非晶态金属

非晶态金属是指在原子尺度上结构无序的一种金属材料。大部分金属材料具有很高的有序结构，原子呈现周期性排列（晶体），表现为平移对称性，或者是旋转对称，镜面对称，角对称（准晶体）等。

简介非晶态金属是指在原子尺度上结构无序的一种金属材料。大部分金属材料具有很高的有序结构，原子呈现周期性排列（晶体），表现为平移对称性，或者是旋转对称，镜面对称，角对称（准晶体）等。而与此相反，非晶态金属不具有任何的长程有序结构，但具有短程有序和中程有序（中程有序正在研究中）。一般地，具有这种无序结构的非晶态金属可以从其液体状态直接冷却得到，故又称为“玻璃态”。所以，非晶态金属又称为“金属玻璃”（Glassy metal、Metallic Glass）、“玻璃态金属”、“液态金属”（Liquid metal）或大块金属玻璃（Bulk Metallic Glass，BMG）是一种具有较低冷却速度极限的非晶态金属，所以该种金属合金可以制备出尺度超过1毫米的金属片或金属圆柱。制备非晶态金属的方法包括：物理气相沉积、固相烧结法、离子辐射法、甩带法（连续铸造法其中一种）和机械法。

由于铁基非晶态金属不具长程有序结构，其磁化及消磁均较一般磁性材料容易。因此，以铁基非晶合金作为磁芯的非晶合金变压器，铁损(即空载损耗)要比一般采用硅钢作为铁芯的传统变压器低70-80%，对电网节能降耗有积极作用。。1

发展历史1960年，W. Klement (Jr.), Willens 和Duwez首次制备观察到了世界上第一块金属玻璃材料—— (Au75Si25)合金。早期发现具有玻璃形成能力的合金均是在急速冷却下制备（降温速率在1百万开尔文每秒, 10K/s），阻碍结晶过程。 为了达到冷却速率阈值，这类材料的形貌在某个维度上要足够小，典型的如带状、箔状、线状等，其厚度要小于100微米。

1969年，发现合金77.5%钯、6%铜、16.5%硅的玻璃化临界降温速率仅在 100 到 1000 K/s之间。

1976年， H. Liebermann 和 C. Graham 发展一类新型非晶金属制备方法，通过单辊甩带机实现骤冷实验中采用的合金由铁、镍、磷和硼构成。在1980年代初投入商业应用，是低损耗输电变压器的核心构件（非晶合金变压器）

80年代初，通过热冷循环处理后的表面刻蚀，Pd55Pb22.5Sb22.5合金形成的玻璃态块材直径达到5毫米。

1988年，发现镧系、铝系和铜系合金有着较高的玻璃形成能力。

90年代，新型合金的玻璃态临界降温速率降至1K/s。这一降温速率在普通的模具浇铸法中即可实现。 这些块状的非晶合金铸件厚度可达数厘米（最大厚度与合金种类相关）。

玻璃形成能力最强的合金来自锆系和钯系。铁系、钛系、铜系、镁系等合金的也具备玻璃形成能力。 许多非晶合金的形成借助了一类的“混合效应”。1

应用无定形的结构使非晶态金属具有许多比普通晶态金属优异的性能。特别是近十年来，由于生产非晶态条带的各种工艺取得进展，已有不少性能可靠的产品，使其有可能在工程上实际应用。

非晶态金属的磁导率高、矫顽力低等，加上它的高硬度和强度，是很好的磁头材料，其性能和寿命均优于普通的晶态合金。非晶态金属的铁损小，仅为硅钢片的1/3～1/4，是较好的变压器铁芯材料。非晶态金属还具有零或负电阻温度系数的特点，可用来制作电阻器件。非晶态合金的发展方兴未艾。1

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学