Cu45Zr48Al7局域原子结构研究

1.非晶合金的发展概述

1.1非晶合金发展概述

非晶合金也称无定形合金、金属玻璃，其结构特点是短程有序而长程无序。它的主要特点为：原子在三维空间呈拓扑无序状态排列，组成元素之间以金属键相连，形成一种类似原子簇的结构，不存在晶界、位错和偏析等常规晶态合金惯有的缺陷[1,2]。伴随着近几十年里的现代快速冷凝冶金技术的发展而研制成功，是一种性能独特的新型材料。非晶合金的形成机理、形变的机制和结构的本质等是非晶合金的中心问题[3]。在晶体材料里面，非晶合金的理论体系尚不完整，仍然有较多的科学问题等待解答。诸如非晶合金的脆性问题、形变机制等。解决这些疑难问题，对凝聚态物理的发展相当重要，可以借以发展开发性能更为出色的非晶合金材料，完善凝聚态物理的理论体系。

非晶合金的物理性能和化学性能优良，应用范围广泛，可应用于航空航天、精密仪器、信息领域、生命科学等尖端领域。它在19世纪60年代由 Duwez 等人制备出来[4]，虽然其开发历史较短，但自70年代制备技术获得突破之后发展迅猛，可以进行大规模生产。随着制备方法多样化，细分品种越来越丰富，良好的性能被人们发掘出来得到利用。块体大块非基态合金可分为 Fe 基和非 Fe 基两大类别，Fe 基大块非晶的开发相对较晚，Cu 基大块非晶在近些年得到了发展[5]。Inoue 等人研制的 Mg 基、Zr 基[6]、Ln 基等一系列大块非晶合金使得这一新型材料的应用前景更加广泛[7]。90年代，科学家们在尺寸方面取得了重大进展，在较小的冷却速度下，使用如铜模铸造等常规工艺方法即可以获得毫米量级的大块非晶合金，此项进展缘于非晶形成能力很强的合金系被人们发现。近些年来，发现能够形成大块非晶的多元合金系有以下几种：Mg-Ln-TM、Ln-Al-TM、Ti-Zr-Al-TM 和 Pd-Ni-Fe-P 等，其中 TM 代表过渡族金属元素、Ln 代表镧系元素[1]。

大块非晶合金的制备必须要在一定的冷速条件下，因此较为特殊。目前人们已发展了多种制备方法，如铜铸型铸造法、水冷法等。大块非晶的磁学性能、耐蚀性能优良，还拥有比同组分的晶质合金高出许多的力学性能。大块非晶合金的性能和形成机理与其成分有一定关系。

由于非晶态合金没有晶界、相界和第二相，它的研究方法和常规晶态材料差异较大，时至今日还没有形成完善的理论体系。

1.2 Cu基非晶合金发展概述

2000年至2002年里，Inoue 研究小组、张涛教授等人和 D V Louzguine 等人分别研究了Cu-Zr-Ti 和 Cu-Hf-Ti 系的断裂强度、非晶形成能力和 Ni 对Cu-Zr-Ti 系过冷温度区间的影响。实验证明 Cu-Zr-Ti 系的部分合金拉伸断裂强度和压缩断裂强度较高，Ti 元素替代 Zr 和 Hf 元素后可以提高非晶形成能力。