CeGa基块体金属玻璃合成及动力学行为研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangShunsheng
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金属玻璃由于其无序的结构特征而具有特殊的性能,而Ce基金属玻璃是金属玻璃家族中一个特殊的体系,具有极低的玻璃化转变温度和异常的低温和高压特征而受到了许多人的关注。然而现存的Ce基金属玻璃只能形成临界直径10mm的玻璃棒材。本文利用已有的知识和经验,重新对Ce基金属玻璃的成分进行设计和优化,开发出了Ce-Ga-Cu系列和Ce-Ga-Cu-Ni系列的金属玻璃。并利用动态力学分析仪对典型的Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3金属玻璃在过冷液相区的弛豫行为进行了研究。首先利用具有大电负性的Al的同族元素Ga替代Al元素,开发出了Ce-Ga-Cu大块金属玻璃。该合金系可以在很大成分范围内形成大块金属玻璃,已发现的Ce70Ga8.5Cu21.5合金可以形成临界直径为12mm的玻璃态棒材,是为数不多的玻璃形成能力能达到厘米级的三元合金。同时我们测量了该合金系的密度,实验结果证实合金的密度和其玻璃形成能力具有良好的对应关系,第一次在实验上证实了多元金属玻璃的密度和形成能力之间的关联性。进一步对Ce-Ga-Cu合金系的玻璃形成能力进行了实验探索和研究,并发现Ni元素的添加对其玻璃形成能力有进一步的提高。开发出的Ce-Ga-Cu-Ni合金系具有良好的玻璃形成能力,能在很大的成分范围内形成直径14mm的玻璃,玻璃形成能力最佳的Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3合金临界尺寸到达了20mm。对该四元合金系的动力学参数进行测量后,发现该四元合金系的玻璃形成能力和过冷液体的脆性具有良好的对应关系。根据测量的一系列热力学数据和动力学数据,本文根据王利民等人提出的玻璃形成能力计算公式计算了六种Ce70Ga8.5Cu21.5-xNix(x=0,1.5,3,5,8.5,10.5)合金的理论临界冷却速率,计算得到的临界冷却速率严重偏离实际临界冷却速率,结果证明王的公式不适用于该玻璃体系。考虑到过冷液相区宽度对玻璃形成能力的影响,本文结合γ参数对王利民的公式进行了改进,利用数值拟合得到了新的玻璃形成能力预测公式,与以前的公式相比,该公式具有更好的普适性。另外利用动态力学分析仪(Dynamic Mechanical Analysis)对典型CeGa基金属玻璃Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3合金在过冷液相区的动态力学行为进行了探索。实验发现过冷液相区的弛豫损耗模量峰的高频端存在“过剩翅”。联系前人的实验结果,本文分析认为Ce70Ga8.5Cu18.5Ni3金属玻璃在过冷液相区也可能存在着除α弛豫以外的慢β弛豫。该结果进一步证明了在强的金属玻璃形成液体中存在慢β弛豫的可能性。
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