Zr-Ti系高熵非晶合金研究进展

高熵非晶合金是指由5种及5种以上元素(近)等原子比组成,符合无序致密堆积的结构特点,且在非晶形成过程中满足热力学、动力学及结构条件的合金.高熵非晶合金兼具高熵合金的成分特征和非晶合金的结构特征,具有优异的综合性能,有作为结构功能材料的潜力.本文以Zr-Ti系高熵非晶合金为例阐述其发展现状,首先总结高熵非晶合金的成分设计思路和晶化行为,然后介绍高熵非晶合金的力学、耐磨、耐腐蚀、热氧化、热塑性成形等性能,最后展望高熵非晶合金的发展前景与前沿研究方向.     

金属玻璃异常放热现象与隐藏非晶相变研究进展

金属玻璃因其简单的金属键结合及原子密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。解开玻璃形成液体的微观结构可以探寻玻璃形成能力的秘诀。许多非晶合金体系在玻璃转变点以上、结晶温度以下表现出异常放热现象,暗示在超过冷液相区间隐藏着非晶相变,这一现象的微观结构本质困扰了学界逾四十年。近来,中子和同步辐射散射等大科学装置的发展为揭示隐藏非晶相变的机制提供了原位、无损以及从原子到纳米级别的多尺度"探针"。最新研究发现Pd-Ni-P这一典型的具有异常放热现象的原型非晶合金在临界转变温度处发生了重入超过冷液体转变,其内在微观机制为中程有序结构的演变所导致的液-液相变。同时通过恰当的热处理,人们可以方便地调控这一类非晶合金的微观结构。经过统计几种具有异常放热现象的典型金属玻璃体系的热物理参数,发现异常放热峰可能与玻璃形成能力有一定的关联。金属玻璃中的异常放热现象及其隐藏的非晶相变为开发新型非晶合金体系并改进合金的性能提供了新的思路。     

非晶合金塑性研究的新进展

大块非晶合金（或大块金属玻璃）由于其独特的结构具有许多优异的力学性能,如高强度和硬度、耐磨、抗疲劳等。由于大块非晶合金的塑性高度局域在～20nm的剪切带中,造成大块非晶合金材料的结构软化,从而导致脆性断裂。脆性严重限制大块非晶合金作为工程材料的广泛应用。如何克服大块非品合金材料的脆性,一直是该领域的羲要研究方向。目前主要采用的是复合方法,即在大块非晶合金中复合第二相如纳米颗粒、枝晶相等,     

轧制变形对Zr65Al7.5Ni10Cu12.5Ag5块体非晶合金微观结构的影响

非晶合金具有许多优异的性能.然而,在室温下进行压缩或拉伸时,非晶合金通常沿着主剪切带方向发生脆性断裂,非晶合金较差的室温塑性严重制约了其在工程上的应用.已有理论和相关实验表明,非晶合金的机械性能与自由体积的含量密切相关.因此,充分认识非晶合金中自由体积的形成和演化规律进而发展调控自由体积的技术对非晶合金的开发应用具有重要的意义.     

大块非晶合金的研究进展

本文介绍了大块非晶合金研究领域里一些最新进展 ,综述了大块非晶合金的形成机制、制备方法及其优异的性能和应用前景     

Co_(78-x)Fe_xB_(14)Si_8非晶态合金的穆斯堡尔效应

研究非晶态磁性合金的宏观性能与微观结构的关系是改善材料磁性和创制新型非晶材料的一个重要途径,近年来逐渐受到重视。利用穆斯堡尔效应研究高B_1(饱和磁通密度)非晶材料的工作已有较多的进展,但研究高μ(磁导率)非晶材料,尤其是Co-Fe基合金的还较     

中国科学家在大块非晶材料领域的新进展

块体金属玻璃是通过现代冶金的方法, 抑制合金熔体的形核和长大, 保持液态的长程无序结构, 从而获得具有与玻璃类似结构的合金材料(称之为非晶化或玻璃化). 因而, 块体金属玻璃是兼有液体和固体、金属和玻璃特征的金属合金材料. 它具有许多独特、优异的物理、化学性能. 研究发现, 几乎所有的物质都可以被玻璃化, 但使金属合金玻璃化是最困难的, 因为金属合金的形核和长大过程非常快, 很难控制[1,2]. 因此, 虽然玻璃材料的制备和发展历史已有几千年, 但金属玻璃的历史只有几十年. 而且由于金属玻璃具有非同寻常的力学、物理和化学性能, 自它诞生以来就受到人们的广泛重视. 短短的几十年间, 金属玻璃已经在很多领域得到广泛应用. 同时, 金属玻璃材料的出现拓展了凝聚态物理的研究内容和视野, 金属玻璃为研究很多凝聚态物理问题提供了模型材料, 玻璃物理或非晶态物理已成为材料和凝聚态物理领域的前沿课题之一.     

Ni对FeNiBPNb非晶合金非晶形成能力及软磁性能的影响

研究了Ni元素对(Fe1-xNix)75.5B14.5P7Nb3(x=0～0.6)系合金非晶形成能力及其软磁性能的影响.结果表明,添加Ni能有效地提高该合金系过冷液相区的稳定性,并使其更接近共晶点,非晶形成能力和软磁性能明显提高.随着Ni含量的增加,过冷液相区从49增加到75K,约化玻璃转变温度从0.540增加到0.594,γ参数从0.373增加到0.405.当Ni含量为0.5和0.6时,采用铜模铸造法成功制备了直径为1mm的块体非晶.该非晶合金系具有优异的软磁性能,其饱和磁感应强度为0.37～1.20T,矫顽力为1.4～3.3A/m,在1kHz频率时的有效磁导率为13100～20900,为开发新型FeNi基软磁块体非晶合金提供了良好的前景.     

铈基块体金属玻璃的研究进展

Ce基块体金属玻璃是中国科学院物理研究所首先开发出来的具有自主知识产权和独特性能的非晶合金体系. 主要介绍该材料的开发和相关的研究进展, 包括其合成、基本特性、物理性能及潜在的应用. 对目前国际上该合金的研究情况和进一步的研究方向也进行了分析.     

破解非晶结构之谜：连接非晶态和晶态的中程序结构单元

非晶态结构本质一直是凝聚态物理和材料科学中最有趣和最基本的问题之一。非晶合金因其简单的金属键结合及密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。研究发现,非晶中存在着不同尺度的局域有序结构,其中5~20 埃米尺度范围对应中程序。近来研究揭示其在非晶合金的相变和形变过程中发挥了越来越关键的作用。现有的理论或者实验结果难以确定非晶态材料与其对应的晶态材料间是否存在中程或更大尺度范围的结构联系,同时现有的表征手段难以精确解析其短程到中 程尺度有序结构,导致中程序结构解析问题十分复杂。最近在经典大块非晶合金体系钯-镍-磷中通过对一种独特的亚稳立方 中间相进行解析,发现了一种桥接非晶态与晶态的手性中程序结构基元六元三帽三棱柱(6M-TTP)。该结构的短程序团簇以 一种奇特的手性结构构成约12.5埃米的中程序结构基元,其在铸态为长程无序堆积,而在一定温度可以转变成有序堆积的亚稳立方相。中程序结构的捕获和解析为揭示非晶态结构本质提供了新的结构模型,并且对非晶合金亚稳态中间相的析出动力学规律提出了新的解释。这些发现将有助于阐明非晶合金在中程序以及更大尺度上的结构排列,为解析非晶态的结构本质提供新的思路。     

破解非晶结构之谜：连接非晶态和晶态的中程序结构单元

非晶态结构本质一直是凝聚态物理和材料科学中最有趣和最基本的问题之一。非晶合金因其简单的金属键结合及密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。研究发现，非晶中存在着不同尺度的局域有序结构，其中5~20 埃米尺度范围对应中程序。近来研究揭示其在非晶合金的相变和形变过程中发挥了越来越关键的作用。现有的理论或者实验结果难以确定非晶态材料与其对应的晶态材料间是否存在中程或更大尺度范围的结构联系，同时现有的表征手段难以精确解析其短程到中 程尺度有序结构，导致中程序结构解析问题十分复杂。最近在经典大块非晶合金体系钯-镍-磷中通过对一种独特的亚稳立方 中间相进行解析，发现了一种桥接非晶态与晶态的手性中程序结构基元六元三帽三棱柱(6M-TTP)。该结构的短程序团簇以 一种奇特的手性结构构成约12.5埃米的中程序结构基元，其在铸态为长程无序堆积，而在一定温度可以转变成有序堆积的亚稳立方相。中程序结构的捕获和解析为揭示非晶态结构本质提供了新的结构模型，并且对非晶合金亚稳态中间相的析出动力学规律提出了新的解释。这些发现将有助于阐明非晶合金在中程序以及更大尺度上的结构排列，为解析非晶态的结构本质提供新的思路。     

静高压下界面反应对非晶(Fe_(0.99),Mo_(0.01))_(78)Si_9B_(13)合金晶化的影响

由于纳米Fe-Mo-Si-B合金优异的软磁性能,近年来,人们对非晶合金(Fe_(0.99),Mo_(0.01))_(78)Si_9B_(13)(FMSB)的晶化机制、结晶相、晶粒度及纳米合金的性能进行了深入的研究.这些研究工作都是在真空条件下,非晶FMSB合金条带表面为自由表面的情况下开展的.为了克服由非晶FMSB合金晶化制得的纳米Fe-Mo-Si-B合金的脆性,使之能在实际中得到应用,我们利用静高压下等温热处理金属Al片与非晶FMSB叠层的方法,制备出Al/Fe-Mo-Si-B纳米合金复合材料.由于在制备中,非晶FMSB与Al片将在界面发生扩散反应,因此,势必影响非晶FMSB的晶化过程和结果.本文将就此问题进行研究.     

含CuZr相Zr_(49)Cu_(44)Al_7块体非晶合金复合材料高压下的稳定结构

制备了含CuZr纳米相的三元Zr49Cu44Al7块体非晶合金复合材料,该材料具有1.6%的弹性变形和1.78GPa的抗压强度,利用角散射同步辐射研究了该三元块体非晶合金复合材料高压下的结构变化.结果表明,室温下非晶合金基体直至40.8GPa仍保持稳定的非晶结构,没有压力诱发CuZr纳米相的消失或长大.根据Bridgman状态方程获得了该复合材料体弹模量B0为115.2GPa.     

铁基软磁纳米微晶中非晶相的M(?)ssbauer谱研究

软磁纳米微晶Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9合金(即Finement)由其非晶薄带退火后得到。它由粒径10～20nm的α-Fe(Si)晶粒和剩余非晶相组成。其优良的性能和结构有关,而经540℃退火得到的纳米微晶具有最佳的软磁性能,此时,剩余非晶相约占30％～40％。非晶相(包括非晶与晶粒之间的界面层)对交换耦合有重要作用。本文选取Fe_(69.5)(CuCrV)_(9.5)Si_(13)B_8,Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9和另一成分较简单的纳米微晶(Fe_3Si)_(0.95)Nb_(0.05),以M(?)ssbauer谱分析为主要手段,研究这3种微晶的非晶相的微结构,发现存在一个具有弱磁性的界面层,可能对交换耦合起重要的作用。     

用化学还原法制取Fe-Ni-B超细非晶粉的性能

非晶合金具有明显不同于晶态材料的特性,如具有优异的磁学和力学性能,以及良好的耐蚀性等。有多种方法可以制备非晶合金,其中最常用的是采用快速凝固工艺。近年来又发展了一些制取非晶材料的新工艺,化学还原法即为其中之一。用化学还原法制备金属细粉,虽然     

非晶合金热塑性成形过程中的氧化

非晶合金由于具有高强度、耐腐蚀、抗磨损以及热态下良好的超塑性成形能力等优势,在工程技术领域具有广阔的应用前景。非晶合金热塑性成形工艺充分利用非晶合金在热态下的超塑性成形能力,是加工制造非晶合金零件的重要途径,但是非晶合金在热态下的氧化会显著影响非晶合金热塑性成形工艺的产品质量和生产成本。针对非晶合金在过冷液相区的氧化行为开展的研究发现：非晶合金的晶化会导致其氧化机制的转变;随着氧化程度的增加,氧化层内会形成多个亚层结构;粗糙表面能够显著促进非晶合金的氧化;在一定程度上,压应力能够抑制非晶合金氧化,而拉应力则能促进其氧化;氧化能够提高非晶合金的表面硬度,并改善其耐腐蚀能力。     

高压烧结致密非晶SiBCN块体陶瓷的组织结构演化与力学性能（英文）

非晶SiBCN陶瓷是一类独特的结构材料,具有低比重、高比强度、优异的高温损伤容限等特殊结构和性能,因此在高温防热结构部件上极具应用潜力。通过合理的结构与化学成分协同设计,可探索陶瓷形貌/微观结构演化及断裂行为的基本特征,从而进一步提高其力学性能,以满足实际应用需求。因此,文章以石墨、六方氮化硼、立方硅和硼等元素粉末为原料,提出了采用机械合金化结合高压烧结技术(1 000°C/3～5 GPa/30 min)制备致密非晶Si_2B_yC_2N(y=1.5～4)块体陶瓷的方法。通过XRD、SEM、TEM、TG等表征手段,研究了烧结压力诱导该系非晶陶瓷的组织结构演化、相变及热稳定性,并对其力学性能,特别是断裂行为进行了详细讨论。结果表明,提高烧结压力促使陶瓷基体由完全非晶态向晶态转变,部分块体陶瓷由大量非晶相、少量c-Si和/或t-BN(C)纳米晶相组成,显示出依赖于硼含量的物相组成。高压烧结有效地促进了陶瓷的烧结致密化,导致材料内自由体积的湮灭和"河流状"断裂形貌的产生。随着烧结压力的提高,陶瓷材料的体积密度、纳米硬度和杨氏模量单调增加。在相同烧结条件下,硼含量的增加削弱了非晶Si_2B_yC_2N(y=1.5～4)块体陶瓷的力学性能和热稳定性。1 000°C/5 GPa/30 min烧结制备的致密非晶Si_2B_(1.5)C_2N块体陶瓷的体积密度、纳米硬度和杨氏模量分别为2.69 g/cm~3、33.6±2.2GPa和414.2±16.5 GPa。     

新型纳米晶Fe_(69.4)Cu_(0.6)Cr_(3.2)V_(0.8)Si_(14)B_(12)软磁合金的研究

早期开发的Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9和Fe_(73.5)Cu_(1.2)Nb_(3.2)Si_(12.5)B_(10)纳米晶合金显示出优良综合磁性能,但含有昂贵的Nb,原始制备的非晶带也比较脆.我们用便宜得多的Cr和V代替Nb制成Fe_(69.4)4Cu_(0.6)Cr_(3.2)V_(0.8)Si_(14)B_(12)纳米晶合金,它的原始制备非晶带有相当好的延性,可对折而不脆断,并具有优良的综合磁性能,有潜在的应用价值.本文扼要报道部分研究结果.1 合金的制备和实验     

高压烧结致密非晶SiBCN块体陶瓷的组织结构演化与力学性能

非晶SiBCN陶瓷是一类独特的结构材料，具有低比重、高比强度、优异的高温损伤容限等特殊结构和性能，因此在高温防热结构部件上极具应用潜力。通过合理的结构与化学成分协同设计，可探索陶瓷形貌/微观结构演化及断裂行为的基本特征，从而进一步提高其力学性能，以满足实际应用需求。因此，文章以石墨、六方氮化硼、立方硅和硼等元素粉末为原料，提出了采用机械合金化结合高压烧结技术(1 000 ^oC/3~5 GPa/30 min)制备致密非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的方法。通过XRD、SEM、TEM、TG等表征手段，研究了烧结压力诱导该系非晶陶瓷的组织结构演化、相变及热稳定性，并对其力学性能，特别是断裂行为进行了详细讨论。结果表明，提高烧结压力促使陶瓷基体由完全非晶态向晶态转变，部分块体陶瓷由大量非晶相、少量c-Si和/或t-BN(C)纳米晶相组成，显示出依赖于硼含量的物相组成。高压烧结有效地促进了陶瓷的烧结致密化，导致材料内自由体积的湮灭和“河流状”断裂形貌的产生。随着烧结压力的提高，陶瓷材料的体积密度、纳米硬度和杨氏模量单调增加。在相同烧结条件下，硼含量的增加削弱了非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的力学性能和热稳定性。1 000 °C/5 GPa/30 min烧结制备的致密非晶Si₂B_1.5C₂N块体陶瓷的体积密度、纳米硬度和杨氏模量分别为2.69 g/cm³、33.6±2.2GPa和414.2±16.5 GPa。     

非晶硅薄膜的晶化温度

对非晶态半导体的研究,近些年来在国内外受到了相当大的重视。大量的实验事实指出,非晶薄膜结构以及它们的基本性能与生长方法和工艺条件是密切相关的。实验曾指出,不论α-Si:H合金膜还是α-Si:F:H合金膜,