②优良的耐腐蚀性。由于非晶态合金在成分上和结构上都比 晶态合金更为均匀，使在腐蚀介质中不易形成微电池，因而具有更 高的抗腐蚀能力。前已述及，非晶合金的成分不受限制，因此可以 得到平衡条件下在晶态不可能存在的含有多种合金元素配比的均质 材料，在腐蚀介质中形成极为坚固的钝化膜，特别有利于发展新的 耐蚀材料。例如，在FeCl3溶液中，钢完全不耐腐蚀，而Fe-Cr非 晶态合金基本上不腐蚀，在H2SO4溶液中，Fe-Cr非晶态合金的腐 蚀率是不锈钢的千分之一左右。Fe7oCr1oP13C,非晶态合金，在HCl 溶液中基本不腐蚀，其中C的主要作用是形成富C的钝化膜，而 P能促进钝化膜的形成，像这样成分的均质合金相，仕晶体材料中 是无论如何得不到的。 ③优异的力学性能。由于非晶态合金中原子间的键合比一般 的晶态合金中强得多，而且非晶中不会由于位错的运动而产生滑 移，因此某些非晶材料具有极高的强度，甚至比超高强度钢高出 1~2倍，例如4340超高强度钢的断裂强度为1.6GPa,而Fe0B20非 晶态合金为3.63GPa,Fe6oCr6Mo6B28达到4.5GPa。对于晶态合 金来说，超高强度钢已达到相当高的水准，要想继续提高强度，困 难是很大的，而非晶态材料使金属的强度成倍的增长，这是晶态材 料中难以想像的事。 非晶态合金在具有高强度的同时，还常具有很好的韧性，这与 非晶态的玻璃完全不同，也是晶态金属所不可及的。非晶态合金还 具有较好的延性，在压缩、剪切、弯曲状态下具有延展性，非晶薄 带折叠180°也不会出现断裂。目前对非晶合金的形变机制还了解 很少。非晶合金还具有较高的硬度和耐磨性。 (4)非晶态合金的应用前景 从20世纪0年代中期以来，非晶态合金已经在许多方面得到 了应用。 非晶软磁合金，有可能作为新一代变压器铁芯材料最为引人注 目，因为它不仅极易磁化，矫顽力低，而且有很高的电阻，可以大 为降低涡流损耗，例如Feg1B13.sSi3.5C2和Fe2B1oSig等铁基软磁非
品合金的磁芯损耗只有常用硅钢片的⅓~5，因此用非品合金制 作变压器，可使能耗降低23。还可以在额定功率一定时，减轻变 乐器的重量和减小变压器的尺寸。以美国为例，据估计如果采用非 晶软磁材料代替现有的硅钢片铁芯，可减少损耗一半，山此每年可 节约20亿~30亿美元。非晶软磁合金还可用作磁记录磁头、磁屏 蔽材料，计算机中的磁盘，软盘和仪器仪表中的磁记录装置，还可 作记忆元件材料、传感器元件材料等。非晶永磁合金近几年也有了 很快的发展。 非晶合金材料具有高强度、高韧性、高硬度和高耐磨性等优良 的综合力学性能，是一种很有发展潜力的结构材料，由于尚不能够 制造出大块的非晶材料，使其应用受到限制，但可作为复合材料中 的增强体。兼有很高耐蚀性的高强度非晶合金有很好的应用前景， 例如Fe63Cr22Ni3Mo2B,C2非品合金强度高达1.72GPa,耐蚀性比 316不锈钢高10倍，并且有很高的抗应力腐蚀性能；高强度、抗 海水腐蚀的铜基非晶合金可作为制造潜水艇的材料；某些铁基非品 态合金可制作快中子反应堆的化学过滤器。 非晶钎焊合金做成薄带，延展性好，可加工成型，成分均匀不 含杂质，熔点低，流动性好，可用于高温合金和不锈钢的钎焊，代 替昂贵的金基纤焊合金用于飞机发动机部件的焊接。 除上述用途之外，非晶合金还具有许多特性，可作为多方面的 功能材料加以应用，例如高电阻材料，恒弹性、恒热膨胀材料，超 导材料，储氢材料，以及光学系统中的电子源等等。 非晶态金属及合金发展历史还很短，但毕竞是冲出了传统观念 的一个崭新的领域，随着研究的不断深入和技术的不断发展，相信 其应用前景将非常广阔
第3章古老的陶瓷，旧貌换新颜 3.1一个最古老的材料王国 无机非金属材料是与金属不同的另一大类材料，它是以无机非 金属物质为原料，经高温煅烧而成的制品或材料，再具体些说，是 由一百多种元素以适当的组合形式形成的无机化合物，包括固体状 态的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫化物及各种无机盐类组 成的有应用价值的物质。单质的碳和硅，在工业上有重要的应用价 值，也属于无机非金属材料之列。从化学的角度来说，无机材料是 兼有离子键和共价键的固体材料，由此决定了它们的一般特性是熔 点高、硬度高、强度高，耐腐蚀、电绝缘以及质地脆。 (1)世界上第一种“人造材料” 无机非金属材料对人们来说应该是最熟悉不过的了。我们都是 地球人，你知道地球或者说地壳是由什么组成的吗？地壳中到处是 泥土、沙子、岩石、矿物…它们都属于无机非金属。据分析测 算，氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化亚铁、氧化镁、氧化钙、氧化 钠、氧化钾、氧化钛这九种氧化物约占地壳总量的98%。我们住 在房子里，被砖瓦、水泥、玻璃包围着，它们也是无机非金属。原 来人类赖以生存的地球本身就是一个庞大的无机非金属王国。 在远古的石器时代，人类的祖先用天然的石头做成刀、斧、针 和武器。在人类学会用火之后，人们用粘土加上水、和成泥、捏成 各种器皿的形状，然后在火中焙烧，得到了十分坚硬的陶器，这是 一个十分了不起的成就，它是人类创造的第一种“人造材料”，它 和天然的石头相比发生了质的飞跃，因为经过了高温(800~ 1000℃)烧制，产生了物理和化学的变化，创造了和粘土不一样 的新物质。这是人类最古老、最伟大的发明创造，恩格斯把陶器
的出现称为新石器时代开始的标志。据考古学家的分析，距今大 约1万年前，就有陶器出现，可见无机非金属材料王国的历史多 么久远。 陶器是用粘土为原料的，不同地方的粘土，成分不完全相同， 总起来说，70%左右是SiO2,还有少量的CaO、Fe2O3、MnO和 A12O,等，经过高温烧制后，形成复杂的硅酸盐及其他化合物。陶 器的制造过程是以粘土粉末为原料（筛除大的颗粒），再经过成型 和烧制，这一工艺流程至今仍是大多数无机非金属材料的基本生产 过程。 在我国，陶器大约出现在8000年前，经过历代的改进，技术 水平提高很快，闻名于世的兵马俑，亦称陶俑，是典型的陶制品： 著名的唐三彩创始于唐高宗时期，用白色粘土作胎，以Cu、Fe、 Co、M如等的矿物作釉的着色剂，经两次烧制后，成为绚丽多彩的 陶器精品，令世人叹服。江苏宜兴的紫砂壶享誉中外，紫砂泥由粘 土、石英、云母、赤铁刊矿等组成，其中F2O3含量约占7%~ 10%,TO2>1%,紫砂壶自明朝流传至今，制造技术精湛，色泽 淳朴，用来泡茶，茶不失原味，耐热保温，不易变质，加上造型独 特，别具一格。 有了陶器，人类可以吃煮熟的谷物、喝煮开的水，可以长时间 地储存食物：陶器也是最初的耐火材料，为以后的铜、铁治炼提供 了物质条件，对人类的进化立下了不朽的功勋。 (2)“瓷器(china)”一中国的同义语 陶器的不足是不致密、易渗漏、强度也不高，经过了几千年的 发展，出现了瓷器。从陶到瓷，在技术上主要有三大突破：一是瓷 土的发现和利用：二是釉的发明和创新：三是烧制温度的提高。 图3-1是古陶和瓷器的化学组成的变化，由图可知，瓷土与陶 土相比，FezO,CaO、MgO等称为助熔剂的物质明显减少，SiO2 的含量也降至70%以下，而A山2O3的含量显著增加。瓷器的制造 工艺水平也比陶器有很大的改进，最重要的是烧制温度提高到 1200℃以上，温度的提高是一个复杂的技术问题，包括窑炉的出
现，烟囡的设计和鼓风的利用，温度的提高从一个侧面反映了人类 改造自然能力的增强。釉是覆盖在瓷器表面的一种玻璃态的物质， 它是用矿物（长石、方解石、石英、滑石、高岭土等）和颜料按一 定比例配制而成，用多种方法施于陶瓷胚体表面，在高温下，釉料 被熔融并均匀地覆盖在瓷器表面，冷却后质地坚硬、光滑、不玷 污、高度绝缘，并可调配成各种颜色，烧制后艳丽动人。 Al2O; 北方瓷器 F2 南方瓷器☑ 不南方陶器 印纹陶 北方陶器 SiO 原始瓷 SiOz CaO、FezO,、MgO F 图3-1古陶和瓷器化学组成的变化 瓷器是我国古代最重要的发明之一，凝聚着我国劳动人民的智 慧。最早出现于距今3000多年前的商朝，后经过近1000年的发 展，到汉代已日趋成熟，在唐、宋、元、明、清历代，造瓷技术水 平登峰造极，江西景德镇的薄胎瓷器被赞为洁如玉、明如镜、薄如 纸、声如磬。至今藏于中国故宫博物院中的大批古瓷器都是传世珍 品。多年来，瓷器作为中华文明的象征，大量流传至西方，当时中 国瓷器的精美绝伦，曾经征服了西方，以致在许多拉丁语系的国家 中“中国(china)”一词被作为瓷器的同义语。直到l7世纪，中 国的瓷器制造技术才开始流传到西方。据考证，系统向西方介绍中