金屬玻璃是通過快速冷卻合金熔體以保留液體的長程無序結(jié)構(gòu)所形成的合金,又叫非晶合金。本文對具有優(yōu)異玻璃形成能力的Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅（商業(yè)牌號BAM 11）大塊金屬玻璃結(jié)構(gòu)相變過程進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。差熱掃描量熱分析測試發(fā)現(xiàn)BAM11在超過冷液相區(qū)間存在兩次放熱過程。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過恰當(dāng)?shù)谋靥幚?可在保存第二個(gè)放熱峰的情況下使第一個(gè)異常放熱峰完全消失。有研究者認(rèn)為該異常放熱峰可能對應(yīng)了先析出結(jié)晶相或是化學(xué)相分離過程,但由于缺乏強(qiáng)有力的直接證據(jù),使該課題仍具有較大爭議。為了解決這一難題,我們采用了一系列原位的測試分析方法,包括X射線衍射、原位透射電子顯微鏡、同步輻射原位小角/廣角高能X射線衍射以及X射線光電子能譜分析等,系統(tǒng)地研究了BAM 11金屬玻璃在超過冷液體區(qū)間保溫退火過程中的結(jié)構(gòu)演變過程。原位散射研究結(jié)果表明:隨著保溫時(shí)間的延長,BAM 11樣品發(fā)生了復(fù)雜的包含五個(gè)階段的動力學(xué)過程:1)孵化期;2)液態(tài)-液態(tài)相變期;3)化學(xué)相分離期;4)結(jié)晶階... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)恒壓下體系的體積或焓隨溫度的變化關(guān)系，Tm是熔點(diǎn)溫度，Tg是玻璃轉(zhuǎn)變溫度[3]

的方法制備出非晶材料呢？不過早在此之前，人們對非晶合金就已經(jīng)進(jìn)行了大量的理論探索過程。理論的核心之一就是如何通過某一種方法將液體結(jié)構(gòu)快速凍結(jié)住形成非晶態(tài)，從而避免原子重排成穩(wěn)定的具有周期性排列的晶體結(jié)構(gòu)。在此理論基礎(chǔ)指導(dǎo)下，成功制備出非晶的實(shí)踐就顯得尤為重要。通過不斷地努力和探索，不同的非晶制備方法便如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。二十世紀(jì)三四十年代，首先制備出非晶材料的德國科學(xué)家Krammer采用氣相沉積法，將金屬蒸發(fā)的氣體沉積到低溫襯墊上，獲得非晶態(tài)的金屬薄膜Sb[6]。此后，哥廷根大學(xué)的Buckle圖1.2Au-Si非晶合金X射線衍射曲線[4]以及Hilsch等人在Krammer的制備方法啟發(fā)下，制得了一系列非晶態(tài)薄膜合金，例如Bi,Ga,Sn以及Sn-Cu合金等[7-9]。緊接著，Brenner[10]采用了另外一種全新的制備方法，即電解和化學(xué)沉積法從水溶液中獲得了二元Ni-P非晶合金。這為非晶合金鍍膜在工業(yè)上的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基矗Turnbull從水銀被過冷的理論中類推其他金屬溶液也可以被過冷，這樣過冷液體在冷卻速度極快的情況下就有可能將液態(tài)金屬凍結(jié)從而形成非晶態(tài)，這一大膽猜測打破了人們認(rèn)為金屬不可以被過冷的常規(guī)思維模式。隨后，Turnbull與

i大塊金屬玻璃的多步相變的原位散射研究3其合作者將這一猜想付諸實(shí)踐，發(fā)展并完善了非晶形成的動力學(xué)理論，提出短程有序結(jié)構(gòu)二十面體團(tuán)簇的概念。在他們的制備方法中，其中借助三氧化二硼試劑進(jìn)行熔融包覆法熔煉、快淬的方法尤為簡單可靠。1984年，Turnbull的學(xué)生瞿顯榮利用這種方法首次制備出Pd-Ni-P塊體非晶合金[11,12]，鑄造尺寸高達(dá)10mm，這也是歷史上首次定義塊體金屬玻璃。后來日本的井上明久課題組進(jìn)一步完善了該體系，其他元素比例不變的情況下，他們按照Ni-Cu1:3的比例添加Cu元素，塊體臨界尺寸高達(dá)72mm[13]。圖1.3是前期部分不同非晶體系制備出的極限尺寸對比圖[14]。Turnbull的工作對非晶領(lǐng)域的研究具有重大意義，為非晶科研工作者開辟了一條光明大道，為非晶的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，并且揭開了非晶材料及物理學(xué)的研究序幕[15-19]。緊接著，就是上文提到的Duwez采用的熔體冷淬的方法制備的非晶薄膜。自此，材料科學(xué)工作者便在非晶研究道路上如火如荼的展開了研究，研發(fā)制備了各種不同體系的非晶合金，例如常見的Pd基[11,20,21]，Zr基[22-29]，F(xiàn)e基[11,20,30,31]，Co基[11,20]等非晶合金體系。從薄膜非晶到塊體金屬玻璃，從二元到五元，不僅實(shí)現(xiàn)了尺寸上的飛躍，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了體系多樣性的跨越。圖1.3前期部分不同非晶體系制備出的臨界尺寸對比圖[14]1.1.3非晶合金制備方法最早制備出的非晶合金多以薄膜和條帶的形式出現(xiàn)，利用的核心手段是使熔融金屬液體冷凝，從而抑制結(jié)晶，形成非晶樣品。但是僅以薄膜和條帶的形式出現(xiàn)，很難將非晶合金廣泛應(yīng)用起來，因此隨著人們的需求，后期又成功研制出大塊金屬玻璃，這大大的擴(kuò)展了金屬玻璃的應(yīng)用。從薄膜非晶到大塊金屬玻璃，中間發(fā)展了許多制備方法。一般情況下，要想獲得金

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]納米結(jié)構(gòu)非晶合金材料研究進(jìn)展[J]. 馮濤,Horst Hahn,Herbert Gleiter.  物理學(xué)報(bào). 2017(17)
[2]非晶態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)和特性[J]. 汪衛(wèi)華.  物理學(xué)進(jìn)展. 2013(05)



本文編號：3093557