非晶态合金 自然界的各种物质的微观结构可以按其组成原子的排列状态分为两大类：有序结构和无序结构。晶体是典型的有序结构，而气体、液体和非晶态固体属于无序结构。非晶态固体材料又包括非晶态无机材料(如玻璃)、非晶态聚合物和非晶态合金(又称金属玻璃)等类型。 *早的非晶态合金是Ni-P合金，由Brener和RiddleD[1]于1947年用电化学沉积法制备而得。此后几十年间非晶态合金引起了材料科学家的广泛兴趣。20世纪60年代，DuwezL2,3；等人发展了由快速冷却法从熔体制备非晶态薄带材料的方法，推动了非晶态合金的工业化生产和应用。早期发现的Fe、Co、M系非晶态合金临界冷却速度在105K／s以上，因而限制了其应用。20世纪90年代以来，Inoue等学者[4—6]相继发现了Mg、Zr、Pd、VO、Fc、T1；等多种系列的临界冷速极低的新型非晶态合金，*低的临界冷却速度已达到0．IK／s，从而使得大块非晶态合金材料的制备成为可能，近年间报道的大块非晶材料的厚度已达到80mm[7]。当前，新型低临界冷速大块非晶态合金的研究和制备以及对其结构和电学、磁学、力学和化学性能的研究仍然是材料科学研究的前沿与热点领域之——。 8．1非晶态合金的结构 8．1．1非晶态合金的结构特点及其表征 8．1．1．1短程有序 非晶态合金的结构特点是：原子在三维空间呈拓扑无序状排列，不存在长程周期性，但在几个原子间距的范围内，原子的排列仍然有着一定的规律，因此可以认为非晶态合金的原子结构为“长程无序，短程有序”。通常定义非晶态合金的短程有序区小于1．5nm，即不超过4-5个原子间距，从而与纳米晶或微晶相区别=短程有序可分为化学短程有序和拓扑短程有序两类。 (1)化学短程有序。合金中的每’一类合金元素原子周围的原子化学组成均与合金的平均心不同，称化学短程有序。实际获得的非晶态金属至少含有两个组元，除了不同类原子的尺度差别、稳定相结构和原子长程迁移率等因素以外，不同类原子之间的原子作用力在非晶态合金的形成过程中起着重要作用。化学短程有序的影响通常只局限于*近邻原子，因此一般用*近邻组分与平均值之差作为化学短程有序参数，对于二元A-B体系为[8] up=1—ZAB／(ZcB)=1—ZBA／(ZcA) 其中ZAu和ZuA分别代表A(或B)原子近邻的B(或A)原子配位数，Z是原子总配位数。cA和cu分别是A与B原子在合金中的平均浓度。当A和B两种原子直径明显不同时，A原子的总本位数ZA与B原子的总配位数Zi3不再相同，ZA≠Ze，这时短程有序另一种定义[9]：
(2)拓扑短程有序。指围绕某一原子的局域结构的短程有序。常用几种不同的结构参数描述非晶态与合金的结构特征，主要有原子分布函数、干涉函数、*近邻原子距离与配位数和质量密度。 8．1．1．2原子分布函数 设非晶态结构是各向同性的均匀结构，其平均原子密度Po为——定体积y中包含的原子数N： Po=N／V 描述某一原子附近的密度变化可用径向分布函数RDF(r)： RDF(r)=4*3.14xr2p(r) 其中r是距某中心原子的距离，p(r)是距离r处的密度，由上式可知，RDF(r)dr代表以某个原子为中心，在半径r处、厚度为dr的球壳内的原子数，从而RDF(r)=dN／dr表示原子数目(密度)随距离增加的变化。 定义约化径向分布函数G(r)为： G(r)=4x3.14*r[p(r)—po] 几种过渡金属—类金属非晶态合金的约化径向分布函数如图8-1所示，函数值随着与中心原子的距离增大而呈有规律的起伏。此外，还定义双体分布函数g(r)：
z(r)=p(r)/p。 当合金中包含几种不同类原子时，引入偏径向密度函数pii(r)、偏双体分布函数gii(r)、偏约化径向分布函数GO(r)等参数描述原子之间的结构关系。例如，pji(r)指与某个第i类踩子的距离为r处，单位体积中第j类原子的数目。上述各个原子分布函数中，原子密度p(r)和原子径向分布函数RDF(r)有明确物理意义，G(r)的物理意义虽然不明确，但它同RDF(r)一样能反映非晶态结构特征，对体系作x射线衍射测量得到结构因数S(Q)，再作傅立叶变换即可获得G(r)，因此它也常被用于表征非晶态结构。 X射线衍射技术是研究非晶态结构的基本手段。测量非晶结构的干涉散射强度I(Q)和结构因数S(Q)后，经过适当的傅立叶变换就可以得到约化径向分布函数G(r)。对于二元