金属玻璃亚稳态及晶化过程的电阻和粘度变化行为
发布时间：2020-09-29 22:11
金属玻璃由于其长程无序而短程有序的原子结构,表现出有别于晶体材料独特的物理化学性能,受到研究人员的广泛关注。但是目前对于金属玻璃结构及玻璃转变物理本质的认识方面没有形成统一的结论。电阻是材料电子状态最直观的反映,对于金属玻璃的结构变化极其敏感,粘度则是评价金属玻璃形成动力学的最重要参数。因此,本论文从电阻、粘度这两个宏观物理参数入手,选取 Cu-Zr、Cu-Zr-Al、Zr-Cu-Al-(Ni,Ag)-(Ti,Nb)及 Ti-Zr-Cu-Ni-Be等多个具有良好玻璃形成能力和热稳定性的金属玻璃体系,系统研究了金属玻璃亚稳态、晶化过程的电阻及粘度变化行为,探索电阻、粘度等宏观物理参数的变化行为与金属玻璃结构演变的关联性。金属玻璃晶化过程中电阻的变化行为与晶化动力学、晶化路径、晶体相演变等因素密切相关。金属玻璃晶化时由于原子排列的无序→有序转变导致合金的能带结构发生变化,电阻迅速减小,Cu46Zr46Al8金属玻璃的薄带样品呈现出类似的特征,然而直径1mm及以上的块体样品则表现为两步晶化:反常上升随后正常下降。冷却速率较小的合金中包含较多的二十面体团簇,晶化时二十面体团簇作为形核中心高密度饱和形核,但纳米晶长大过程迟缓,纳米晶界能够增强电子的散射导致晶化初期电阻出现反常增大。Ti40Zr25Cu12Ni3Be20金属玻璃发生非晶-准晶转变时,析出的细小准晶相成分接近于金属玻璃的名义成分,析出过程中不需要原子的大范围重排,更容易克服晶化阻力连续析出,且准晶具有与非晶态类似的电子输运特性,电阻连续下降至第一步晶化完成。Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5块体金属玻璃缓慢的相变过程导致晶界数量逐渐增加,增强对电子的散射,电阻在晶化末期出现反常增大。拉伸模式测量粘度时,金属玻璃在Tg以上温度的粘滞变形行为与施加的应力大小密切相关。大应力水平下,析出晶体相本身的高温变形会导致粘度在温度达到Tx时略微增大后再次迅速下降。VFT方程可以很好拟合过冷液相区粘度随温度的变化过程,但在低于Tg的温度出现明显的偏离。而发生非晶-准晶转变时,粘度变化主要受准晶相的含量及尺寸的影响。准晶相含量较少时,变形行为由非晶基体决定,粘度随温度升高逐渐减小;而当含量较大时,准晶颗粒互相接触,粘度迅速增大。准晶颗粒尺寸较小时,即使温度达到Tx粘度依然随温度升高连续下降。金属玻璃电阻的变化可以准确反映金属玻璃中自由体积含量。在低于Tg的温度退火时,自由体积消亡电阻增大;进入过冷液相区后自由体积再次生成电阻减小。根据升降温过程电阻变化,金属玻璃从室温到过冷液相区的电阻弛豫分为四个阶段。此外,匀速升温过程中电阻开始增大的温度Tr与金属玻璃的β弛豫具有关联性。利用金属玻璃电阻温度系数可正可负的独特导电特征,通过控制晶体相含量或选择性氧化的方式,能够调控金属玻璃的电阻温度系数并获得电阻几乎恒定,即电阻温度系数几乎为0的金属玻璃复合材料,这可以用于制备精密电阻器或薄膜电阻器,进一步拓宽金属玻璃的工程应用领域。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG139.8
【部分图文】：
玻璃结构的中程序包括Ｎｉ－Ｂ的短程序ＴＴＰ构型，Ｎｉ－Ｐ的短程序为带两个四逡逑面体帽的阿基米德三棱柱构型，Ｚｒ－Ｐｔ的短程序为二十面体构型，短程序则按逡逑照二十面体、ＦＣＣ或ＨＣＰ排列（图１－１邋），说明非晶倾向于形成密堆结构［２３１。逡逑＊邋０．２５逦ｂ逡逑。．２．：：逦ｓ．逡逑Ｉ：邋＿逡逑0３？＊４邋４＊？逦３１！逦？３逦＜０，３，６，０＞逡逑Ｃｌｕｓｔｅｒ邋ｎｅｌｇｆｉｂｏｕｆ邋ｐａｉｒｓ逡逑６心n牛掊危誺纾惧义希迹埃玻粒埃惧澹恚樱澹裕麇危迹埃剩叮常惧义蟂帽体义贤迹保比苤试游行牡淖嫉韧糯嘏帕械闹谐绦颍郏玻常蒎义辖鹗舨ＡУ某こ涛扌蚨坛逃行蚪峁固卣骷壕芯咳嗽逼毡榻邮埽义鲜嵌远坛绦虻木咛褰峁梗两癫⑽慈〉猛骋坏娜鲜丁Ｓ泄囟坛绦蛞约爸谐绦蝈义险庑┚钟蚪峁沟难绣呈贾帐墙鹗舨ＡЯ煊虻慕沟阄侍狻ｅ义希常义
本文编号：2830332
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG139.8
【部分图文】：
玻璃结构的中程序包括Ｎｉ－Ｂ的短程序ＴＴＰ构型，Ｎｉ－Ｐ的短程序为带两个四逡逑面体帽的阿基米德三棱柱构型，Ｚｒ－Ｐｔ的短程序为二十面体构型，短程序则按逡逑照二十面体、ＦＣＣ或ＨＣＰ排列（图１－１邋），说明非晶倾向于形成密堆结构［２３１。逡逑＊邋０．２５逦ｂ逡逑。．２．：：逦ｓ．逡逑Ｉ：邋＿逡逑0３？＊４邋４＊？逦３１！逦？３逦＜０，３，６，０＞逡逑Ｃｌｕｓｔｅｒ邋ｎｅｌｇｆｉｂｏｕｆ邋ｐａｉｒｓ逡逑６心n牛掊危誺纾惧义希迹埃玻粒埃惧澹恚樱澹裕麇危迹埃剩叮常惧义蟂帽体义贤迹保比苤试游行牡淖嫉韧糯嘏帕械闹谐绦颍郏玻常蒎义辖鹗舨ＡУ某こ涛扌蚨坛逃行蚪峁固卣骷壕芯咳嗽逼毡榻邮埽义鲜嵌远坛绦虻木咛褰峁梗两癫⑽慈〉猛骋坏娜鲜丁Ｓ泄囟坛绦蛞约爸谐绦蝈义险庑┚钟蚪峁沟难绣呈贾帐墙鹗舨ＡЯ煊虻慕沟阄侍狻ｅ义希常义
本文编号：2830332
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