非晶合金作为一种原子排列为无序态结构的金属材料,因具有优异的力学、软磁性能和耐腐蚀性能而一直引人关注。这一切都和它在快速冷却过程中所“冻结”的液体原子结构密不可分。那么,非晶合金是如何遗传液体结构和继承金属特性的呢?本人在博士论文工作期间通过三项主要的热分析等工作,解析了非晶合金在结构和化学上的遗传与变异。动态弛豫是非晶合金的一种典型效应。在玻璃化转变温度以下,非晶合金具有慢β和快β’两种动态弛豫模式。传统观点认为,这两种动态弛豫模式都与非晶合金内残留的液体原子结构有关。然而,本工作发现慢β和快β’弛豫行为在加热和冷却的热动态机械分析曲线上表现截然不同。慢β弛豫在加热和冷却的曲线上都有弛豫峰,而快β’弛豫只在加热曲线上有弛豫峰,在冷却曲线上没有弛豫峰。与慢β弛豫不同,快β’弛豫在加热过程中的出现还依赖于临界过冷度。慢β弛豫在加热和冷却过程中的可逆性说明这种弛豫模式与非晶合金内残留的液体结构有关;快β’弛豫在加热和冷却过程中的不可逆性和临界过冷度的存在则说明非晶合金在低温下会发生原子结构的变异。热膨胀系数会随着非晶合金内部自由体积的减少而降低,但两者之间的定量关系还从未有人报道。本工作通过热机械分析仪,采取退火和冷热循环处理,原位表征了非晶合金的体积和和热膨胀系数的变化。结果表明,非晶合金的热膨胀系数与自由体积成幂指数关系;根据自由体积模型计算,非晶合金中自由体积的热膨胀系数与大部分气体的热膨胀系数量级相同。与其它物理性能具有“类液型”结构起源不同,非晶合金的热膨胀系数具有“类气型”特征,表现出反常于液体结构遗传的气体结构遗传。玻璃化转变是固体理论中最深刻和最有趣的未解之谜。传统理论认为非晶合金的玻璃化转变只是液体原子结构的“冻结”。本工作通过热机械分析仪和差示扫描量热仪的结合,测量了非晶合金固体和过冷液体的热膨胀系数。结果表明,固体和过冷液体的热膨胀系数成固定比例;这种常数关系只存在于非晶合金当中,它与非晶合金中的后过渡族金属组分的化学遗传性有关。本论文以温度调控为一条主线,从低温的快β’弛豫,到中温的慢β弛豫,再到高温的玻璃转变,系统地分析了非晶合金中的结构遗传、结构变异和化学遗传,为非晶合金的低温变异、结构起源和化学起源找到一条清晰的脉络。希望通过本论文的研究,能让非晶合金的动态弛豫和热膨胀行为得到有迹可循的解释。