材料成型原理6.4非晶准晶纳米晶微晶.ppt

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1、大连理工大学材料学院本科生课程材料成形原理——液态成形原理主讲教师：姚曼教授大连理工大学材料科学与工程学院6凝固组织及其控制Solidificationstructure6凝固组织及其控制6.1晶粒组织6.2铸态宏观组织6.3影响晶粒结构因素6.4非晶态固体、准晶、纳米晶、微晶←6.5凝固组织控制6.6熔焊金属的凝固6.4非晶态固体、准晶、纳米晶、微晶凝固速度加快，结晶组织变细，形成下列组织：微晶纳米晶准晶非晶态这是一个正在发展中的、受重视的研究领域。6.5.1非晶态相（amorphous）当凝固过程不发生结晶行为，就形成非晶态固态材料。这种材料统称为玻璃（g

2、lass）。可分为：无机玻璃（通常简称为“玻璃”）有机玻璃金属玻璃（非晶态金属）。非晶态固体的磁、电、力学和化学性能与晶态都有差别，呈现出一些独特的现象。形成非晶态合金的能力与材料成分密切相关。凝固组织和相应需要的冷却速度因材料而异.非晶态材料由过冷液体获得玻璃态转变温度Tg转变的控制因素是冷却速度。快速冷却产生快冷无序（quencheddisorder）效应，液相转变为玻璃态固体。非晶态相的形成存在一个称为非晶态转变区的温度范围，转变温度随着冷却速度的增加而升高。非晶态转变温度越低，过冷液体的温度越低，非晶态固相的密度就越高。玻璃态转变温度Tg随冷却速度变化

3、高速冷却下金属凝固成非晶态金属薄带(高速摄影）通过极高的冷却速度，是获取非晶态金属的途径之一非晶态相的结构可以用X射线、中子、电子的衍射和扩展X射线吸收精细结构谱（EXAFS）获取非晶态材料结构的信息。非晶态固相的电子衍射花样是由较宽的晕和弥散的环组成，没有表征结晶态的任何斑点和条纹（明锐的环）。非晶态Pd-20at.%Si合金透视电子衍射花样（100kV）非晶态Se（硒）的径向分布函数非晶态或玻璃态固体是一种无序材料，它们没有长程有序结构。实验依据：非晶态固相的衍射图谱和径向分布函数没有表征结晶态的任何特征。非晶态存在短程有序。像在熔点附近的液体一样，在一个

4、原子间距数量级的范围内有序非晶态相的结构非晶态相在电子显微镜下看不到晶界和晶格缺陷等形成的衍射反差。表明它是质点无规则的、无周期性重复排列的固体。也就是说，原子在空间排列无长程序，不存在晶格结构、晶粒、晶界和各向异性。非晶态和液态的结构较为相近，但有质的差别。固体中分子只能在点阵的阵点附近振动。而液体和气体中的分子则可以自由移动。非晶态相与晶体、液体结构的区别非晶态相结构理论晶子模型（CrystalliteTheory）认为非晶态相是由一些称为晶子的很小的晶体的集合体组成。无规网络（RandomNetwork）模型认为非晶态材料由没有规则重复性的多面体网络构成

5、。硬球无规密堆模型是目前公认较好的非晶态金属模型，例如Bernal模型，在液态结构理论中介绍的。非晶态固相结构模型是一个需要深入研究的课题。非晶态相的稳定性非晶态在热力学上属于亚稳态，体系的自由能比对应的晶态材料高，但是，要它转变为晶态，须要克服一定的能量势垒。Tm

6、ientationalorder）排列，但无平移周期性，不符合晶体的对称条件。1984年，在快速凝固的Al-14at.%Mn合金中，首先观察到准晶这种从熔体直接形成的金属固体。在速凝的含有10-14at.%Mn、Fe或Cr的Al合金中，都观察到尺寸达2μm的准晶颗粒。它类似一个单晶体衍射电子，衍射班点与晶体一样明锐。但是具有20面体的点群对称性(m)，无平移周期性，不符合晶体的对称条件。准晶的发现p200案例6.10准晶的发现p200案例6.10选择区域的电子衍射花样清晰地显示20面体对称的6个5重、10个3重和15个2重轴的特性，它不属于任何一种Bravai

7、s点阵。衍射数据与无规不重叠堆集、边沿接触的平行20面体模型很好地相符合。取自一个20面体相单晶粒的选择区域电子衍射花样a-20面体群m35的对称单元的立体平画法的投影图Shechtman因为这项研究获得2011年诺贝尔化学奖分析这种准晶界面的生长速度为10-2m/S量级，形成时间为10-4s。这种准晶是亚稳相。在300°C加热6h和350°C加热1h未发现晶体化转变。400°C加热1h转变为稳定的Al6Mn晶体。准晶结构有多种形式电子衍射图中除了5重对称外，还有10重等其他对称轴的斑点分布。如：深过冷（过冷度为90K）Al72Ni12Co16合金凝固形成的准

8、晶a-组织由等轴形态的准晶组成，黑斑是