CAC2025 广(guang)州先(xian)进陶瓷(ci)论坛(tan)暨展览(lan)会
2025年5月26-28日 美丽豪酒店（广州番禺店）
非晶态(tai)物(wu)质被认为是和气态(tai)、液态(tai)、固态(tai)相并立的第四种常规物(wu)质状态(tai)，而玻璃是最典型、传统的非晶固体(ti)，因此人(ren)们习惯用玻璃来代称非晶固体。
作(zuo)为兼(jian)有玻璃、金属(shu)，固体(ti)(ti)(ti)和(he)液体(ti)(ti)(ti)特性(xing)的新型金属(shu)材料，非晶合(he)金，即“金(jin)属玻璃”，具备多种优异(yi)性能及其他固体(ti)(ti)材(cai)料不具备的特殊性质，已成(cheng)为(wei)发展潜力很大的新材(cai)料。
非晶合金带材(cai)
什么(me)是非晶？
宏(hong)观的(de)固体材(cai)料是由大量的(de)微观粒(li)子组合在一起形成的(de)，于是学术界就按(an)照 固体材料中微观(guan)粒子的排列(lie)方式将(jiang)材料分成两大类：粒子排(pai)列十(shi)分规则的晶态(tai)物质（其粒子就好(hao)比士兵排成的方(fang)阵那样整齐，这个(ge)特(te)点被称(cheng)为长(zhang)程有(you)序）和粒子排列不具有长程有序性的非晶物(wu)质（其粒子(zi)排列(lie)好比大街上熙熙攘攘、无序聚集在一起的人(ren)群）。
晶态(tai)和(he)非(fei)晶态(tai)原(yuan)子结(jie)构的(de)对比图
无序非晶(jing)态结构（左(zuo)）、有序晶态结(jie)构(gou)（右）
非晶(jing)合金就是由超急冷凝固，原子来(lai)不及有序排列结晶得到的固态合金，是(shi)长程无(wu)序(xu)结构，没有晶态(tai)合金的晶粒、晶界(jie)存(cun)在。
把高温下熔化了的(de)液(ye)体(ti)金属，以极快的(de)速度冷却，使金属原子(zi)来不及(ji)按(an)它的(de)常(chang)规编排结(jie)晶，还处于不整齐、杂(za)乱无章(zhang)的(de)状态便被“冻结”了，因此，出现了类似玻璃的奇异特性。非晶(jing)合金虽然从(cong)技术特点上讲是一(yi)种“玻璃”，但它比(bi)氧化物(wu)玻璃和陶瓷更坚(jian)韧且(qie)更不易碎。
制备非(fei)晶金属的(de)方法包括：物理气相(xiang)沉积、固相(xiang)烧结法、离子辐射法、甩带(dai)法（连续铸造法其中一种）和(he)机械法。
普通金属与非晶合金的微观(guan)排(pai)列对比
在(zai)非晶(jing)合金(jin)的开发方面，目(mu)前已在(zai)包括Pd、Pt、Au、Mg、Ca、Zr、Ti、Hf、Cu、Fe、Co、Ni、和稀土（如(ru)La、Nd、Ce）基等在内的数十(shi)种合金体(ti)系，目前非晶(jing)合金一共有非晶(jing)薄带、非晶(jing)粉末、块体非晶(jing)这几种(zhong)形(xing)式。
目前(qian)应用(yong)较(jiao)广(guang)的非晶合金(jin)常见分类为：
结构材料：锆(gao)基大块非(fei)晶，用于高强结构件的替代，实现不锈钢的压(ya)铸(zhu)效果，替代铝、镁、锌合金压(ya)铸(zhu)件及不锈钢粉末冶(ye)金、铸(zhu)造+CNC产品(pin)。
磁性材(cai)料：以铁基非(fei)晶(jing)、纳米晶(jing)为代表(biao)的磁(ci)(ci)性(xing)功能材料(liao)，主要应用于替换(huan)磁(ci)(ci)性(xing)材料(liao)铁氧体(ti)和硅钢片，提(ti)高变压器或(huo)者(zhe)感应线圈转换(huan)效率，降低发热能耗。
非晶合金(jin)的性(xing)能特点
1. 软磁性能
与传统的(de)金属磁(ci)(ci)性(xing)(xing)材料相比，由于非(fei)晶合金原(yuan)子排列无序，没有晶体的(de)各向异性(xing)(xing)，而且电阻率(lv)高(gao)，因此具有高(gao)的(de)磁(ci)(ci)导率(lv)、低的(de)损耗，是优良(liang)的(de)软(ruan)磁(ci)(ci)材料，此外(wai)，还具有高饱和磁感应(ying)强(qiang)度(du)、高磁导率、低(di)矫顽(wan)力和低(di)损(sun)耗等特性。
目(mu)前比较成熟的(de)非(fei)晶软、磁合(he)金主(zhu)要有铁基、钴基和铁镍(nie)基3大类，它(ta)们都具(ju),有比(bi)较优异的软磁(ci)性能，可(ke)作为高频变压(ya)器(qi)、传感器(qi)、扼流(liu)器(qi)和互感器(qi)等广泛应用于(yu)电力电子(zi)领(ling)域；
2. 力学性能(neng)
与晶(jing)(jing)体材料(liao)相比，非晶(jing)(jing)合金的强度(du)、硬(ying)度(du)、韧性和耐磨性较好，抗拉强度(du)和硬(ying)度(du)也较高(gao)，其硬(ying)度(du)（HV）的(de)大小与所添加元素种类、数(shu)量(liang)有密切的(de)关系，可高(gao)达(da)1400，并且一些非(fei)晶(jing)(jing)合金的(de)强度(du)可达(da)到3920MPa。此外，因为(wei)非(fei)晶(jing)(jing)合金内部无(wu)序排列(lie)的(de)原子，使(shi)得它具有高(gao)强度(du)同时又具有高(gao)塑(su)性(xing)和(he)冲击韧性(xing)。
由于非晶合金具(ju)有优(you)异的力(li)学性(xing)能，因此可(ke)以(yi)用它(ta)制(zhi)造一些(xie)耐磨器件，考(kao)虑到它(ta)是条带状(zhuang)或者(zhe)薄片状(zhuang)的，可(ke)以(yi)用来制(zhi)作涡轮材料(liao)、弹簧材料(liao)和切削刀(dao)具(ju)等。
3. 化学性能
（1）耐蚀性
由于非晶(jing)合(he)金中(zhong)不存(cun)在晶(jing)界、沉(chen)淀(dian)相(xiang)相(xiang)界和(he)位错等(deng)容易引起局部腐蚀的(de)部位，也(ye)不存在晶态(tai)合金容易出(chu)现的成分(fen)偏析，所以非晶(jing)合金在结(jie)构和成(cheng)分上(shang)都比(bi)晶(jing)态合金更均匀，具有更高(gao)的(de)耐腐蚀性。非(fei)晶(jing)合(he)金不(bu)仅在(zai)一般(ban)情(qing)(qing)况下(xia)不(bu)易发(fa)生腐蚀(shi)，而且(qie)还(hai)能抑(yi)制在(zai)特殊情(qing)(qing)况下(xia)诱(you)发(fa)的缝(feng)隙腐蚀(shi)和点蚀(shi)的发(fa)展(zhan)。
由(you)于(yu)非(fei)晶合金具有耐腐蚀性(xing)(xing)这一优异特性(xing)(xing)，可以利用它来制造(zao)电池电极、海底电缆屏蔽、耐腐蚀(shi)管道及(ji)磁分离介质等。
（2）催化性能
非晶合金表面能(neng)高，可以(yi)连续(xu)改变(bian)成分(fen)，具有明显的催(cui)(cui)(cui)化性能(neng)。主要应用(yong)于催(cui)(cui)(cui)化剂加氢(qing)、催(cui)(cui)(cui)化脱氢(qing)、催(cui)(cui)(cui)化氧(yang)化及电催(cui)(cui)(cui)化反(fan)应等(deng)。
（3）储(chu)氢性能
某些(xie)非(fei)晶合金通(tong)过化学反应可以(yi)吸收和(he)释(shi)放出(chu)氢，可以(yi)用作储氢材料。储氢后非(fei)晶态(tai)的结构也相当稳(wen)定，但原子间距膨胀，非晶合金的(de)吸氢(qing)量是(shi)随氢(qing)原子能(neng)占据的(de)场所的(de)数目以及易产生(sheng)氢(qing)化物的(de)元素含量的(de)增(zeng)(zeng)加而增(zeng)(zeng)加。因(yin)此若在氢原子能占据(ju)的场所填入(ru)了类金属元素的原子，那么将(jiang)不(bu)能贮氢。如(ru)在TiNi合金中添加硼(peng)、硅时，吸(xi)氢量减少。
4. 光学性能(neng)
金(jin)属(shu)材料(liao)的光学(xue)特性受(shou)其(qi)金(jin)属(shu)原子的电子状态所支配，某些非晶(jing)合金由于其特殊的(de)电(dian)子状态(tai)(tai)而其有十分(fen)优异的(de)对太阳(yang)光能的(de)吸收(shou)能力。所以利用某些非晶态(tai)(tai)材料(liao)能够制(zhi)造出相当理起的(de)高效(xiao)率(lv)的(de)太阳(yang)能吸收(shou)器。
非晶合金(jin)具有良好的(de)抗辐射(she)（中子(zi)、y射线等）能(neng)力，使(shi)其在火(huo)箭、宇航、核反应(ying)(ying)堆、受控(kong)热(re)核反应(ying)(ying)等领域具有良好的应(ying)(ying)用前(qian)景。
非(fei)晶合金(jin)的应用
1. 磁性领域
Fe、Ni、Co基(ji)非晶合金具(ju)有高(gao)磁(ci)饱和强度，高(gao)磁(ci)导率，低矫顽力，具(ju)有低的饱和磁(ci)致(zhi)伸缩，使(shi)其能(neng)够制成各种复杂结构的微型铁芯，然后制成变(bian)压器或电感(gan)器，应用于计算机、网(wang)络(luo)、通信和工业自动化等行业。
温区更(geng)宽、温度更(geng)低(di)、使用寿命更(geng)长的(de)非晶合(he)金作(zuo)为新型蓄冷材料应用(yong)于低温(wen)(wen)制(zhi)冷(leng)机(ji)，非晶合金(jin)有(you)望(wang)在(zai)低温(wen)(wen)磁(ci)性蓄冷(leng)材(cai)料领域中得到应用(yong)。
非晶电机也可应用于(yu)无人(ren)机、机器人(ren)等(deng)产业。
非(fei)晶磁芯
2. 生物医(yi)用(yong)领域
Ca基(ji)(ji)、Mg基(ji)(ji)非(fei)晶(jing)(jing)合金具有生物兼容(rong)性(xing)、可降解性(xing)和不会引起过敏，这在医学上可用(yong)于(yu)修复移植和制(zhi)造外(wai)科手(shou)术器(qi)件(jian)，如外(wai)科手(shou)术刀，人(ren)(ren)造骨(gu)头，用(yong)于(yu)电磁刺激的体内生物传感(gan)材料，人(ren)(ren)造牙齿等。镁(mei)基(ji)(ji)非(fei)晶(jing)(jing)合金因为其(qi)可降解性(xing)、较高的强(qiang)度(du)、接(jie)近骨(gu)头的弹性(xing)模量可能成为新(xin)一代为体内支架(jia)类材料。
金属玻璃的(de)耐腐(fu)蚀性能可成(cheng)为(wei)固(gu)定骨(gu)折夹(jia)板和钉的(de)首选(xuan)材(cai)料(liao)。
非晶合金电子(zi)皮肤具有很好(hao)的导电(dian)性，良好(hao)地(di)稳(wen)定性（电(dian)阻和灵(ling)敏(min)度系数），还(hai)具有抗(kang)菌性，而(er)且弹性范围高，其(qi)在仿(fang)生领域有(you)一定的应(ying)用前景。
电子皮肤
3. 3C行业
非晶(jing)合金最显著的优势，就是高强度、高硬度、高耐(nai)磨性，而且既轻又薄，恰好(hao)满足3C产(chan)品的核心特质。
非晶合金(jin)注塑、压铸的塑形(xing)方式，可以满足时尚(shang)、美(mei)观的外形(xing)诉(su)求形(xing)状诉(su)求。液态金(jin)属(shu)在工艺上(shang)接近(jin)“净成(cheng)形”，所(suo)需(xu)要的后(hou)期加工(gong)较少(shao)，可(ke)以(yi)有效降低后(hou)加工(gong)成(cheng)本。还可(ke)通过改(gai)变表面结构来(lai)改(gai)变颜色，后(hou)期装饰(shi)工(gong)艺丰富，颜色更自然，同时耐(nai)磨损，不易刮擦掉(diao)色。
一(yi)次(ci)成型的非晶合金外框
4. 汽车行业(ye)
利用(yong)非(fei)晶(jing)(jing)合金高硬度、高耐(nai)磨的特性，可制造汽车发(fa)动机中的液压油(you)缸、活塞等耐(nai)磨零(ling)部件，并大幅提高使用(yong)寿命；对(dui)于汽车应用(yong)，一些常见的关键属(shu)性包括(kuo)精密度，耐(nai)蚀性，表(biao)面(mian)光洁度和(he)弹性。非(fei)晶(jing)(jing)合金有着接近于零的收(shou)缩，从模(mo)型中注射成型的零部件常(chang)常(chang)能够超越最(zui)精准的CNC（数控加工）技术，在无研磨(mo)和抛光的情况(kuang)下(xia)，可以实现接近光学的表面光洁度。
铁(tie)基非晶(jing)合金作(zuo)为电(dian)子变压器(qi)、电(dian)感(gan)器(qi)、电(dian)抗器(qi)的铁(tie)芯，具有(you)较高的能(neng)量转化(hua)效率(lv)，在(zai)新能(neng)源汽(qi)车充电(dian)桩(zhuang)产业具有(you)广(guang)阔的市场前景(jing)。
5. 其(qi)他(ta)技术领域
在航空(kong)航天(tian)(tian)领域，利用非晶合(he)(he)金高比(bi)强度、比(bi)刚度、高抗磨损的特性，可制(zhi)造航空(kong)航天(tian)(tian)器的主框架、轴承等结构(gou)材(cai)料，大比(bi)例地减轻重量，相当于(yu)提(ti)高了航空(kong)发动(dong)机的推力比(bi)；由于(yu)非晶合(he)(he)金中的原(yuan)子没有(you)晶体结构(gou)中存在的通(tong)道效应，因而能够有(you)效地截留住太(tai)阳风高能粒子。
在军(jun)事(shi)方面，钴基非(fei)晶目前在军(jun)事(shi)方面可(ke)以用来(lai)制作穿甲弹；Fe基非(fei)晶合(he)金(jin)（又(you)称非(fei)晶钢）的高(gao)硬度、抗(kang)磨损、无磁和腐蚀特性是(shi)高(gao)性能涂层材(cai)料(liao)，可在(zai)航母等舰艇(ting)防(fang)腐、隐身、高耐磨表(biao)面硬(ying)化(hua)和(he)轻量化(hua)部件、抗腐蚀部件和(he)电(dian)子(zi)器件保护套等方(fang)面的应(ying)用。
新型的钨(wu)纤维/锆合(he)金(jin)(jin)(jin)金(jin)(jin)(jin)属玻璃（非(fei)晶合(he)金(jin)(jin)(jin)）基复(fu)合(he)材料作(zuo)为穿甲(jia)弹(dan)的弹(dan)芯(xin)，其性能优于(yu)钨(wu)合(he)金(jin)(jin)(jin)穿甲(jia)弹(dan)
在微(wei)机电器(qi)件(jian)领(ling)域，非晶合金(jin)薄(bo)膜和微(wei)齿轮具有更(geng)独特的(de)性能(neng)，在生物医(yi)药、纳米(mi)压印、微(wei)机电系统、光电等(deng)领(ling)域有所应(ying)用。借助离子(zi)束沉积的(de)方法制备的(de)非晶合(he)金(jin)薄膜具(ju)有很(hen)好的热稳定(ding)性(xing)和(he)力学性(xing)能，具(ju)有较好的柔性(xing)有望应用于微机电器件领域。
在环(huan)境领域，Pd基非晶(jing)(jing)合金催化剂不(bu)仅具(ju)(ju)有优异的催化活性(xing)(xing)，而且(qie)具(ju)(ju)有独特(te)的自(zi)稳定性(xing)(xing)，铁基非晶(jing)(jing)粉(fen)末(mo)可(ke)在短时(shi)间内处理染料污水。
在(zai)体(ti)(ti)(ti)(ti)育用品方面，非(fei)晶(jing)(jing)合(he)金(jin)用于体(ti)(ti)(ti)(ti)育用品所能(neng)提供的高(gao)性(xing)能(neng)主要(yao)体(ti)(ti)(ti)(ti)现在(zai)高(gao)强度、高(gao)抗永久(jiu)变形(xing)能(neng)力(li)，高(gao)弹(dan)性(xing)，优异(yi)的固有(you)低(di)频振动阻尼，耐(nai)腐(fu)蚀。非(fei)晶(jing)(jing)合(he)金(jin)已经在(zai)高(gao)尔夫(fu)球(qiu)、滑雪、棒(bang)球(qiu)、滑冰、网球(qiu)拍、自行车和潜水装置等许(xu)多(duo)体(ti)(ti)(ti)(ti)育项目中(zhong)得到(dao)应(ying)用。
非晶(jing)合金(jin)球杆
在半导体应用(yong)领域，用(yong)As（砒）、Bi（铋(bi)）、Ga（镓(jia)），Ge（锗）、S（硫），Se（ 硒）、Si（硅）、Sb（锑 ）、Pb（铅）、Te（碲）可以形成二元的或多元的非晶态(tai)合金，它们一般都具有良好的半导(dao)(dao)体(ti)(ti)性质(zhi)。现在(zai)研究出来的非晶态(tai)合金半导(dao)(dao)体(ti)(ti)材(cai)料有几(ji)十种，非晶态(tai)合金半导(dao)(dao)体(ti)(ti)材(cai)料在(zai)微电(dian)子技术中的应用极其(qi)广泛(fan)。
参考来源：
1. 非晶(jing)合金的性能、形成(cheng)机理及(ji)应用，李翔(xiang)、 吕方、陈晨、赵旭、刘芳（上海理工大学，材料科学与工程学院）；
2. 非晶(jing)材料与物理(li)近(jin)期研究进展，孙(sun)奕韬、王(wang)超(chao)、吕玉苗等 (中国科学院物理(li)研究所, 极端条(tiao)件(jian)物理(li)重点实验室）；
3. 百(bai)篇科普系列—非晶(jing)态金(jin)属材料及其应用，徐长发。
粉体圈 小(xiao)吉
