非晶态金属

非晶态金属 图片来自ugainian

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）或块状金属玻璃（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}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。。

目录

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, 10⁶ K/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，Pd₅₅Pb_22.5Sb_22.5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”。

成分结构

大部分的金属在冷却时都会结晶，把它们的原子排列成有规则的图案，叫做晶格 。但如果结晶不出现，原子便会随机排列，成为金属玻璃 。

普通玻璃的原子也是随机排列，但它不是金属。金属玻璃并不透明，它拥有独特的机械和磁性特质，不易破碎和不易变形。它是制造变压器、高尔夫球棒和其他产品的理想物料。

目前生产的金属玻璃是较薄和较细的，因为金属冷却时很快便会结晶，所以需要非常快的冷冻。美国约翰斯鹤健士大学的研究员何纳乔，正研究如何生产有超级强力、弹力和磁力特质，但是较为大块的金属玻璃。这种新的金属会保持固体而不会在高温下结晶，这将会适于制造引擎零件及军用武器。

用铁造的金属玻璃是很好的磁性物质，而且由于加热后便变得柔软，容易铸造成不同形状的制成品。

图《金属玻璃科学家》中所见是何纳乔利用感应熔炉 ，很快的将金属混合物溶化，变为金属玻璃 。