非晶、纳米晶软磁合金材料的昨天、今天和明天
1 概述在日常生活中人们接触的材料一般有两种：一种是晶态材料，另一种是非晶态材料。材料内部的原子排列遵循一定的规律周期性地排列，被称为晶态材料，一般的金属，其内部原子排列有序，都属于晶态材料。反之，内部原子排列处于无规则长程无序状态，则为非晶态合金。科学家发现，金属在熔化后，内部原子处于活跃状态。一旦金属开始冷却，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，（例如用每秒高达一百万度的冷却速率）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。不同的物质形成非晶态合金所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受工艺水平的限制，实际生产中难以达到如此高的冷却速度，因此，普通的单一的金属难以从生产上制成非晶态合金材料。为了获得非晶态合金材料，一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后，就形成了合金。这些合金具有两个重要性质：①合金的成分一般在冶金学上的所谓“共晶”点附近，它们的熔点远低于纯金属，例如FeSiB合金的熔点一般为1200度以下，而纯铁的熔点为1538度；②由于原子的种类多了，合金在液体时它们的原子移动困难，在冷却时更加难以整齐排列，也就是说更加容易被“冻结”成非晶态。实际上，目前所有的实用非晶态合金都是两种或更多种元素组成的合金，例如Fe-Si-B，FeNiPB，CoZr，ZrTiCuNi等。 迄今为止，国内外非晶态合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是：由两类元素组成：一类是铁磁性元素（铁、钴、镍或者他们的组合），它们用来产生磁性；另一类是硅、硼、碳等，它们称为类金属，也叫做玻璃化元素，有了它们，合金的熔点比纯金属降低了很多，才容易形成非晶。 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软磁合金为例，它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。因此，非晶态软磁合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。 总之，$非晶、纳米晶软磁合金正在成为一类十分重要的、具有市场竞争优势的基础功能材料。随着纳米科学技术和快淬技术的迅速发展，非晶、纳米晶软磁合金材料也在不断进步，不仅现已产业化的薄带产品性能和质量大大提高，而且还在研制开发非晶纳米晶合金粉末及粉末制品、薄膜材料、复合材料等，这些新型纳米材料的研制开发及产业化将对电子变压器行业产生极大的潜在影响。可以预见，非晶、纳米晶材料对我国传统产业改造和高新技术快速发展将发挥越来越重要的作用。 |
