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金屬與非晶態合金

文字:[大][中][小] 2014-10-12    瀏覽次數:3074    
    原子在三維空間呈拓撲無序狀排列,不存在長程周期性,但在幾個原子間距的範圍內,原子的排列仍然有著一定的規律,因此可以認為非晶態合金的原子結構為“長程無序,短程有序”。通常定義非晶態合金的短程有序區小於1.5nm,即不超過4-5個原子間距,從而與納米晶或微晶相區別=短程有序可分為化學短程有序和拓撲短程有序兩類。晶體是典型的有序結構,而氣體、液體和非晶態固體屬於無序結構。非晶態固體材料又包括非晶態無機材料(如玻璃)、非晶態聚合物和非晶態合金(又稱金屬玻璃)等類型。  
    金屬能不能產生非晶態,這一直是近代科學家著重破譯的一道難題。科學家發現,金屬在熔化後,內部原子處於活躍狀態。一但金屬開始冷卻,原子就會隨著溫度的下降,而慢慢地按照一定的晶態規律有序地排列起來,形成晶體。如果冷卻過程很快,原子還來不及重新排列就被凝固住了,由此就產生了非晶態合金。可見,產生非晶態合金的技術關鍵之一,就是如何快速冷卻的問題。 製備非晶態合金采用的正是一種快速凝固的工藝。將處於熔融狀態的高溫鋼水噴射到高速旋轉的冷卻輥上。鋼水以每秒百萬度的速度迅速冷卻,僅用千分之一秒的時間就將1300℃的鋼水降到200℃以下,形成非晶帶材。   
     發達國家對非晶合金製造技術一直嚴格實施技術封鎖。我國科學家曆經近二十年的不懈努力,終於在“九五”期間,實現了在製備非晶態合金領域的技術跨越,掌握了具有自主知識產權的核心技術。並在非晶態合金產業化方麵取得了突破性的進展,形成了年產4000噸的產業規模。填補了我國冶金工業中的一項技術空白。 非晶態合金與晶態合金相比,在物理性能、化學性能和機械性能方麵都發生了顯著的變化。以鐵元素為主的非晶態合金為例,它具有高飽和磁感應強度和低損耗的特點。現代工業多用它製造配電變壓器鐵芯。 目前我國已能夠根據市場需要,生產不同規格的非晶帶材,亮度可達220mm。這種非晶態合金製造的變壓器與傳統的矽鋼鐵芯的變壓器相比,空載損耗要降低60%~80%,具有明顯的節能效果。如果把我國現有的配電變壓器全部換成非晶態合金變壓器,那麽每年可為國家節約電90億千瓦小時,這就意味著,每年可以少建一座100萬千瓦火力發電廠,減少燃煤364萬噸,減少二氧化碳等廢氣排放900多萬立方米。從這個意義上講,非晶態合金被人們譽為“綠色材料”。
    此外非晶態合金材料,還被廣泛地應用於電子、航空、航天、機械、微電子等眾多領域中,例如,用於航空航天領域,可以減輕電源、設備重量,增加有效載荷。用於民用電力、電子設備,可大大縮小電源體積,提高效率,增強抗幹擾能力。微型鐵芯可大量應用於綜合業務數字網ISDN中的變壓器。非晶條帶用來製造超級市場和圖書館防盜係統的傳感器標簽。非晶合金神奇的功效,具有廣闊的市場前景。在第十個五年計劃期間:我國的科技工作者必將在非晶態合金技術領域做出更加令世人矚目的貢獻。
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