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金属与非晶态合金

文字:[大][中][小] 2014-10-12    浏览次数:2049    
    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。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。  
    金属能不能产生非晶态,这一直是近代科学家着重破译的一道难题。科学家发现,金属在熔化后,内部原子处于活跃状态。一但金属开始冷却,原子就会随着温度的下降,而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来,形成晶体。如果冷却过程很快,原子还来不及重新排列就被凝固住了,由此就产生了非晶态合金。可见,产生非晶态合金的技术关键之一,就是如何快速冷却的问题。 制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却,仅用千分之一秒的时间就将1300℃的钢水降到200℃以下,形成非晶带材。   
     发达国家对非晶合金制造技术一直严格实施技术封锁。我国科学家历经近二十年的不懈努力,终于在“九五”期间,实现了在制备非晶态合金领域的技术跨越,掌握了具有自主知识产权的核心技术。并在非晶态合金产业化方面取得了突破性的进展,形成了年产4000吨的产业规模。填补了我国冶金工业中的一项技术空白。 非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例,它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。现代工业多用它制造配电变压器铁芯。 目前我国已能够根据市场需要,生产不同规格的非晶带材,亮度可达220mm。这种非晶态合金制造的变压器与传统的硅钢铁芯的变压器相比,空载损耗要降低60%~80%,具有明显的节能效果。如果把我国现有的配电变压器全部换成非晶态合金变压器,那么每年可为国家节约电90亿千瓦小时,这就意味着,每年可以少建一座100万千瓦火力发电厂,减少燃煤364万吨,减少二氧化碳等废气排放900多万立方米。从这个意义上讲,非晶态合金被人们誉为“绿色材料”。
    此外非晶态合金材料,还被广泛地应用于电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中,例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷。用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。在第十个五年计划期间:我国的科技工作者必将在非晶态合金技术领域做出更加令世人瞩目的贡献。
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