還可以相對穩(wěn)定地保持這種結(jié)構(gòu)。 自非晶合金問世以來，提高非晶成形能力，即得到大尺寸的非晶樣品一直是人們努力追求的主要目標(biāo)之一。最近 lO年來，對金屬玻璃的研究獲得了很大的進(jìn)展，人們可以在多個合金體系獲得毫米甚至厘米級尺寸的塊狀金屬玻璃。因而，塊體非晶是兼有液體和固體、金屬和玻璃特征的材料。大塊非晶合金在加熱發(fā)生晶化以前存在一個過冷溫度區(qū)間，當(dāng)過冷液體的粘度達(dá)到 10Pa塊狀非晶合