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1、第一节第一节 非晶材料的基本概念和基本性质非晶材料的基本概念和基本性质第二节第二节 非晶材料的形成理论非晶材料的形成理论第三节第三节非晶材料的制备原理与方法非晶材料的制备原理与方法第二章 非晶材料的制备 固固固固体体体体物物物物质质质质，有有有有很很很很大大大大一一一一部部部部分分分分是是是是非非非非晶晶晶晶态态态态物物物物质质质质，具具具具有有有有悠悠悠悠久久久久的的的的使使使使用用用用历历历历史史史史，早早早早在在在在二二二二千千千千多多多多年年年年以以以以前前前前，我我我我们们们们的的的的祖祖祖祖先先先先就就就就开开开开始始始始使使使使用用用用玻玻玻玻璃璃璃璃和和和和陶陶陶陶釉釉釉釉。不
2、不不不过过过过非非非非晶晶晶晶态态态态物物物物质质质质的的的的物物物物理理理理和和和和化化化化学学学学的的的的生生生生产产产产和和和和发发发发展展展展只只只只不不不不过过过过只只只只是是是是近近近近几几几几十十十十年年年年的的的的事事事事。从从从从19471947年年年年A.BrennerA.Brenner等等等等人人人人用用用用电电电电解解解解和和和和化化化化学学学学沉沉沉沉积积积积方方方方法法法法获获获获得得得得Ni-PNi-P、Co-PCo-P等等等等非非非非晶晶晶晶态态态态薄薄薄薄膜膜膜膜用用用用作作作作金金金金属属属属保保保保护护护护层层层层算算算算起起起起至至至至今今今今，也也也也
3、只只只只是是是是5050多多多多年年年年。因因因因而而而而，有有有有关关关关非非非非晶晶晶晶态态态态材材材材料料料料的的的的理理理理论论论论还还还还不不不不算算算算成成成成熟熟熟熟。然然然然而而而而，非非非非晶晶晶晶态材料的发展和应用却很迅速。态材料的发展和应用却很迅速。态材料的发展和应用却很迅速。态材料的发展和应用却很迅速。我我我我们们们们知知知知道道道道，物物物物质质质质的的的的聚聚聚聚集集集集态态态态，从从从从气气气气体体体体、液液液液体体体体到到到到固固固固体体体体，从从从从有有有有序序序序度度度度来来来来讲讲讲讲，其其其其中中中中原原原原子子子子或或或或分分分分子子子子排排排排列列列
4、列有有有有序序序序度度度度是是是是从从从从低低低低到到到到高高高高。非非非非晶晶晶晶态态态态物物物物质质质质可可可可以以以以看看看看作作作作有有有有序序序序度度度度介介介介于于于于晶晶晶晶体体体体和和和和液液液液体体体体之之之之间间间间的的的的一一一一种种种种聚聚聚聚集集集集态态态态。它它它它和和和和液液液液晶晶晶晶一一一一样样样样，不不不不像像像像晶晶晶晶态态态态物物物物质质质质那那那那样样样样具具具具有有有有完完完完善善善善的的的的近近近近程程程程和和和和远远远远程程程程有有有有序序序序，而而而而是是是是不不不不存存存存在在在在长长长长程程程程有有有有序序序序，仅仅仅仅具具具具有有有有近近
5、近近程程程程有有有有序序序序。因因因因此此此此“短短短短程程程程有有有有序序序序”是是是是非非非非晶晶晶晶态态态态固固固固体体体体的的的的基基基基本本本本特特特特征征征征之之之之一一一一。这这这这种种种种“近近近近程程程程”范范范范围围围围一一一一般般般般只只只只是是是是个个个个小小小小区区区区间间间间，大约为大约为大约为大约为100150nm100150nm。第一节第一节非晶材料的基本概念和基本性质非晶材料的基本概念和基本性质1.1.有序态与无序态有序态与无序态有序态：原子规则地周期性排列；有序态：原子规则地周期性排列；晶体（单晶、多晶）晶体（单晶、多晶）2.2.无序态：原子无规则排列；无序
6、态：原子无规则排列；气体、液体、非晶固体气体、液体、非晶固体3.3.凝聚态：液体、非晶固体、晶体凝聚态：液体、非晶固体、晶体2.长程有序和短程有序长程有序和短程有序晶体：长程有序、短程无序；晶体：长程有序、短程无序；非晶体：长程无序，短程有序；非晶体：长程无序，短程有序；3.单晶、多晶、微晶和非晶单晶、多晶、微晶和非晶晶格排列整齐状况晶格排列整齐状况单晶单晶多晶多晶微晶微晶非晶非晶非晶材料基本概念非晶材料基本概念4.非晶态基本定义非晶态基本定义1）定义定义：组成物质的原子、分子的空间排列不：组成物质的原子、分子的空间排列不呈周期性和平移对称性，晶格的长程有序收呈周期性和平移对称性，晶格的长程有
7、序收到破坏，只有由于原子间相互关联作用，使到破坏，只有由于原子间相互关联作用，使其在小于几个原子间距地小区间内（其在小于几个原子间距地小区间内（1-1.5nm），仍然保持形貌和组分地某些有序特征），仍然保持形貌和组分地某些有序特征而具有短程有序，这一类物质称为非晶态而具有短程有序，这一类物质称为非晶态非晶态结构特征非晶态结构特征（1 1）只存在小区间范围内的短程有序，在近程或次近邻的）只存在小区间范围内的短程有序，在近程或次近邻的）只存在小区间范围内的短程有序，在近程或次近邻的）只存在小区间范围内的短程有序，在近程或次近邻的原子间的键合（如配位数、原子间距、键角、键长原子间的键合（如配位数、原
8、子间距、键角、键长原子间的键合（如配位数、原子间距、键角、键长原子间的键合（如配位数、原子间距、键角、键长等）具有某种规律性，但没有长程序；等）具有某种规律性，但没有长程序；等）具有某种规律性，但没有长程序；等）具有某种规律性，但没有长程序；（2 2）非晶态材料的）非晶态材料的）非晶态材料的）非晶态材料的X-X-射线衍射花样是有较宽的晕和弥散的射线衍射花样是有较宽的晕和弥散的射线衍射花样是有较宽的晕和弥散的射线衍射花样是有较宽的晕和弥散的环组成，没有表征结晶态特征的任何斑点和条纹，用环组成，没有表征结晶态特征的任何斑点和条纹，用环组成，没有表征结晶态特征的任何斑点和条纹，用环组成，没有表征结晶
9、态特征的任何斑点和条纹，用电子显微镜也看不到晶粒间界、晶格缺陷等形成的衍电子显微镜也看不到晶粒间界、晶格缺陷等形成的衍电子显微镜也看不到晶粒间界、晶格缺陷等形成的衍电子显微镜也看不到晶粒间界、晶格缺陷等形成的衍衬反差；衬反差；衬反差；衬反差；（3 3）当温度升高时，在某个很窄的温度区间，会发生明显）当温度升高时，在某个很窄的温度区间，会发生明显）当温度升高时，在某个很窄的温度区间，会发生明显）当温度升高时，在某个很窄的温度区间，会发生明显的结构相变，因而它是一种亚稳相。的结构相变，因而它是一种亚稳相。的结构相变，因而它是一种亚稳相。的结构相变，因而它是一种亚稳相。由于人们最为熟悉的玻璃是非晶态
10、，所以也把非晶态称由于人们最为熟悉的玻璃是非晶态，所以也把非晶态称由于人们最为熟悉的玻璃是非晶态，所以也把非晶态称由于人们最为熟悉的玻璃是非晶态，所以也把非晶态称 作作作作无定形体无定形体无定形体无定形体或或或或玻璃体（玻璃体（玻璃体（玻璃体（AmorphousorGlassyStatesAmorphousorGlassyStates）非晶材料的分类非晶材料的分类1.1.非晶合金：金属玻璃，具有金属和玻璃特性。非晶合金：金属玻璃，具有金属和玻璃特性。非晶合金：金属玻璃，具有金属和玻璃特性。非晶合金：金属玻璃，具有金属和玻璃特性。非晶合金的结构特点：非晶合金的结构特点：非晶合金的结构特点：非晶合
11、金的结构特点：1 1）结构上呈拓扑密堆长程无序，但在长程无序的三维空间又无序的分布着短）结构上呈拓扑密堆长程无序，但在长程无序的三维空间又无序的分布着短）结构上呈拓扑密堆长程无序，但在长程无序的三维空间又无序的分布着短）结构上呈拓扑密堆长程无序，但在长程无序的三维空间又无序的分布着短程有序的程有序的程有序的程有序的“晶态小集团晶态小集团晶态小集团晶态小集团”或或或或“伪晶核伪晶核伪晶核伪晶核”，其大小不超过几个晶格的范围。，其大小不超过几个晶格的范围。，其大小不超过几个晶格的范围。，其大小不超过几个晶格的范围。2 2）均匀的各相同一性：非晶合金中原子排列是原子尺度的无序，不存在结晶）均匀的各相
12、同一性：非晶合金中原子排列是原子尺度的无序，不存在结晶）均匀的各相同一性：非晶合金中原子排列是原子尺度的无序，不存在结晶）均匀的各相同一性：非晶合金中原子排列是原子尺度的无序，不存在结晶金属所具有的晶界、双晶、堆垛、层错、偏析和析出物等局部的组织不金属所具有的晶界、双晶、堆垛、层错、偏析和析出物等局部的组织不金属所具有的晶界、双晶、堆垛、层错、偏析和析出物等局部的组织不金属所具有的晶界、双晶、堆垛、层错、偏析和析出物等局部的组织不均匀缺陷，是一种原子尺度组织均一的材料，具有各向同性的特点；均匀缺陷，是一种原子尺度组织均一的材料，具有各向同性的特点；均匀缺陷，是一种原子尺度组织均一的材料，具有各
13、向同性的特点；均匀缺陷，是一种原子尺度组织均一的材料，具有各向同性的特点；3 3）简单单原子结构：由于是单原子组成，故与分子组成的玻璃、高分子聚合简单单原子结构：由于是单原子组成，故与分子组成的玻璃、高分子聚合简单单原子结构：由于是单原子组成，故与分子组成的玻璃、高分子聚合简单单原子结构：由于是单原子组成，故与分子组成的玻璃、高分子聚合物相比，是一种更加理想的单原子非晶结构材料；物相比，是一种更加理想的单原子非晶结构材料；物相比，是一种更加理想的单原子非晶结构材料；物相比，是一种更加理想的单原子非晶结构材料；4 4）材料特性的调控性：非晶态合金不受化合价的限制，在较宽的成分范围内）材料特性的调
14、控性：非晶态合金不受化合价的限制，在较宽的成分范围内）材料特性的调控性：非晶态合金不受化合价的限制，在较宽的成分范围内）材料特性的调控性：非晶态合金不受化合价的限制，在较宽的成分范围内可以自由调节其组成。因此，它具有许多结晶合金所不具有优异的材料可以自由调节其组成。因此，它具有许多结晶合金所不具有优异的材料可以自由调节其组成。因此，它具有许多结晶合金所不具有优异的材料可以自由调节其组成。因此，它具有许多结晶合金所不具有优异的材料特性的调控性。特性的调控性。特性的调控性。特性的调控性。5 5）热力学上处于亚稳态，晶化温度以上将发生晶态结构相变，但晶化温度以）热力学上处于亚稳态，晶化温度以上将发生
15、晶态结构相变，但晶化温度以）热力学上处于亚稳态，晶化温度以上将发生晶态结构相变，但晶化温度以）热力学上处于亚稳态，晶化温度以上将发生晶态结构相变，但晶化温度以下能长期稳定存在。下能长期稳定存在。下能长期稳定存在。下能长期稳定存在。非晶合金材料的特性：非晶合金材料的特性：非晶合金材料的特性：非晶合金材料的特性：1)1)高高高高力力力力学学学学性性性性能能能能：高高高高屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度、高高高高硬硬硬硬度度度度、高高高高比比比比强强强强度度度度，超超超超弹弹弹弹性性性性（高弹性极限）、高耐磨损性等；（高弹性极限）、高耐磨损性等；（高弹性极限）、高耐磨损性等；（高弹性极限）、高耐磨损
16、性等；2)2)物理特性：高透磁率、高电阻率、耐放射线特性等；物理特性：高透磁率、高电阻率、耐放射线特性等；物理特性：高透磁率、高电阻率、耐放射线特性等；物理特性：高透磁率、高电阻率、耐放射线特性等；3)3)化学性能：高耐腐蚀性、高催化活性化学性能：高耐腐蚀性、高催化活性化学性能：高耐腐蚀性、高催化活性化学性能：高耐腐蚀性、高催化活性4)4)精密成形性：低熔点、良好的铸造特性、低的热膨胀系精密成形性：低熔点、良好的铸造特性、低的热膨胀系精密成形性：低熔点、良好的铸造特性、低的热膨胀系精密成形性：低熔点、良好的铸造特性、低的热膨胀系数、对铸型的形状及表面的精密复写性；数、对铸型的形状及表面的精密复
17、写性；数、对铸型的形状及表面的精密复写性；数、对铸型的形状及表面的精密复写性；2.非晶半导体非晶半导体1）四面体配位半导体：）四面体配位半导体：Si、Ge；2）硫系非晶半导体）硫系非晶半导体3.非晶态超导体：非晶态超导体：4.非晶态高分子材料非晶态高分子材料5.非晶体玻璃非晶体玻璃非晶态特性非晶态特性1.力学行为力学行为：高强度、高韧性：高强度、高韧性2.化学性质化学性质：耐腐蚀：耐腐蚀3.软磁特性软磁特性：磁导率和饱和磁感应强度高、矫完：磁导率和饱和磁感应强度高、矫完力低、损耗低力低、损耗低4.超导特性超导特性5.光学性质：光学性质：光吸收：位置移动光吸收：位置移动光电导：光电导：光致发射光
18、致发射6.其它性质其它性质：电阻率高、负的电阻系数：电阻率高、负的电阻系数 非晶态材料受到人们的重视是从非晶态材料受到人们的重视是从非晶态材料受到人们的重视是从非晶态材料受到人们的重视是从2020世纪世纪世纪世纪5050年代开始的。年代开始的。年代开始的。年代开始的。19581958年召开了第一次非晶态固体国际会议，尤其是年召开了第一次非晶态固体国际会议，尤其是年召开了第一次非晶态固体国际会议，尤其是年召开了第一次非晶态固体国际会议，尤其是19601960年年年年从液态骤冷获得金从液态骤冷获得金从液态骤冷获得金从液态骤冷获得金-硅（硅（硅（硅（Au79Si80Au79Si80）非晶态合金，开创
19、了）非晶态合金，开创了）非晶态合金，开创了）非晶态合金，开创了非晶态合金研发新纪元。此后一系列非晶态合金研发新纪元。此后一系列非晶态合金研发新纪元。此后一系列非晶态合金研发新纪元。此后一系列“金属玻璃金属玻璃金属玻璃金属玻璃”被开发被开发被开发被开发出来，几乎同时也发展了非晶态理论模型，出来，几乎同时也发展了非晶态理论模型，出来，几乎同时也发展了非晶态理论模型，出来，几乎同时也发展了非晶态理论模型，Mott-CFOMott-CFO（莫特（莫特（莫特（莫特-科弗奥）理论模型的奠基者科弗奥）理论模型的奠基者科弗奥）理论模型的奠基者科弗奥）理论模型的奠基者19771977年获得诺贝尔物年获得诺贝尔物
20、年获得诺贝尔物年获得诺贝尔物理学奖。这个模型是非晶态体系中电子能态的最基本的模理学奖。这个模型是非晶态体系中电子能态的最基本的模理学奖。这个模型是非晶态体系中电子能态的最基本的模理学奖。这个模型是非晶态体系中电子能态的最基本的模型。莫特开拓了作为固体物理新领域的非晶态物质电子过型。莫特开拓了作为固体物理新领域的非晶态物质电子过型。莫特开拓了作为固体物理新领域的非晶态物质电子过型。莫特开拓了作为固体物理新领域的非晶态物质电子过程的研究，被誉为这个新的分支学科的奠基人。程的研究，被誉为这个新的分支学科的奠基人。程的研究，被誉为这个新的分支学科的奠基人。程的研究，被誉为这个新的分支学科的奠基人。非晶
21、态材料有着其十分优越的价值，应用范围也十分非晶态材料有着其十分优越的价值，应用范围也十分非晶态材料有着其十分优越的价值，应用范围也十分非晶态材料有着其十分优越的价值，应用范围也十分广泛，可用于日常用品保护和装饰、功能材料的功能膜层、广泛，可用于日常用品保护和装饰、功能材料的功能膜层、广泛，可用于日常用品保护和装饰、功能材料的功能膜层、广泛，可用于日常用品保护和装饰、功能材料的功能膜层、电子、电力、化工等领域，块状化的非晶合金在这些行业电子、电力、化工等领域，块状化的非晶合金在这些行业电子、电力、化工等领域，块状化的非晶合金在这些行业电子、电力、化工等领域，块状化的非晶合金在这些行业也显示出十分
22、广阔的应用前景。也显示出十分广阔的应用前景。也显示出十分广阔的应用前景。也显示出十分广阔的应用前景。非晶材料的应用非晶材料的应用因对磁性和无序系统的电子结构因对磁性和无序系统的电子结构因对磁性和无序系统的电子结构因对磁性和无序系统的电子结构的基础性研究，共同获得了的基础性研究，共同获得了的基础性研究，共同获得了的基础性研究，共同获得了19771977年度诺贝尔物理学奖。年度诺贝尔物理学奖。年度诺贝尔物理学奖。年度诺贝尔物理学奖。安德逊安德逊安德逊安德逊（PhilipWarrenAnderson,1923-PhilipWarrenAnderson,1923-）范弗莱克范弗莱克范弗莱克范弗莱克（J
23、ohnHasbrouckVanJohnHasbrouckVanVleckVleck,1899-1980,1899-1980）莫特莫特（NevillFrancisMott,1905-）在在在在电电电电力力力力领领领领域域域域，非非非非晶晶晶晶得得得得到到到到大大大大量量量量应应应应用用用用。例例例例如如如如铁铁铁铁基基基基非非非非晶晶晶晶合合合合金金金金的的的的最最最最大大大大应应应应用用用用是是是是配配配配电电电电变变变变压压压压器器器器铁铁铁铁芯芯芯芯。由由由由于于于于非非非非晶晶晶晶合合合合金金金金的的的的工工工工频频频频铁铁铁铁损损损损仅仅仅仅为为为为硅硅硅硅钢钢钢钢的的的的1/51/5
24、1/31/3，利利利利用用用用非非非非晶晶晶晶合合合合金金金金取取取取代代代代硅硅硅硅钢钢钢钢可可可可使使使使配配配配电电电电变变变变压压压压器器器器的的的的空空空空载载载载损损损损耗耗耗耗降降降降低低低低60607070。因因因因此此此此，非非非非晶晶晶晶配配配配电电电电变变变变压压压压器器器器作作作作为为为为换换换换代代代代产产产产品品品品有有有有很很很很好好好好的的的的应应应应用用用用前前前前景景景景。在在在在“九九九九五五五五”期期期期间间间间，我我我我国国国国自自自自行行行行建建建建成成成成了了了了年年年年生生生生产产产产能能能能力力力力10001000吨吨吨吨的的的的非非非非晶晶晶
25、晶带带带带材材材材生生生生产产产产线线线线及及及及相相相相应应应应的的的的年年年年产产产产600600吨吨吨吨非非非非晶晶晶晶配配配配电电电电变变变变压压压压器器器器铁铁铁铁芯芯芯芯生生生生产产产产线线线线，这这这这为为为为在在在在我我我我国国国国大大大大力力力力推推推推广广广广节节节节能能能能型型型型非非非非晶晶晶晶配配配配电电电电变变变变压压压压器器器器奠奠奠奠定定定定了了了了良良良良好好好好基基基基础。础。础。础。在电力领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电源开始大量在电力领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电源开始大量在电力领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电
26、源开始大量在电力领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大，已不能满足使用要求；铁氧体虽然高频
27、损耗较低，但高频损耗太大，已不能满足使用要求；铁氧体虽然高频损耗较低，但高频损耗太大，已不能满足使用要求；铁氧体虽然高频损耗较低，但高频损耗太大，已不能满足使用要求；铁氧体虽然高频损耗较低，但在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱和磁感低，无法减小变压在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱和磁感低，无法减小变压在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱和磁感低，无法减小变压在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱和磁感低，无法减小变压器的体积；二是居里温度低，热稳定性差；三是制作大尺寸铁芯成品器的体积；二是居里温度低，热稳定性差；三是制作大尺寸铁芯成品器的体积；二是居里温度低，热稳定性差；三是制作大
28、尺寸铁芯成品器的体积；二是居里温度低，热稳定性差；三是制作大尺寸铁芯成品率低，成本高。率低，成本高。率低，成本高。率低，成本高。目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过 20kW20kW。非晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗，且热。非晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗，且热。非晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗，且热。非晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗，且热稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用非
29、晶铁芯稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用非晶铁芯稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用非晶铁芯稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用非晶铁芯的变压器的转换功率可达的变压器的转换功率可达的变压器的转换功率可达的变压器的转换功率可达 500kW500kW，体积比功率铁氧体变压器减少，体积比功率铁氧体变压器减少，体积比功率铁氧体变压器减少，体积比功率铁氧体变压器减少5050以上。以上。以上。以上。目前在逆变焊机电源中非晶合金已经获得广泛应用，在通讯、目前在逆变焊机电源中非晶合金已经获得广泛应用，在通讯、目前在逆变焊机电源中非晶合金已经获得广泛应用，在通讯
30、、目前在逆变焊机电源中非晶合金已经获得广泛应用，在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域的开关电源中的应用正在积极开发之电动交通工具、电解电镀等领域的开关电源中的应用正在积极开发之电动交通工具、电解电镀等领域的开关电源中的应用正在积极开发之电动交通工具、电解电镀等领域的开关电源中的应用正在积极开发之中。中。中。中。下表列出了非晶合金带材的典型性能和一些主要应用。下表列出了非晶合金带材的典型性能和一些主要应用。下表列出了非晶合金带材的典型性能和一些主要应用。下表列出了非晶合金带材的典型性能和一些主要应用。性能指标性能指标性能指标性能指标铁基非晶铁基非晶铁基非晶铁基非晶铁镍基铁镍基铁镍基铁镍基非晶非晶
31、非晶非晶应用应用应用应用配电变压器配电变压器配电变压器配电变压器中频变压器中频变压器中频变压器中频变压器功率因数校功率因数校功率因数校功率因数校正器正器正器正器磁屏蔽防磁屏蔽防磁屏蔽防磁屏蔽防盗标签盗标签盗标签盗标签 饱和磁感饱和磁感饱和磁感饱和磁感(T)(T)1.561.560.770.77矫顽力矫顽力矫顽力矫顽力(A/m)(A/m)442200,000200,000磁致伸缩系数磁致伸缩系数磁致伸缩系数磁致伸缩系数27102710-6-615101510-6-6 居里温度居里温度居里温度居里温度()()415415360360 电阻率电阻率电阻率电阻率(mWmW-cm)-cm)1301301
32、30130非晶纳米晶带材的典型性能及主要应用领域非晶纳米晶带材的典型性能及主要应用领域非晶纳米晶带材的典型性能及主要应用领域非晶纳米晶带材的典型性能及主要应用领域 性能指标性能指标性能指标性能指标 钴基非晶钴基非晶钴基非晶钴基非晶 铁基纳米晶铁基纳米晶铁基纳米晶铁基纳米晶 应用应用应用应用磁放大器高磁放大器高磁放大器高磁放大器高频变压器扼频变压器扼频变压器扼频变压器扼流圈脉冲变流圈脉冲变流圈脉冲变流圈脉冲变压器饱和电压器饱和电压器饱和电压器饱和电抗器抗器抗器抗器 磁放大器高磁放大器高磁放大器高磁放大器高频变压器扼频变压器扼频变压器扼频变压器扼流圈脉冲变流圈脉冲变流圈脉冲变流圈脉冲变压器饱和电压
33、器饱和电压器饱和电压器饱和电抗器互感器抗器互感器抗器互感器抗器互感器 饱和磁感饱和磁感饱和磁感饱和磁感(T)(T)0.6-0.80.6-0.81.251.25矫顽力矫顽力矫顽力矫顽力(A/m)(A/m)222200,000200,000200,000200,000磁致伸缩系数磁致伸缩系数磁致伸缩系数磁致伸缩系数110-6110-6210-6300300560560 电阻率电阻率电阻率电阻率(mWmW-cm)-cm)1301308080在电子信息领域，随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展，在电子信息领域，随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展，在电子信息领域，随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展，
34、在电子信息领域，随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展，对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如，为了减小体口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如，为了减小体口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如，为了减小体口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如，为了减小体积，计算机开关电源的工作频率已经从积，计算机开关电源的工作频率已经从积，计算机开关电源的工作频率已经从积，计算机开关电源的工作频率
35、已经从20kHz20kHz提高到提高到提高到提高到500kHz500kHz；为了实现为了实现为了实现为了实现CPUCPU的低电压大电流供电方式，采用磁放大器的低电压大电流供电方式，采用磁放大器的低电压大电流供电方式，采用磁放大器的低电压大电流供电方式，采用磁放大器稳定输出电压；稳定输出电压；稳定输出电压；稳定输出电压；为了消除各种噪音，采用抑制线路自生干扰为了消除各种噪音，采用抑制线路自生干扰为了消除各种噪音，采用抑制线路自生干扰为了消除各种噪音，采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器，以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因的尖峰抑制器，以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因的尖峰抑制器，以及抑制传
36、导干扰的共模和差模扼流圈。因的尖峰抑制器，以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此，在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件，而此，在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件，而此，在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件，而此，在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件，而非晶合金在此大有用武之地。非晶合金在此大有用武之地。非晶合金在此大有用武之地。非晶合金在此大有用武之地。在电子防窃系统中，早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标在电子防窃系统中，早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标在电子防窃系统中，早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标在电子防窃系统中，早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标
37、签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点，应用市场已经扩展到超级市场。可以预见，随开窄等缺点，应用市场已经扩展到超级市场。可以预见，随开窄等缺点，应用市场已经扩展到超级市场。可以预见，随开窄等缺点，应用市场已经扩展到
38、超级市场。可以预见，随开放式服务方式的发展，作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材放式服务方式的发展，作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材放式服务方式的发展，作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材放式服务方式的发展，作为防盗防伪的非晶合金带材和丝材的应用会急剧增长。的应用会急剧增长。的应用会急剧增长。的应用会急剧增长。在民用产品中，变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量，正在大在民用产品中，变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量，正在大在民用产品中，变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量，正在大在民用产品中，变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量，正在大量普及。但负面效应不可忽视，如果变频器中缺少必要
39、的抑制干扰环节，量普及。但负面效应不可忽视，如果变频器中缺少必要的抑制干扰环节，量普及。但负面效应不可忽视，如果变频器中缺少必要的抑制干扰环节，量普及。但负面效应不可忽视，如果变频器中缺少必要的抑制干扰环节，会有大量高次谐波注入电网，使电网总功率因素下降。减少电网污染最会有大量高次谐波注入电网，使电网总功率因素下降。减少电网污染最会有大量高次谐波注入电网，使电网总功率因素下降。减少电网污染最会有大量高次谐波注入电网，使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加入功率因数校正有效的办法之一是在变频器中加入功率因数校正有效的办法之一是在变频器中加入功率因数校正有效的办法之一是在
40、变频器中加入功率因数校正(PFC)(PFC)环节，其中关键部环节，其中关键部环节，其中关键部环节，其中关键部件是高频损耗低、件是高频损耗低、件是高频损耗低、件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁芯。铁基非晶合金在此类应用中饱和磁感大的电感铁芯。铁基非晶合金在此类应用中饱和磁感大的电感铁芯。铁基非晶合金在此类应用中饱和磁感大的电感铁芯。铁基非晶合金在此类应用中有明显优势，将在变频零电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调有明显优势，将在变频零电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调有明显优势，将在变频零电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调有明显优势，将在变频零电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频
41、空调中使用非晶中使用非晶中使用非晶中使用非晶PFCPFC电感已经成为一个热点。电感已经成为一个热点。电感已经成为一个热点。电感已经成为一个热点。总之，非晶合金不仅软磁性能优异，而且工艺简单、成本低廉；正在成总之，非晶合金不仅软磁性能优异，而且工艺简单、成本低廉；正在成总之，非晶合金不仅软磁性能优异，而且工艺简单、成本低廉；正在成总之，非晶合金不仅软磁性能优异，而且工艺简单、成本低廉；正在成为一类十分重要的、具有市场竞争优势的基础功能材料。可以预见，非为一类十分重要的、具有市场竞争优势的基础功能材料。可以预见，非为一类十分重要的、具有市场竞争优势的基础功能材料。可以预见，非为一类十分重要的、具有
42、市场竞争优势的基础功能材料。可以预见，非晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作用。用。用。用。以以以以非非非非晶晶晶晶态态态态硅硅硅硅太太太太阳阳阳阳能能能能电电电电池池池池发发发发展展展展为为为为例例例例，研研研研发发发发单单单单晶晶晶晶硅硅硅硅太太太太阳阳阳阳能能能能电电电电池池池池耗耗耗耗资资资资数数数数十十十十亿亿亿亿美美美美元元元元，该该该该电电电电池池池池转转转转化化化化率率
43、率率高高高高，但但但但成成成成本本本本高高高高昂昂昂昂，无无无无法法法法广广广广泛泛泛泛推推推推广广广广。19751975年年年年开开开开始始始始研研研研发发发发掺掺掺掺杂杂杂杂非非非非晶晶晶晶硅硅硅硅太太太太阳阳阳阳能能能能电电电电池池池池，转转转转化化化化率率率率不不不不断断断断提提提提高高高高。如如如如果果果果转转转转化化化化率率率率提提提提高高高高到到到到1012%1012%，就就就就可可可可以以以以代代代代替替替替单单单单晶晶晶晶硅硅硅硅太太太太阳阳阳阳能能能能电电电电池池池池；如如如如果果果果组组组组件件件件成成成成本本本本能能能能够够够够再再再再降降降降低低低低，就就就就可可可可
44、以以以以与与与与核核核核能能能能相相相相抗抗抗抗衡衡衡衡。金金金金属属属属玻玻玻玻璃璃璃璃材材材材料料料料也也也也受受受受人人人人瞩瞩瞩瞩目目目目，它它它它比比比比一一一一般般般般金金金金属属属属的的的的强强强强度度度度还还还还要要要要大大大大，例例例例如如如如非非非非晶晶晶晶态态态态 Fe56B56Fe56B56的的的的断断断断裂裂裂裂强强强强度度度度达达达达到到到到370kgmm-2370kgmm-2，是是是是一一一一般般般般玻玻玻玻璃璃璃璃钢钢钢钢强强强强度度度度的的的的7 7倍倍倍倍，已已已已接接接接近近近近理理理理想想想想晶晶晶晶体体体体的的的的水水水水平平平平，并并并并具具具具有有
45、有有好好好好于于于于金金金金属属属属的的的的弹弹弹弹性性性性、弯弯弯弯曲曲曲曲性性性性、韧韧韧韧性性性性、硬硬硬硬度度度度和和和和抗抗抗抗腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀性性性性，此此此此外外外外还还还还具具具具有有有有良良良良好的电学性能。好的电学性能。好的电学性能。好的电学性能。第二节第二节非晶材料的形成理论非晶材料的形成理论最早对玻璃形成进行研究的是塔曼最早对玻璃形成进行研究的是塔曼（Tamman），他认为玻璃形成时，由于），他认为玻璃形成时，由于过冷液体成核速率最大时的温度低于晶过冷液体成核速率最大时的温度低于晶体生长速率最大时的温度。而后发展了体生长速率最大时的温度。而后发展了动力学理论。动力学理论
46、。动力学理论动力学理论1.成核速率成核速率NV：单位体积分子数；：单位体积分子数；Tm：熔点；：熔点；A0：分子直径；：分子直径；：粘度：粘度2.晶体生长速率：晶体生长速率：3.形成非晶体需要的冷却速度：形成非晶体需要的冷却速度：一般说，如果一般说，如果一般说，如果一般说，如果I IS S和和和和U U分别表示分别表示分别表示分别表示均匀结晶过程的成核速率均匀结晶过程的成核速率均匀结晶过程的成核速率均匀结晶过程的成核速率和和和和晶体生长速率晶体生长速率晶体生长速率晶体生长速率，那么，单位时间，那么，单位时间，那么，单位时间，那么，单位时间t t内结晶的内结晶的内结晶的内结晶的体积率体积率体积率
47、体积率表表表表示为：示为：示为：示为：V VL L/V V=I IS SU U3 3t t4/34/3这时，常以这时，常以这时，常以这时，常以V VL L/V V=10=10-6-6为判据，若达到此值，析出为判据，若达到此值，析出为判据，若达到此值，析出为判据，若达到此值，析出的晶体就可以检验出；若小于此值，结晶可以忽略，的晶体就可以检验出；若小于此值，结晶可以忽略，的晶体就可以检验出；若小于此值，结晶可以忽略，的晶体就可以检验出；若小于此值，结晶可以忽略，形成非晶态形成非晶态形成非晶态形成非晶态。利用这些数据，还可以绘制出所谓。利用这些数据，还可以绘制出所谓。利用这些数据，还可以绘制出所谓。
48、利用这些数据，还可以绘制出所谓时间时间时间时间（TimeTime）温度（）温度（）温度（）温度（TemperatureTemperature）转变）转变）转变）转变(TransationTransation)的所的所的所的所谓谓谓谓“三三三三T T曲线曲线曲线曲线”。从而估算出避免此处指定数量晶体所。从而估算出避免此处指定数量晶体所。从而估算出避免此处指定数量晶体所。从而估算出避免此处指定数量晶体所需要的冷却速率。下图是时间需要的冷却速率。下图是时间需要的冷却速率。下图是时间需要的冷却速率。下图是时间-温度温度温度温度-结晶的结晶的结晶的结晶的“3 3T T曲线曲线曲线曲线”。时间时间时间时间
49、-温度温度温度温度-结晶的结晶的结晶的结晶的“3T3T曲线曲线曲线曲线”非晶形成条件非晶形成条件1）晶核形成的热力学势垒）晶核形成的热力学势垒G要大，液体中不存在成核介要大，液体中不存在成核介质质；2）结结晶的晶的动动力学力学势垒势垒要大，物要大，物质质在在Tm或液相温度或液相温度处处粘度要粘度要大；大；3）在粘度与温度关系相似的条件下，）在粘度与温度关系相似的条件下，Tm或液相温度要低；或液相温度要低；4）原子要）原子要实现较实现较大的重新分配，达到共晶点附近的大的重新分配，达到共晶点附近的组组成。成。结构化学理论结构化学理论1.键性键性：离子键：静电作用，无饱和性、方向性、离子键：静电作用
50、，无饱和性、方向性、倾向于紧密堆积，易形成晶体；倾向于紧密堆积，易形成晶体；共价键：有方向性和饱和性，键长和键角共价键：有方向性和饱和性，键长和键角不易改变，原子不易扩散，有阻碍结晶不易改变，原子不易扩散，有阻碍结晶的作用。的作用。分子间作用力：分子间作用力：不不不不论论论论是是是是在在在在非非非非晶晶晶晶制制制制备备备备的的的的理理理理论论论论上上上上，还还还还是是是是在在在在制制制制备备备备实实实实验验验验中中中中，人人人人们都在探讨采用结构学观点描述非晶态的形成。们都在探讨采用结构学观点描述非晶态的形成。们都在探讨采用结构学观点描述非晶态的形成。们都在探讨采用结构学观点描述非晶态的形成。