非晶/納米晶復合材料制備方法簡介

非晶合金的形成

    晶體是通過結晶過程形成的具有規則幾何形狀的固體，它是由原子或者分子按照一定規律周期性排列形成的。與晶體相對應的，原子或分子不規則排列，沒有周期性和不具有對稱性的固體叫做非晶。它是一種長程無序、短程有序的結構。由于受到非晶形成能力的限制，非晶合金多以粉末、細絲和薄帶等低維形式存在。大塊非晶合金的出現拉開了非晶合金的序幕，制備要點是冷卻過程中抑制晶體相的形核和長大。

非晶合金的制備

    目前大塊非晶合金的制備方法主要分為兩種：直接凝固法和粉末固結法。直接凝固法主要包括水淬法、銅模鑄造法、吸鑄法、高壓鑄造法和磁懸浮熔煉法等；粉末固結法是將粉末在過冷液相區壓制成大塊非晶合金的方法。以下為常見的大塊非晶合金制備方法：

（1）水淬法是利用熔體水冷方法制備塊體非晶合金的常用方法，具有工藝簡單，易于控制等優點。

（2）銅模鑄造法是利用熔體在特定形狀銅模中冷卻得到塊體非晶合金的方法。由于銅模冷卻速度有限，非晶合金的尺寸也受到一定程度的限制。

（3）高壓鑄造法基本原理是在氬氣保護下，用高頻感應線圈將套筒中的母合金加熱熔化。在幾毫秒內，通過液壓推動活塞將熔化的液體推入到水冷銅模中。由于壓模速度極高，可以得到較高的冷卻速度，因而合金冷卻形成大塊非晶合金。同時，高壓使得液態合金與型腔更緊密接觸，疏松等鑄造缺陷進而減少，凈成形效果佳。對于通常難以制備大塊非晶合金的黏性較高的熔體，也可以由此方法制備外形復雜的鑄件。

（4）噴鑄-吸鑄法由于結合了銅模鑄造、水冷和吸鑄的優勢，適合多種塊體非晶合金的制備。此方法的優勢是采用高頻或中頻感應加熱母合金，并加入磁力攪拌，可以加速合金熔化速度，使得合金成分更加均勻。同時，合金的熔煉量可以由幾克到幾千克，適合熔煉較大尺寸非晶合金樣品。另外，噴鑄-吸鑄法沖型速度快，可以顯著提高冷卻速度。

    非晶粉末冶金法利用非晶合金粉末在過冷液相區高黏性流動、易于成型的特點，可采用多種加壓方式固結成型。常見粉末冶金方法包括：熱擠壓、熱壓和放電等離子燒結（Spark Plasma Sintering, SPS）等。由于粉末冶金方法利用了原子擴散和粘滯流動，因而更易制備大尺寸凈成形的塊體非晶合金樣品，由此成為兼具生產及應用前景的塊體非晶合金制備方法。

    非晶合金粉末固結基于非晶合金粉末的制備和過冷液相區的粘性流動進行固結成形。制備非晶合金粉末的方法早已成熟；非晶合金粉末在過冷液相區原子擴散和高壓下粉末表面氧化膜的破碎對非晶合金粉末的固結成形起到了關鍵作用。熱擠壓方法是將球形非晶合金粉末封裝在模具中，將模具加熱至過冷液相區并按設定參數進行擠壓，最終得到固結塊體的方法。熱壓燒結是另一種制備塊體非晶合金的方法。通常，將非晶合金粉末裝入模具中，在真空狀態下，加載適當的溫度、壓力和時間，最終得到燒結塊體。放電等離子燒結技術是一種新興的粉末燒結方法，與傳統的燒結方法相比，其優勢在于燒結溫度低、保溫時間短和加熱速率快等。因此對于非晶、納米晶粉末的固結成型有很強優越性。

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