第六讲 非晶合金01
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我们先从非晶材料说起,在日常生活中人们接触的材料一般有两种:一种是晶态材料,另一种是非晶态材料。
所谓晶态材料,是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。
反之,内部原子排列处于无规则状态,则为非晶态材料, 一般的金属,其内部原子排列有序,都属于晶态材料。
科学家发现,金属在熔化后,内部原子处于活跃状态。
一但金属开始冷却,原子就会随着温度的下降,而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来,形成晶体。
如果冷却过程很快,原子还来不及重新排列就被凝固住了,由此就产生了非晶态合金,制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。
将处于熔融状态的高温液体喷射到高速旋转的冷却辊上。
合金液以每秒百万度的速度迅速冷却,仅用千分之一秒的时间就将1300℃的合金液降到室温,形成非晶带材。
非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。
以铁基非晶合金为例,它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。
由于这样的特性,非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。
例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷。
用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力。
微型铁芯可大量应用于ISDN中的变压器。
非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。
非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。
在对非晶材料有了初步的了解后,我们再来看一下非晶带材的一个非常具有前景的应用领域——非晶变压器。
非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料——非晶合金制作铁芯而成的变压器,它比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗(指变压器次级开路时,在初级测得的功率损耗)下降80%左右,空载电流(变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流)下降约85%,是目前节能效果较理想的配电变压器,特别适用于农村电网和发展中地区等配变利用率较低的地方。
非晶合金铁芯配电变压器的最大优点是,空载损耗值特低。
非晶合金微型结构形成机理的表征与建模随着科学技术的不断发展,微型结构研究越来越成为人们关注的焦点。
非晶合金作为一类具有高性能、广泛应用的材料,其微型结构形成机理的表征与建模也成为了研究的重点之一。
本文将从非晶合金的特性、微型结构形成机理及其表征与建模等方面进行探讨。
一、非晶合金的特性非晶合金是指由镍、铁、钴、铌、钼等过渡金属和硼、磷等非金属元素混合形成的金属材料,其结晶形态是无序的、无定形的、非晶态的。
非晶合金在很多方面表现出比传统晶态材料更好的性能,例如具有高强度、高硬度、较高的弹性极限和热稳定性,等等。
这些优异的性能与其微型结构紧密相关。
二、非晶合金微型结构形成机理非晶合金的微型结构形成机理是一个复杂的过程,涉及到多种因素相互作用。
研究表明,非晶合金微型结构的形成主要包括以下几个步骤:1. 静态冷却:通过快速冷却的方式使金属液体变成非晶态材料。
2. 动态压缩:对非晶态材料进行动态压缩,使其作用在自身分子间距离上。
3. 相变失稳:非晶态材料在压缩的过程中,会出现相分离、析出等现象。
4. 形成微观结构:在相变失稳的前提下,非晶态材料会形成定向的、典型的微观结构。
以上这几个步骤及其相互作用,共同影响了非晶合金的微型结构形成机理。
三、非晶合金微型结构的表征为了深入研究非晶合金的微型结构,我们需要对其进行表征。
非晶合金微型结构的表征主要包括以下几种方法:1. X射线衍射X射线衍射是一种非常常见的方法,通过X射线的衍射图谱来获得关于非晶合金微型结构的信息。
2. 电镜采用电子显微镜,可以获得非晶合金微型结构的直接观察图像。
3. 压之声谱压之声谱可以获得非晶合金的微观结构细节,这种方法被广泛地应用于非晶合金降压和热处理起点的的研究。
以上这几种方法可以提供非晶合金微型结构的表征信息,而这些信息进一步为非晶合金建模提供了依据。
四、非晶合金微型结构的建模非晶合金微型结构的建模,是指将上述方法获取的信息综合起来,分析微型结构的形成规律并进行模拟。
非晶合金的结构及调控机制在材料科学领域,非晶合金是一个备受研究的热点领域。
非晶合金是由多种元素组成的金属合金,在它的晶体结构中没有长程的有序性,也不具备明显的晶体结构特征。
而这种结构特点使得非晶合金具有许多优异性能及潜在应用价值。
然而,非晶合金的结构及调控机制仍然存在许多未知之处,需要我们不断探索和研究。
非晶合金的基本结构非晶合金的基本结构是无序的,它的原子排列没有明显的周期性。
这种结构也被称为玻璃结构或非晶态结构。
在这种结构中,原子之间的相互作用是无规律的,因此非晶合金具有很高的玻璃化转变温度和较好的抗腐蚀性能。
另外,许多非晶合金在玻璃转变温度下具有高度的弹性。
这意味着这些材料可在高应变条件下弹性地变形,而不像传统的晶体结构材料那样产生可塑性变形。
这种性质使非晶合金具有广泛的应用前景,例如在高度动态负载环境下的应用,如机械防弹衣等。
非晶合金的调控机制非晶合金的结构是由许多因素共同影响而成的。
这些因素包括材料元素成分、凝固速率、混合温度等。
通过调整材料成分、凝固速率和混合温度等因素,我们可以调控非晶合金的结构和性能。
材料成分材料成分是影响非晶合金结构和性能的关键因素之一。
硬度、强度、塑性和韧性等性能都与非晶合金的化学成分有关。
例如,当有些基体元素或合金元素含量超过一定界限时,非晶合金的玻璃转变温度会显著提高。
凝固速率非晶合金结构和性能也与其凝固速率密切相关。
凝固速率较高时,原子无法达到充分的排列有序,从而形成一个无序的非晶态结构。
反之,凝固速率较慢时,原子会排列成有序的晶体结构。
混合温度混合温度是指非晶合金形成的条件之一。
当原始材料混合时间和温度相同时,原子无法充分混合,形成有序结构。
而在合适的高温混合条件下,原子可以完全混合在一起,形成无序的非晶结构。
总之,通过调控非晶合金的成分、凝固速率和混合温度等因素,可以控制非晶合金的结构和性能。
这种结构调控机制,为我们深入研究非晶合金的制备和应用,提供了新的思路和方法。