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摘要：大块非晶合金材料由于没有晶体的各向异性的特殊结构，因而具有优异的性能以及广阔的应用。本文分析了大块非晶的研究意义，列举了大块非晶研究的成果以及目前的状况，并指出了大块非晶在理论研究和实际应用中亟待解决的问题。
关键词：大块非晶合金 非晶形成机制 非晶合金性能
大块非晶合金材料是近年来采用现代冶金技术合成的一种具有特殊性能的新型先进金属材料。与传统的金属磁性材料相比，由于非晶合金原子排列无序，没有晶体的各向异性，而且电阻率高，因此具有高的导磁率、低的损耗，是优良的软磁材料。
从1988年首次用普通铸造方法成功获得大块非晶合金以来，短短的十几年对大块非晶合金的研究和开发，从完全非晶到非晶/纳米晶复合，到非晶/强化相复合，再到当今的非晶/强化相/纳米晶复合，发展极其迅速且成果累累，所以大块非晶及其晶化的研究仍然是21世纪世界各国科学家的热门课题。
一、对大块非晶的研究在理论和应用上都有重要意义
首先，大块非晶体系是一些全新的多组元体系，其合金熔体具有极大的热力学过冷度，过冷液体的动力学行为类似于氧化物玻璃，这使得人们重新思考传统的非晶形成理论。
其次，大块非晶合金大都具有明显的玻璃转变和宽的过冷液相区，这为深入研究非晶合金的玻璃转变特征和过冷液态的结构和物性提供了理想材料。在应用上，由于非晶合金具有独特的无序结构，兼有一般金属和玻璃的特性，因而具有独特的物理化学和力学性能，适合于制造电子器件、磁性器件等，在航天航空、汽车、精密制造等领域有着广泛的应用前景。
历史上首次报道的成功制备出的非晶合金是在1934年由Kmer用蒸发沉积的方法获得的。作为一个全新的事物以及当时实验条件的限制，人们对它的认识还比较模糊。1954年Buckel用真空镀膜法制出Bi-Ga超导非晶薄膜。至此对非晶的研究已激发了许多材料工作者的极大兴趣。关键性的突破是在1969年H.S.Chen等用轧辊法一次可以做出供实验研究的非晶薄带，厚约30pm，宽几个mm，长可达几十米。与此同时，Turnbull将成核理论运用于金属玻璃，提出了玻璃形成的物理机理。在此之后，人们主要致力于上述合金晶化行为的控制获得精细组织，提高硬度和高温强度，以适用于商用工具材料的开发。到20世纪80年代末期，发现某些非晶基体上形成的纳米晶具有好的软磁性或高的抗拉强度，掀起了一阵研究非晶合金纳米晶化形成的纳米材料的热潮。
二、大块非晶合金研究中存在的问题
大块非晶合金虽然经过较长时间的研究和发展，已成为材料领域的一个研究热点，但是由于其没有晶界、相界和第二相，使得非晶态合金的研究方法和常规晶态材料有很大差异，目前还没有形成完整的理论体系，仍是一个独立的、较陌生的领域，其有关研究工作还应进一步加强和深入。目前大块非晶合金的研究在理论和实际应用中还有许多问题亟待解决，主要体现在以下三个方面。
1.成分设计
目前还没有一种成熟的理论指导如何寻找具有较高玻璃形成能力的合金成分。日本东北大学的井上明久教授及其合作者在对多种大块非晶合金体系进行深入研究的基础上，提出了获得大块非晶合金体系的三条实验准则：一是由三个以上组元构成的多组元合金系统；二是主要组元间的原子尺寸差在12%以上；三是主要组元间的混合热为大的负值。但该实验准则仍需要大量实验的验证。
2.非晶形成的机制
新型大块非晶合金的形成机制与传统的二元非晶合金不尽相同，其优异非晶形成能力的机理可从合金结构、热力学、动力学三个方面来分析。在结构上，多组元之间有很大的结构尺寸差。一方面在过冷液区具有很高的粘滞性和很大的固液界面能，组元原子的长程扩散非常困难，形核受到抑制；另一方面该非晶在过冷液态的结晶需要组元原子长程移动。这些结构特点及合金中的多种组元使得这些组元要在成分及结构上同时满足晶相形成的要求非常困难，组元越多，这种难度越大。目前也没有成熟的物理模型来解释大块非晶合金的长程无序结构及各组元之间的相互作用形式。
3.制备过程
大块非晶合金的制备工艺要求苛刻，突出表现在对原材料纯度的要求及制备气氛的控制上。因此如何在普通条件下制备大块非晶合金以降低制备成本，是研究人员面临的一个重要课题。
大块非晶合金所固有的诸多优异性能使之在很多领域具有广泛的应用潜力，但是由于其制备工艺获得突破不过十余年，至今应用不多，因此对大块非晶合金应用研究的力度还需加大。
参考文献：
[1]LubhorskyFE.非晶态合金[M].北京：冶金工业出版社,1989.
[2]汪卫华.新型多组元大块非晶合金材料的发现与研究进展[J].物理学报，1998,(7).
[3]高玉来,沈军等.大块非晶合金的性能、制备及应用.[J]材料科学与工艺，2003,(02).
（作者单位：江西技师学院）
关键词：大块非晶合金 非晶形成机制 非晶合金性能
大块非晶合金材料是近年来采用现代冶金技术合成的一种具有特殊性能的新型先进金属材料。与传统的金属磁性材料相比，由于非晶合金原子排列无序，没有晶体的各向异性，而且电阻率高，因此具有高的导磁率、低的损耗，是优良的软磁材料。
从1988年首次用普通铸造方法成功获得大块非晶合金以来，短短的十几年对大块非晶合金的研究和开发，从完全非晶到非晶/纳米晶复合，到非晶/强化相复合，再到当今的非晶/强化相/纳米晶复合，发展极其迅速且成果累累，所以大块非晶及其晶化的研究仍然是21世纪世界各国科学家的热门课题。
一、对大块非晶的研究在理论和应用上都有重要意义
首先，大块非晶体系是一些全新的多组元体系，其合金熔体具有极大的热力学过冷度，过冷液体的动力学行为类似于氧化物玻璃，这使得人们重新思考传统的非晶形成理论。
其次，大块非晶合金大都具有明显的玻璃转变和宽的过冷液相区，这为深入研究非晶合金的玻璃转变特征和过冷液态的结构和物性提供了理想材料。在应用上，由于非晶合金具有独特的无序结构，兼有一般金属和玻璃的特性，因而具有独特的物理化学和力学性能，适合于制造电子器件、磁性器件等，在航天航空、汽车、精密制造等领域有着广泛的应用前景。
历史上首次报道的成功制备出的非晶合金是在1934年由Kmer用蒸发沉积的方法获得的。作为一个全新的事物以及当时实验条件的限制，人们对它的认识还比较模糊。1954年Buckel用真空镀膜法制出Bi-Ga超导非晶薄膜。至此对非晶的研究已激发了许多材料工作者的极大兴趣。关键性的突破是在1969年H.S.Chen等用轧辊法一次可以做出供实验研究的非晶薄带，厚约30pm，宽几个mm，长可达几十米。与此同时，Turnbull将成核理论运用于金属玻璃，提出了玻璃形成的物理机理。在此之后，人们主要致力于上述合金晶化行为的控制获得精细组织，提高硬度和高温强度，以适用于商用工具材料的开发。到20世纪80年代末期，发现某些非晶基体上形成的纳米晶具有好的软磁性或高的抗拉强度，掀起了一阵研究非晶合金纳米晶化形成的纳米材料的热潮。
二、大块非晶合金研究中存在的问题
大块非晶合金虽然经过较长时间的研究和发展，已成为材料领域的一个研究热点，但是由于其没有晶界、相界和第二相，使得非晶态合金的研究方法和常规晶态材料有很大差异，目前还没有形成完整的理论体系，仍是一个独立的、较陌生的领域，其有关研究工作还应进一步加强和深入。目前大块非晶合金的研究在理论和实际应用中还有许多问题亟待解决，主要体现在以下三个方面。
1.成分设计
目前还没有一种成熟的理论指导如何寻找具有较高玻璃形成能力的合金成分。日本东北大学的井上明久教授及其合作者在对多种大块非晶合金体系进行深入研究的基础上，提出了获得大块非晶合金体系的三条实验准则：一是由三个以上组元构成的多组元合金系统；二是主要组元间的原子尺寸差在12%以上；三是主要组元间的混合热为大的负值。但该实验准则仍需要大量实验的验证。
2.非晶形成的机制
新型大块非晶合金的形成机制与传统的二元非晶合金不尽相同，其优异非晶形成能力的机理可从合金结构、热力学、动力学三个方面来分析。在结构上，多组元之间有很大的结构尺寸差。一方面在过冷液区具有很高的粘滞性和很大的固液界面能，组元原子的长程扩散非常困难，形核受到抑制；另一方面该非晶在过冷液态的结晶需要组元原子长程移动。这些结构特点及合金中的多种组元使得这些组元要在成分及结构上同时满足晶相形成的要求非常困难，组元越多，这种难度越大。目前也没有成熟的物理模型来解释大块非晶合金的长程无序结构及各组元之间的相互作用形式。
3.制备过程
大块非晶合金的制备工艺要求苛刻，突出表现在对原材料纯度的要求及制备气氛的控制上。因此如何在普通条件下制备大块非晶合金以降低制备成本，是研究人员面临的一个重要课题。
大块非晶合金所固有的诸多优异性能使之在很多领域具有广泛的应用潜力，但是由于其制备工艺获得突破不过十余年，至今应用不多，因此对大块非晶合金应用研究的力度还需加大。
参考文献：
[1]LubhorskyFE.非晶态合金[M].北京：冶金工业出版社,1989.
[2]汪卫华.新型多组元大块非晶合金材料的发现与研究进展[J].物理学报，1998,(7).
[3]高玉来,沈军等.大块非晶合金的性能、制备及应用.[J]材料科学与工艺，2003,(02).
（作者单位：江西技师学院）