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非晶态软磁合金材料.


建造非晶态固体结构模型的主要根据是: a)满足原子(分子)间相互作用的势函数的要求; b)结构中不能出现原子周期性规则排列的区域; c)相应的结构应使体系的自由能最小; d)结构模型应具有相容性。 当根据模型的结构计算出的物理量与实验测量结构 达到最好的拟合时,该结构模型就是被研究物质的一种 可能结构。 目前公认的非晶态金属和合金的结构模型中,较好 的是硬球无规密堆模型(DR—PHS)。这种模型最初把原 子视为一定直径不可压缩的钢球,无规密堆即硬球尽可 能紧密堆积,结构中不包含可以容纳一个球的间隙。同 时,球的排列是无规的,当任何两个球之间的间距大于 直径的五倍时,他们位置之间的相关性很弱,不出现规 则周期性排列的有序区。
4、非晶体软磁合金的特点
非晶态软磁合金的磁导率和电阻率高,矫顽力 小,对应力不敏感,不存在由晶体结构引起的磁晶 各向异性,具有耐蚀和高强度等特点。此外,其居 里点比晶态软磁材料低得多,电能损耗大为降低, 是一种正在开发利用的新型软磁材料。
4.1 优良的磁性
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,代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁 心、互感器、传感器等,可以大大提高变压器效率、 缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性 能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。
作为软磁材料,希望它有高的饱和磁感应强度和 磁导率,低的矫顽力。这些软磁性能又和材料的磁晶 各向异性,磁致伸缩系数有关。磁晶各向异性系数和 磁致伸缩系数越小,组织结构越均匀,材料的软磁性 能就越好。非晶态磁性合金没有长程有序,因此非晶 磁性材料的磁晶各向异性为零,而且非晶磁性材料组 织结构均匀,不存在阻碍畴壁运动的晶界或析出物, 这样,非晶结构决定了其具有良好的软磁性能。但非 晶态磁性材料的磁致伸缩一般不为零,因为磁致伸缩 起源于短程相互作用。所以,非晶磁性材料的软磁特 性主要取决于磁致伸缩系数λ s的大小。当λ s≈0时, 则可得到高磁导率,低矫顽力的非晶软磁材料。除此 之外,非晶态合金的电阻率较高,因此涡流损耗低, 频率特性好,可应用在较高的频率范围。非晶态的结 构均匀,各向同性特点也决定了非晶材料具有高强度, 一定的韧性,并具有很强的抗腐蚀性等。
非晶态软磁合金固体的最重要特征是其亚稳性。 从热力学来讲,熔点以下的晶态,总是自由能最低的 状态。因此,非晶态软磁合金总是有向自由能最低的 晶体转化的趋势。
2.2 非晶软磁合金的结构模型
非晶态结构的描述和实验测定至今还存在 很大的局限性。通常采用的径向分布函数是一 种统计平均的近似,失去了不少结构信息,因 此晶体结构研究中采用的结构模型法在非晶态 结构的研究上显得更为重要。结构模型可以给 出原子在空间分布的三维图象,但其正确性必 须根据实验测定的一些物理量进行判定,例如 密度、原子填充因数等。径向分布函数是检验 结构模型的最重要的实验判据。
2.1.2 结构长程无序
晶体结构的根本特点是它的周期性,即通过点阵 平移操柞,可以与其自身重合。在非晶态中,这种周 期性消失了,非晶态的这种结构特征,我们称为长程 无序性。在非晶态软磁合金固体中,原子的主要运动 是在其平衡位置附近的热振动。它的结构无序性是在 非晶态形成过程中保留下来的。
2.1.3 结构的亚稳性
2.1 非晶态结构的主要特征
2.1.1 结构短程有序 非晶态软磁合金固体的密度,一般与同成份的晶 体差不多,约低2—3%。这就是说,原子间的平均距 离,在液态、晶态或非晶态中都是差不多的。如果两 原子间的相互作用主要是原子间距的函数,则形成凝 聚态时的总结合能可近似地看成是原子对结合能的叠 加。这就很易觉察到,各种情况下原子的电子运动情 况一般也不至于引起太大的突变。这样,非晶态软磁 合金固体中各原子与其最近邻原子之间的关系就与晶 态的类似了,即存在一定的有序结构,这也就是上面 所提到的短程有序。 非晶态固体的短程序一般可分为两大类:化学短 程序和几何短程序。
4.2 高强韧性
非晶态 软磁合金材料
非晶态软磁合金材料
•非晶态软磁合金的概念 •非晶态软磁合金的结构
•非晶态软磁合金的基本性能及产生机 理
•非晶体软磁合金的特点 •非晶态软磁合金的种类 •非晶态软磁合金的应用
1、非晶体软磁合金的概念
非晶态软磁合 金是一种无长 程有序、无晶 粒合金,又称 金属玻璃,或 称非晶金属。
表1列出了一些DRPHS模型的模拟计算结果与实验测定的 RDF的比较结果
模型 Finney (8000个 球) Bennet (3999个 球) r2/r1 r2/r1 r3/r1 密堆比例 ‘模型与实验分布 函数的比较 第二峰分裂,峰位
1.73
1.99
2.65Βιβλιοθήκη 0.637不符,“肩峰”高
度大 第二峰分裂较不明 显,而且r小处的峰 更弱,峰位亦不符 第二峰分裂明显, 其两个峰高度之比 与实验结果相近。 只是“肩峰”的峰 位仍未得到改善
2、非晶态软磁合金的结构
非晶态合金是指原子不是长程有规则排列 的物质。一般晶态金属的原子密集规则排列切 具有周期性,这种结构特征叫作原子排列的长 程有序。和晶态金属相比,非晶态合金结构没 有长程有序、间隙较多、但是均质、各项同性。 其原子结构和各种特性表明,非晶无序并不是 “混乱”,而是破坏了长城有序系统的周期性 和平移对称性,形成一种有缺陷的,不完整的 有序即最近邻或局域短程有序。这种短程序只 是由于原子间的相互关联作用,是其在小于几 个原子间距的小区间内仍然保持着位形和组分 的某些有序特征,故具有短程序。
1.75
2.00
2.68
0.62~0.63
sadoc二 元模型
1.65
2.00
2.60
0.52
把原子作为不可压缩的钢球是 一种零级近似,与实际材料中 原子间相互作用势的差别较大。 很多研究对DRPHS模型进行了改 进,采用不同作用势,“软化” 原子间相互作用的排斥势部分, 使之更接近于实际情况。
3、非晶态软磁合金的基本性能及其产生机理
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