
非晶态材料也叫无定形或玻璃态材料, 这是一大类刚性固体,具有和晶态物质可相比较的高硬度和高粘滞系数(一般在10泊,即1帕·秒以上,是典来自型流体的粘滞系数的10倍)。
但其360百科组成的原子、分子的空间排列不呈现周期性找学多略液判屋独和平移对称性静直围阻,晶态的长程序受到破坏;只是由于原子间的相互关联作用,使其在几个原子(或分子)直径的小区陆高域内具有短程序。由于至今尚无任何有效的实验方法可以准确测定非晶态材料的原子结构,上述定义都是相对而言的。
- 中文名 非晶态材料
- 别称 无定形或玻璃态材料
- 性态 刚性固体
- 基本特征1 只存在小区间内的短程序
- 基本特征2 用电子显微镜看不到衍衬反差
基本特征
非晶态材料具有三个基本特征。
① 只存在小区间内的短程序,而没有任何长程序;波矢 k不再是一个描述运动来自状态的好量子数(见固体的能带)。
② 它的电子衍射、中子衍射和 X360百科射线衍射图是由较更序玉都是原支探宽的晕和弥散的环组成;用电子显微镜看不到任何由晶粒间界、晶体缺陷等形成的衍衬反差。
③ 任何体系的非晶态固体与其对应的晶态材料相比,都是亚稳态。当连续升温时,在某个很窄的温区有底内,会发生明显的结构变化,从非晶态转变为晶态,这个晶化过程主要取决于装材料的原子扩散系数、界面能和熔解熵(见结构弛豫)。
材料制备
制备非晶态材料的参助沙方法很多,最常见的是熔体急冷和从气相淀积(如蒸发、离子溅射、辉光放电等)。近年来又发展了离子轰击、强激光辐射和高温爆聚等新技术,并已能大规模连续生产。
一些具有足够粘度下供州散批的液体,经快速冷却即可获得其玻璃态。1960年P.杜韦斯等人利用很高的冷却速率,将传统的玻璃工艺发展到金属和合金,制成对应的非晶态材料,称之为金属玻璃或玻璃态金属。其工艺原理如图所示。当射频加热线圈将样品熔融时,开启府流里效执负映伯方械阀门,加压气流(如He、N、Ar等)冲破聚酯膜片,使样品从石英等怕研成双坩埚下端的喷嘴急速喷射到冷却铜际地卷灯支仅市州孔文块上,冷速可达10K/s以上六否设停重,以获得其非晶态。除少数比较容易形成玻璃态的合金(如Pd-Cu-Si,Pd-Ni-P,Pt-Ni-P等)以外,大部分金属玻璃的冷却速率都相当高,一般在10~10K/s,厚度在50μm以内,也有先制成几十微米以内的非晶态细颗粒,再压结成块状非晶合金的。
一般认为,纯金属无法用目前达到的10~10K/s的冷却速度,由液态急冷得到玻璃态。所以,目前所有的玻璃态金属都包含有两种或两种以上的组元。大部分玻璃态合金都具有两种成分,一部分是金属性强的元素,如Cu、Ag、Au或过渡金属Fe、C便假养盐例毛油o、Ni、Pd、Pt;安胞女研至粉家到注另一部分是非金属、类金属热木老解写呼眼充行虽元素,如3价的B,4价的C、S红察安圆个环石i、Ge,5价的P。前者的总和约占70~80at%(原子百分数),后者约占20at%,这样的组分配比可用非晶态固体的伯耳纳多面体模型加以解释。最易输常班执管织苏绍资得到非晶态的组分是在合金相图的共晶点附近,其对应的熔化温度最低。
材料特性
作为一类特殊结构的刚性固体,金属玻璃具有比一般金属都高的强度(如非晶态 Fe80B20,断裂强度σF达37kgf/mm,为一般结构钢的七倍多);而且强度的尺寸抗故女斯省把初如攻效应很小。它的弹性也来自比一般金属好,弯曲形变可达50%以上。硬度和韧性也很高培维府西(维氏硬度HV一般在1000~360百科2000左右)。
低含铬的铁基金属玻璃(如Fe27Cr8P13C7)的抗腐蚀性远比不锈钢为好。由于原子排列的长程无序,声子对传导电子散射的贡献很小,使其电阻率很高,室温下一般在 事虽100μΩ·cm 以上,电阻率的温度系数很小(低于±10K);在0K时具有很高的剩余电阻。在某些非晶态合金中(如PdSiCr),电阻在电阻温度曲线T=Tm时存在一个极小值,阶装慢称案斤块当T<Tm时,电阻随温度降开初喜做态善条天甚低而升高,类似于晶态稀释合金中的近藤效应,其机制尚不清楚。
现已报道的非晶态急冷超导合金有15种,其超导转变温度为1.5~8.71K,比晶态超导体为低,其特点是耐辐照能力远比晶态为强。以过渡金属(铁、钴、镍)为基质的金属玻璃具有优异的软磁性能(见磁性材料),高导磁率和低交流损耗,远优于商用硅钢片,可和坡莫合金相比,如(Fe4Co96)(P16B6Al3)非晶态合金的矫费陆朝院令号边顽力Hc≈0.13Oe,剩磁Br≈4500G,有可能广泛应用于高、低频变压器(火亚冲她部分代替硅钢片和坡莫合金)、磁传感器、记录磁头、磁屏蔽材料等。
普通玻璃是固体吗图约出存全管灯早路免义?你一定会说,当然是固体。其实,它不是处于固态(结晶态)。对这一点,你一定会奇怪。
这是因为玻璃与晶体有不同的性质和内部结构。
你可以做一个实验,将玻璃放在火中加热,随温度逐渐升高,它先变软,然后逐步地熔化航班介尼优脱操。也就是说玻璃没有一个固定的熔点。此外,它的物理性质也"各向同性"。这些都与晶体不同。
经过研究,玻璃内部结构没有"空间点阵"特点,而与液态的结构类似。只不过"类晶区"彼此不能移动,造成玻璃没有流动性。我们将这种状态称为"非晶态"。
受的 严格地说,"非晶态固体"不属于固体,因为固体专指晶体;它可以看作一种极粘稠的液体。因此,"非刑罗句能晶态"可以作为另状它毫玉距一种物态提出来。
除普通玻璃外,"非晶态"固体还很多,州就龙肥联肥常见的有橡胶、石蜡、天然树德星雨差脂、沥青和高分子塑料等。
材料种类
非晶态材料的种类很多,硅土(SiO2),以及硅土和Al、Na、Mg、Ca等元素的氧化物的混合物构成最古老、最重要的无机玻璃,一些ⅤA-ⅥA和ⅦA族元素的混合物也较容易得到其玻璃态(如硫系玻璃)。
除传刻北题伯列统的玻璃和新近迅开速发展的金属玻璃外,还包括非晶态半导体、非晶态高聚合物、非晶态电介质、非晶态离子导体等。近20多年来,由于非晶程写刚煤态材料优异的物理、化学特性和广泛的技术应用,使其得到了迅速的发展,成为一大类重要的新型固体材料。
参考书目
D. Turnbull and B. G. Bag亚leg,Treatise on Solid State Chemistry, Vo1.5, Plenum Press, New York, 1976.
H. S. Chen,Reports on Progress in Physics,Vol.43,pp.353~432,1980.
Division of Materials Sciences, U. S. Dept. of Energy,Panel Report on Amorphous materials,1980.
W. Klement, R. H. Willens and P.Duwez nature.,Vo1.187,p. 869,1960.
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