83.2基于液一固相转变的材料制备（二）、从熔体制备非晶材料1.材料非晶态的概述在通常冷却条件下，金属凝固后形成晶体：而另一些材料：最典型的如玻璃，急冷却后则呈非晶态。在动力学条件比较容易实现时，材料将采取热力学上最稳定的也就是自由能最低的结构，形成晶体就是这种情形。在动力学条件不容易满足时，就只能采取动力学上比较有利的结构，形成非晶态，尽管它在热力学上是亚稳态。有很多材料常常可以是晶态也可以是非晶态。材料科学与工程学院
（二）、从熔体制备非晶材料 1. 材料非晶态的概述 在通常冷却条件下，金属凝固后形成晶体；而另一些材料， 最典型的如玻璃，急冷却后则呈非晶态。 在动力学条件比较容易实现时，材料将采取热力学上最稳定 的也就是自由能最低的结构，形成晶体就是这种情形。在动力学 条件不容易满足时，就只能采取动力学上比较有利的结构，形成 非晶态，尽管它在热力学上是亚稳态。有很多材料常常可以是晶 态也可以是非晶态。 材料科学与工程学院 § 3.2 基于液-固相转变的材料制备
83.2基于液一固相转变的材料制备■例如：金属在凝固时是很难过冷的，过冷度不会超过20℃，要想阻止金属结晶是很困难的。可是如果以极快的速度（1010K/s）将液体金属冷却，则可形成非晶体金属，也叫金属玻璃。■另一方面，象Si02的熔点在1700℃左右，但即使在这样高的温度下，粘度还是相当高的，约106Pa·S，而多数金属在熔点附近的粘度却很低，只有10-4Pa·S，粘度相差1010级，可见熔融的Si0,原子的扩散十分困难，扩散所需克服的激活能很高，所以很容易形成非晶态。材料科学与工程学院
例如：金属在凝固时是很难过冷的，过冷度不会超过20℃， 要想阻止金属结晶是很困难的。可是如果以极快的速度（ 1010K/s）将液体金属冷却，则可形成非晶体金属，也叫金属 玻璃。 另一方面，象SiO2的熔点在1700℃左右，但即使在这样高的 温度下，粘度还是相当高的，约106Pa·s，而多数金属在熔 点附近的粘度却很低，只有10-4Pa·s，粘度相差1010级，可 见熔融的SiO2原子的扩散十分困难，扩散所需克服的激活能 很高，所以很容易形成非晶态。 材料科学与工程学院 § 3.2 基于液-固相转变的材料制备
83.2基于液一固相转变的材料制备（二）、从熔体制备非晶材料高温熔体处于无序状态，使熔体缓慢降温到熔点，开始成核、晶核长大，结晶为有序的晶体结构。随着温度的降低，过冷度增加，结晶的速率加快。当温度降低到一定值时，结晶速率达到极大值。进一步降低温度因为熔体中原子的热运动的减弱，成核率和生长速率都降低结晶速率也因此而下降。如果能使熔体急速降温，以至于生长甚至成核都来不及发生就降温到原子热运动足够低的温度，这样就得到结构无序的固体材料。材料科学与工程学院
高温熔体处于无序状态，使熔体缓慢降温到熔点，开始 成核、晶核长大，结晶为有序的晶体结构。 随着温度的降低，过冷度增加，结晶的速率加快。当温 度降低到一定值时，结晶速率达到极大值。进一步降低温度， 因为熔体中原子的热运动的减弱，成核率和生长速率都降低， 结晶速率也因此而下降。如果能使熔体急速降温，以至于生 长甚至成核都来不及发生就降温到原子热运动足够低的温度， 这样就得到结构无序的固体材料。 （二）、从熔体制备非晶材料 材料科学与工程学院 § 3.2 基于液-固相转变的材料制备
83.2基于液一固相转变的材料制备2、非晶态材料的制备原理（1）获得非晶态的条件最根本的条件就是要有足够快的冷却速率，并冷却到材料的再结晶温度以下。（2）非晶态固体基本特征构成非晶态固体的原子或分子在很大程度上的排列混乱体系的自由能比对应的晶态要高，因而是一种热力学意义上的亚稳态。材料科学与工程学院
2、非晶态材料的制备原理 （1）获得非晶态的条件 最根本的条件就是要有足够快的冷却速率，并冷却到材料 的再结晶温度以下。 （2）非晶态固体基本特征 构成非晶态固体的原子或分子在很大程度上的排列混乱， 体系的自由能比对应的晶态要高，因而是一种热力学意义上的 亚稳态。 材料科学与工程学院 § 3.2 基于液-固相转变的材料制备
83.2基于液一固相转变的材料制备3、制备非晶态材料的关键技术①必须形成原子或分子混乱排列的状态：②将这种热力学亚稳态在一定温度范围内保存下来，并使之不向晶态发生转变材料科学与工程学院
3、制备非晶态材料的关键技术 ①必须形成原子或分子混乱排列的状态； ②将这种热力学亚稳态在一定温度范围内保存下来，并使 之不向晶态发生转变。 材料科学与工程学院 § 3.2 基于液-固相转变的材料制备