《非晶合金微丝》PPT课件.ppt

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1、非晶合金微丝黄松主要内容一、非晶合金材料综述二、非晶合金微丝的应用机理三、非晶合金微丝的应用一、非晶合金材料综述非晶合金的定义非晶合金的形成理论非晶合金的种类及性能非晶合金国内外发展与现状非晶合金的定义非晶合金合金内部结构中原子排列不具有长程有序的合金，非晶合金也被称为玻璃态合金或金属玻璃.结构特征：长程无序和短程有序；结构和成分均匀；结构相变；自由体积。晶态、非晶态合金结构示意图（a）非晶合金的XRD衍射图(b)非晶合金的电子衍射谱典型非晶合金的衍射图谱非晶合金的形成理论非晶合金形成热力学原理根据热力学原理，当金属或合金熔体发生结晶时，其体系自由能的变化可表示为：对于合金体系，若

2、ΔG愈大，表明过冷液体发生结晶转变的驱动力越大，则体系非晶形成能力弱，相反非晶形成能力强。非晶合金形成动力学原理液态到固态的冷却过程中，如果熔体能够冷到足够低的温度而不发生结晶，就会形成非晶态。即在动力学条件上抑制了结晶的形核与长大。结晶时晶体相的形核率I和长大速率U可表示为：其中，η为黏度，α为比表面张力，β为比熔化焓αβ1/3反映了过冷液体的稳定性，当αβ1/3〉0.9时，在一定冷却速率下可以抑制结晶而形成非晶；当αβ1/3〈0.25时，则无法抑制结晶的形成；η愈大，表明原子扩散的阻力愈大，抑制晶核的形成与长大，有利于提高过冷液体的稳定性。非晶合金非晶形成能力判据约化玻璃转变温

3、度准则：约化玻璃转变温度（Trg=Tg/Tm）越高，非晶就越容易形成；共晶点准则：深共晶的合金Tg变化不大，具有高Trg值，易找到具有高非晶形成能力的合金；过冷液相区宽度（△Tx=Tx-Tg）越大，热稳定性越高，非晶形成能力越强；参数Υ=Tx/(Tg+Tl)，综合考虑熔体冷却过程中的结晶和过冷熔体在加热时的晶化；井上明久的三个经验规律：合金体系由三个或三个以上的元素组成；组成合金系的组元之间有较大的原子尺寸比，且满足大、中、小的原则，其中主要组成元素之间的原子尺寸比应大于12%；组成元素之间的混合热为负值；多元短程序畴过冷判据：多元短程序畴熔体过冷度与均匀熔体过冷度的差值越大，合金

4、非晶形成能力越强。非晶合金的种类按照成分，有使用价值的非晶合金可以分为以下几种：过渡族-类金属（TM-M）型，如（Fe、Co、Ni）-(B、Si、p、C、Al)非晶合金；稀土-过渡族（RE-TM）型，如（Gd、Tb、Dy）-(Fe、Co)非晶合金；后过渡族-前过渡族（LT-ET）型，如（Fe、Co、Ni）-（Zr、Ti）非晶合金；其他铝基和镁基轻金属非晶材料，如Al-RE、Al-RE-TM非晶合金。非晶合金性能力学性能高强度高硬度高韧性艾琳瓦效应热学性能因瓦效应化学性能耐蚀性催化储氢磁学性能软磁特性磁致伸缩光学性能太阳光的吸收能力抗辐射能力电学性能较高的电阻率非晶合金国内外发展及其

5、现状20世纪30年代末，德国人Karmer采用蒸发沉积法首先发现了附着在玻璃冷基底上的非晶态金属膜。1960年，美国人Duwez等首次采用快速凝固的方法得到了Au70Si30非晶合金薄带标志着非晶合金这一新材料研究领域的启动。20世纪70年代中期，在实验室利用Taylor-Ulitovk方法成功制备出玻璃包覆非晶合金微丝，并已实现产业化和商业化。1978年，Ohnaka等人首先提出了内圆水纺喷丝的基本概念；1980年，Masu-moto等人采用内圆水纺纺丝法制备出非晶合金微丝。20世纪90年代，人们在大块非晶合金制备方面取得突破性进展：Inoue等成功制备了Mg-Y-(Cu,Ni)

6、,La-Al-Ni-Cu,Zr-Al-Ni-Cu等非晶形成能力很高，直径为1~10mm的棒，块状大块非晶合金。Johnson等也发现了非晶形成能力比较好的Zr-Ti-Ni-Cu-Be合金体系。目前已开发出La基、Zr基、Mg基、Al基、Ti基、Pd基、Fe基、Cu基、Ce基等非晶合金材料体系。非晶合金国内发展及其现状我国从1976年开始非晶合金的研究工作，国家科委从“六五”开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列入重大科技攻关项目，共取得100多项科研成果和20多项专利。20世纪80年代末，国内东北大学和包头稀土研究院采用内圆水纺法初步开展了非晶合金丝材的制备技术

7、、材料特性和应用基础研究，其中部分成果在军工领域获得应用。目前国内约有10余家企业可以规模化生产非晶、纳米晶合金带材及其制品，其中非晶带材的生产能力达到万吨级，纳米晶带材的年产量超过千吨级，现已初步形成非晶合金科研开发和应用体系。二、非晶合金微丝的应用机理巴克豪森效应（BJ）马特基效应（Matteuccieffect）巨磁阻抗效应（GMI）巨应力阻抗效应（GSI）磁弹性波效应磁致伸缩效应电磁屏蔽吸波材料巴克豪森效应定义：铁磁性材料被交变磁场局部磁化以后，材料内部的磁畴