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1、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
2、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
3、。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
4、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
5、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
6、、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4.4.非晶态基本定义非晶态基本定义1 1）定义定义：组成物质的原子、分子的空间排列：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，晶格的长程有序不呈周期性和平移对称性，晶格的长程有序收到破坏，只有由于原子间相互关联作用，收到破坏，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（使其在小于几个原子间距地小区间内（1-1.5 1-1.5
7、nmnm），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非晶态结构特征构特征（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
8、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、
9、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，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
10、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（Amorphous or Glassy StatesAmorphous or Glassy States）非晶材料的分非晶材料的分类1.1.1.1.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。非晶合金的非晶合金的非晶合金的非晶合金的结结构特点：构特点：构特点：构特点：1 1 1 1）结结构上呈拓扑密堆构上呈拓扑密堆构上呈拓扑密堆构上呈拓扑密堆长长程无序，但在程无序，但在程无序，但
11、在程无序，但在长长程无序的三程无序的三程无序的三程无序的三维维空空空空间间又无序的分布着短又无序的分布着短又无序的分布着短又无序的分布着短程有序的程有序的程有序的程有序的“晶晶晶晶态态小集小集小集小集团团”或或或或“伪伪晶核晶核晶核晶核”，其大小不超，其大小不超，其大小不超，其大小不超过过几个晶格的范几个晶格的范几个晶格的范几个晶格的范围围。2 2 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）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）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）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，
12、不存在结结晶晶晶晶金属所具有的晶界、双晶、堆金属所具有的晶界、双晶、堆金属所具有的晶界、双晶、堆金属所具有的晶界、双晶、堆垛垛、层错层错、偏析和析出物等局部的、偏析和析出物等局部的、偏析和析出物等局部的、偏析和析出物等局部的组织组织不不不不均匀缺陷，是一种原子尺度均匀缺陷，是一种原子尺度均匀缺陷，是一种原子尺度均匀缺陷，是一种原子尺度组织组织均一的材料，具有各向同性的特点；均一的材料，具有各向同性的特点；均一的材料，具有各向同性的特点；均一的材料，具有各向同性的特点；3 3 3 3）简单单简单单原子原子原子原子结结构：由于是构：由于是构：由于是构：由于是单单原子原子原子原子组组成，故与分子成，
13、故与分子成，故与分子成，故与分子组组成的玻璃、高分子聚合成的玻璃、高分子聚合成的玻璃、高分子聚合成的玻璃、高分子聚合物相比，是一种更加理想的物相比，是一种更加理想的物相比，是一种更加理想的物相比，是一种更加理想的单单原子非晶原子非晶原子非晶原子非晶结结构材料；构材料；构材料；构材料；4 4 4 4）材料特性的）材料特性的）材料特性的）材料特性的调调控性：非晶控性：非晶控性：非晶控性：非晶态态合金不受化合价的限制，在合金不受化合价的限制，在合金不受化合价的限制，在合金不受化合价的限制，在较宽较宽的成分范的成分范的成分范的成分范围围内内内内可以自由可以自由可以自由可以自由调节调节其其其其组组成。因
14、此，它具有成。因此，它具有成。因此，它具有成。因此，它具有许许多多多多结结晶合金所不具有晶合金所不具有晶合金所不具有晶合金所不具有优优异的材料异的材料异的材料异的材料特性的特性的特性的特性的调调控性。控性。控性。控性。5 5 5 5）热热力学上力学上力学上力学上处处于于于于亚稳态亚稳态，晶化温度以上将，晶化温度以上将，晶化温度以上将，晶化温度以上将发发生晶生晶生晶生晶态结态结构相构相构相构相变变，但晶化温度以，但晶化温度以，但晶化温度以，但晶化温度以下能下能下能下能长长期期期期稳稳定存在。定存在。定存在。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
15、)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：
16、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；2.2.非晶半非晶半导体体1 1）四面体配位半）四面体配位半导体：体：Si Si、GeGe；2 2）硫系非晶半）硫系非晶半导体体3.3.非晶非晶态超超导体：体：4.4.非晶非晶态高分子材料高分子材料5.5.非晶体玻璃非晶体玻璃非晶非
17、晶态特性特性1.1.力学行力学行为：高：高强度、高度、高韧性性2.2.化学性化学性质：耐腐：耐腐蚀3.3.软磁特性磁特性：磁：磁导率和率和饱和磁感和磁感应强度高、度高、矫完力完力低、低、损耗低耗低4.4.超超导特性特性5.5.光学性光学性质：光吸收：位置移光吸收：位置移动光光电导：光致光致发射射6.6.其它性其它性质：电阻率高、阻率高、负的的电阻系数阻系数 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
18、，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
19、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
20、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、
21、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因因因对对磁性和无序系磁性和无序系磁性和无序系磁性和无序系统统的的的的电电子子子子结结构构构构的基的基的基的基础础性研究，共同性研究，共同性研究，共同性研究，共同获获得了得了得了得了19
22、77197719771977年度年度年度年度诺贝尔诺贝尔物理学物理学物理学物理学奖奖。安德逊安德逊安德逊安德逊（Philip Warren Anderson,1923-Philip Warren Anderson,1923-）范弗莱克范弗莱克范弗莱克范弗莱克（John Hasbrouck Van Vleck,1899-1980John Hasbrouck Van Vleck,1899-1980）莫特莫特（Nevill Francis Mott,1905-）在在在在电电力力力力领领域域域域，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用用用用。例例例例如如如如铁铁基基基基非非非非晶晶晶晶
23、合合合合金金金金的的的的最最最最大大大大应应用用用用是是是是配配配配电电变变压压器器器器铁铁芯芯芯芯。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铁铁损损仅仅为为硅硅硅硅钢钢的的的的1/51/51/51/51/31/31/31/3，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可可可可使使使使配配配配电电变变压压器器器器的的的的空空空空载载损损耗耗耗耗降降降降低低低低6060606070707070。因因因因此此此此，非非非非晶晶晶晶配配配配电电变变压压器器器器作作作作为为换换代代代代产产品品品品有有有有很很很很好好好好的的的的应应用用用用
24、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，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能能能能力力力力1000100010001000吨吨吨吨的的的的非非非非晶晶晶晶带带材材材材生生生生产产线线及及及及相相相相应应的的的的年年年年产产600600600600吨吨吨吨非非非非晶晶晶晶配配配配电电变变压压器器器器铁铁芯芯芯芯生生生生产产线线，这这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能能能能型型型型非非非非晶晶晶晶配配配配电电变变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。在在在在电电力力力力领领域，
25、随着高域，随着高域，随着高域，随着高频频逆逆逆逆变变技技技技术术的成熟，的成熟，的成熟，的成熟，传统传统大功率大功率大功率大功率线线性性性性电电源开始大量源开始大量源开始大量源开始大量被高被高被高被高频频开关开关开关开关电电源所取代，而且源所取代，而且源所取代，而且源所取代，而且为为了提高效率，减小体了提高效率，减小体了提高效率，减小体了提高效率，减小体积积，开关，开关，开关，开关电电源的源的源的源的工作工作工作工作频频率越来越高，率越来越高，率越来越高，率越来越高，这这就就就就对对其中的其中的其中的其中的软软磁材料提出了更高的要求。硅磁材料提出了更高的要求。硅磁材料提出了更高的要求。硅磁材料
26、提出了更高的要求。硅钢钢高高高高频损频损耗太大，已不能耗太大，已不能耗太大，已不能耗太大，已不能满满足使用要求；足使用要求；足使用要求；足使用要求；铁铁氧体氧体氧体氧体虽虽然高然高然高然高频损频损耗耗耗耗较较低，但低，但低，但低，但在大功率条件下仍然存在很多在大功率条件下仍然存在很多在大功率条件下仍然存在很多在大功率条件下仍然存在很多问题问题，一是，一是，一是，一是饱饱和磁感低，无法减小和磁感低，无法减小和磁感低，无法减小和磁感低，无法减小变压变压器的体器的体器的体器的体积积；二是居里温度低，；二是居里温度低，；二是居里温度低，；二是居里温度低，热稳热稳定性差；三是制作大尺寸定性差；三是制作大
27、尺寸定性差；三是制作大尺寸定性差；三是制作大尺寸铁铁芯成品芯成品芯成品芯成品率低，成本高。率低，成本高。率低，成本高。率低，成本高。目前采用功率目前采用功率目前采用功率目前采用功率铁铁氧体的氧体的氧体的氧体的单单个个个个变压变压器的器的器的器的转换转换功率不超功率不超功率不超功率不超过过 20kW20kW20kW20kW。非晶。非晶。非晶。非晶软软磁合金同磁合金同磁合金同磁合金同时时具有高具有高具有高具有高饱饱和磁感和很低的高和磁感和很低的高和磁感和很低的高和磁感和很低的高频损频损耗，且耗，且耗，且耗，且热稳热稳定性好，是大功率开关定性好，是大功率开关定性好，是大功率开关定性好，是大功率开关电
28、电源用源用源用源用软软磁材料的最佳磁材料的最佳磁材料的最佳磁材料的最佳选择选择。采用非晶。采用非晶。采用非晶。采用非晶铁铁芯的芯的芯的芯的变压变压器的器的器的器的转换转换功率可达功率可达功率可达功率可达 500kW500kW500kW500kW，体，体，体，体积积比功率比功率比功率比功率铁铁氧体氧体氧体氧体变压变压器减少器减少器减少器减少50505050以以以以上。上。上。上。目前在逆目前在逆目前在逆目前在逆变焊变焊机机机机电电源中非晶合金已源中非晶合金已源中非晶合金已源中非晶合金已经获经获得广泛得广泛得广泛得广泛应应用，在通用，在通用，在通用，在通讯讯、电电动动交通工具、交通工具、交通工具、
29、交通工具、电电解解解解电镀电镀等等等等领领域的开关域的开关域的开关域的开关电电源中的源中的源中的源中的应应用正在用正在用正在用正在积积极开极开极开极开发发之中。之中。之中。之中。下表列出了非晶合金下表列出了非晶合金下表列出了非晶合金下表列出了非晶合金带带材的典型性能和一些主要材的典型性能和一些主要材的典型性能和一些主要材的典型性能和一些主要应应用。用。用。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
30、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(mW-cm)(mW-cm)130130130130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
31、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.
32、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110-6110-6210-6 300 300560560 电阻率电阻率电阻率电阻率(mW-(mW-cm)cm)1301308080在在在在电电子信息子信息子信息子信息领领域，随着域，随着域，随着域，随着计计算机、网算机、网算机、网算机、网络络和通和通和通和通讯讯技技技技术术的迅速的迅速的迅速的迅速发发展，展，展，展，对对小尺寸、小尺寸、小尺寸、小尺寸、轻轻重量、高可靠性和低噪音的开关重量、高可靠性和低噪音的开关重量、高可靠
33、性和低噪音的开关重量、高可靠性和低噪音的开关电电源和网源和网源和网源和网络络接接接接口口口口设备设备的需求日益增的需求日益增的需求日益增的需求日益增长长、要求越来越高。例如，、要求越来越高。例如，、要求越来越高。例如，、要求越来越高。例如，为为了减小体了减小体了减小体了减小体积积，计计算机开关算机开关算机开关算机开关电电源的工作源的工作源的工作源的工作频频率已率已率已率已经经从从从从20kHz20kHz20kHz20kHz提高到提高到提高到提高到500kHz500kHz500kHz500kHz；为为了了了了实现实现CPUCPUCPUCPU的低的低的低的低电压电压大大大大电电流供流供流供流供电电
34、方式，采用磁放大器方式，采用磁放大器方式，采用磁放大器方式，采用磁放大器稳稳定定定定输输出出出出电压电压；为为了消除各种噪音，采用抑制了消除各种噪音，采用抑制了消除各种噪音，采用抑制了消除各种噪音，采用抑制线线路自生干路自生干路自生干路自生干扰扰的的的的尖峰抑制器，以及抑制尖峰抑制器，以及抑制尖峰抑制器，以及抑制尖峰抑制器，以及抑制传导传导干干干干扰扰的共模和差模扼流圈。因此，的共模和差模扼流圈。因此，的共模和差模扼流圈。因此，的共模和差模扼流圈。因此，在开关在开关在开关在开关电电源和接口源和接口源和接口源和接口设备设备中增加了大量高中增加了大量高中增加了大量高中增加了大量高频频磁性器件，而非
35、晶磁性器件，而非晶磁性器件，而非晶磁性器件，而非晶合金在此大有用武之地。合金在此大有用武之地。合金在此大有用武之地。合金在此大有用武之地。在在在在电电子防窃系子防窃系子防窃系子防窃系统统中，早期利用中，早期利用中，早期利用中，早期利用钴钴基非晶窄基非晶窄基非晶窄基非晶窄带带的的的的谐谐波式防盗波式防盗波式防盗波式防盗标标签签在在在在图书馆图书馆中中中中获获得了大量得了大量得了大量得了大量应应用。最近利用用。最近利用用。最近利用用。最近利用铁镍铁镍基非晶基非晶基非晶基非晶带带材的材的材的材的声磁式防盗声磁式防盗声磁式防盗声磁式防盗标签标签克服了克服了克服了克服了谐谐波式防盗波式防盗波式防盗波式防
36、盗标签误报标签误报警率高、警率高、警率高、警率高、检测检测区区区区窄等缺点，窄等缺点，窄等缺点，窄等缺点，应应用市用市用市用市场场已已已已经扩经扩展到超展到超展到超展到超级级市市市市场场。可以。可以。可以。可以预见预见，随开，随开，随开，随开放式服放式服放式服放式服务务方式的方式的方式的方式的发发展，作展，作展，作展，作为为防盗防防盗防防盗防防盗防伪伪的非晶合金的非晶合金的非晶合金的非晶合金带带材和材和材和材和丝丝材材材材的的的的应应用会急用会急用会急用会急剧剧增增增增长长。在民用在民用在民用在民用产产品中，品中，品中，品中，变频变频技技技技术术有利于有利于有利于有利于节约电节约电能、并减小体
37、能、并减小体能、并减小体能、并减小体积积和重量，正在大和重量，正在大和重量，正在大和重量，正在大量普及。但量普及。但量普及。但量普及。但负负面效面效面效面效应应不可忽不可忽不可忽不可忽视视，如果，如果，如果，如果变频变频器中缺少必要的抑制干器中缺少必要的抑制干器中缺少必要的抑制干器中缺少必要的抑制干扰环节扰环节，会有大量高次会有大量高次会有大量高次会有大量高次谐谐波注入波注入波注入波注入电电网，使网，使网，使网，使电电网网网网总总功率因素下降。减少功率因素下降。减少功率因素下降。减少功率因素下降。减少电电网网网网污污染最染最染最染最有效的有效的有效的有效的办办法之一是在法之一是在法之一是在法之
38、一是在变频变频器中加入功率因数校正器中加入功率因数校正器中加入功率因数校正器中加入功率因数校正(PFC)(PFC)(PFC)(PFC)环节环节，其中关，其中关，其中关，其中关键键部部部部件是高件是高件是高件是高频损频损耗低、耗低、耗低、耗低、饱饱和磁感大的和磁感大的和磁感大的和磁感大的电电感感感感铁铁芯。芯。芯。芯。铁铁基非晶合金在此基非晶合金在此基非晶合金在此基非晶合金在此类应类应用中用中用中用中有明有明有明有明显优势显优势，将在，将在，将在，将在变频变频零零零零电绿电绿色化方面色化方面色化方面色化方面发挥发挥重要作用。目前在重要作用。目前在重要作用。目前在重要作用。目前在变频变频空空空空调
39、调中使用非晶中使用非晶中使用非晶中使用非晶PFCPFCPFCPFC电电感已感已感已感已经经成成成成为为一个一个一个一个热热点。点。点。点。总总之，非晶合金不之，非晶合金不之，非晶合金不之，非晶合金不仅软仅软磁性能磁性能磁性能磁性能优优异，而且工异，而且工异，而且工异，而且工艺简单艺简单、成本低廉；正在成、成本低廉；正在成、成本低廉；正在成、成本低廉；正在成为为一一一一类类十分重要的、具有市十分重要的、具有市十分重要的、具有市十分重要的、具有市场竞场竞争争争争优势优势的基的基的基的基础础功能材料。可以功能材料。可以功能材料。可以功能材料。可以预见预见，非，非，非，非晶材料晶材料晶材料晶材料对对我
40、国我国我国我国传统产业传统产业改造和高新技改造和高新技改造和高新技改造和高新技术术快速快速快速快速发发展将展将展将展将发挥发挥越来越重要的作越来越重要的作越来越重要的作越来越重要的作用。用。用。用。以以以以非非非非晶晶晶晶态态硅硅硅硅太太太太阳阳阳阳能能能能电电池池池池发发展展展展为为例例例例，研研研研发发单单晶晶晶晶硅硅硅硅太太太太阳阳阳阳能能能能电电池池池池耗耗耗耗资资数数数数十十十十亿亿美美美美元元元元，该该电电池池池池转转化化化化率率率率高高高高，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。1975197519751975年年年年开开开开
41、始始始始研研研研发发掺掺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池池池池，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化化化化率率率率提提提提高高高高到到到到1012%1012%1012%1012%，就就就就可可可可以以以以代代代代替替替替单单晶晶晶晶硅硅硅硅太太太太阳阳阳阳能能能能电电池池池池；如如如如果果果果组组件件件件成成成成本本本本能能能能够够再再再再降降降降低低低低，就就就就可可可可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
42、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度度度度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 Fe56B56Fe56B56Fe56B56Fe56B56的的的的断断断断裂裂裂裂强强度度度度达达达达到到到到370kgmm-2370kgmm-2370kgmm-2370kgmm-2，是是是是一一一一般般般般玻玻玻玻璃璃璃璃钢钢强强度度度度的的的的7 7 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有有好好好好于于于于金金金金属属属属的的的的弹弹性性性性、弯弯弯弯曲曲曲曲性性性性、韧韧性性性性、硬硬硬硬度度
43、度度和和和和抗抗抗抗腐腐腐腐蚀蚀性性性性，此此此此外外外外还还具具具具有有有有良良良良好的好的好的好的电电学性能。学性能。学性能。学性能。第二第二节 非晶材料的形成理非晶材料的形成理论最早最早对玻璃形成玻璃形成进行研究的是塔曼行研究的是塔曼（TammanTamman），他），他认为玻璃形成玻璃形成时，由于，由于过冷液体成核速率最大冷液体成核速率最大时的温度低于晶体生的温度低于晶体生长速率最大速率最大时的温度。而后的温度。而后发展了展了动力学力学理理论。动力学理力学理论1.1.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.
44、2.晶体生长速率：晶体生长速率：3.3.形成非晶体需要的冷却速度：形成非晶体需要的冷却速度：一般一般一般一般说说，如果，如果，如果，如果I I I IS S S S和和和和U U U U分分分分别别表示表示表示表示均匀均匀均匀均匀结结晶晶晶晶过过程的成核速率程的成核速率程的成核速率程的成核速率和和和和晶晶晶晶体生体生体生体生长长速率速率速率速率，那么，那么，那么，那么，单单位位位位时间时间t t t t内内内内结结晶的晶的晶的晶的体体体体积积率率率率表示表示表示表示为为：V V V VL L L L/V V V V=I I I IS S S SU U U U3 3 3 3t t t t4/34
45、/34/34/3 这时这时，常以，常以，常以，常以V V V VL L L L/V V V V=10=10=10=10-6-6-6-6为为判据，若达到此判据，若达到此判据，若达到此判据，若达到此值值，析出的晶，析出的晶，析出的晶，析出的晶体就可以体就可以体就可以体就可以检验检验出；若小于此出；若小于此出；若小于此出；若小于此值值，结结晶可以忽略，形成非晶晶可以忽略，形成非晶晶可以忽略，形成非晶晶可以忽略，形成非晶态态。利用。利用。利用。利用这这些数据，些数据，些数据，些数据，还还可以可以可以可以绘绘制出所制出所制出所制出所谓谓时间时间（TimeTimeTimeTime）温度）温度）温度）温度（
46、TemperatureTemperatureTemperatureTemperature）转变转变(Transation)(Transation)(Transation)(Transation)的所的所的所的所谓谓“三三三三T T T T曲曲曲曲线线”。从而。从而。从而。从而估算出避免此估算出避免此估算出避免此估算出避免此处处指定数量晶体所需要的冷却速率。下指定数量晶体所需要的冷却速率。下指定数量晶体所需要的冷却速率。下指定数量晶体所需要的冷却速率。下图图是是是是时间时间-温度温度温度温度-结结晶的晶的晶的晶的“3 3 3 3T T T T曲曲曲曲线线”。时间时间时间时间-温度温度温度温度-结
47、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 1）晶核形成的）晶核形成的热力学力学势垒 G 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 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T Tmm或液相温度或液相温度处处粘度要粘度要大；大；3 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，T Tmm或液相温度要低；或液相温度要低；4 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。结构化学理构化学理论1.1.键性性：离子离子键：静：静电作用，无作用，无饱和性、方向
48、性、和性、方向性、倾向于向于紧密堆密堆积，易形成晶体；，易形成晶体；共价共价键：有方向性和：有方向性和饱和性，和性，键长和和键角不角不易改易改变，原子不易，原子不易扩散，有阻碍散，有阻碍结晶的作晶的作用。用。分子分子间作用力：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。从从从从化化化化学学学学键
49、键键键类类类类型型型型来来来来看看看看，离离离离子子子子键键键键无无无无饱饱饱饱和和和和性性性性、具具具具有有有有密密密密堆堆堆堆积积积积高高高高配配配配位位位位数数数数，金金金金属属属属键键键键也也也也是是是是这这这这样样样样，它它它它们们们们均均均均不不不不易易易易形形形形成成成成非非非非晶晶晶晶态态态态；纯纯纯纯粹粹粹粹的的的的共共共共价价价价键键键键也也也也很很很很少少少少形形形形成成成成非非非非晶晶晶晶态态态态。只只只只有有有有处处处处于于于于离离离离子子子子-共共共共价价价价过过过过渡渡渡渡的的的的混混混混合合合合键键键键型型型型物物物物质质质质，既既既既有有有有离离离离子子子子键
50、键键键容容容容易易易易变变变变更更更更键键键键角角角角易易易易造造造造成成成成无无无无对对对对称称称称变变变变形形形形的的的的趋趋趋趋势势势势、又又又又有有有有共共共共价价价价键键键键不不不不易易易易更更更更改改改改键键键键长长长长和和和和键键键键角角角角的的的的趋趋趋趋势势势势，故故故故此此此此类类类类物物物物质质质质最最最最易易易易形形形形成成成成非非非非晶晶晶晶态态态态。根根根根据据据据这这这这个个个个原原原原理理理理，不不不不同同同同性性性性质质质质元元元元素素素素组组组组合合合合形成非晶态。形成非晶态。形成非晶态。形成非晶态。大致可以分为大致可以分为大致可以分为大致可以分为3 3类：