金属玻璃的密度与缺陷研究

作     者：薛荣洁 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张博;汪卫华

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：金属玻璃 密度 堆积密度 流变单元 

摘      要：科研工作者对于金属玻璃的结构提出了多种模型，同时还通过实验和计算机模拟手段对金属玻璃的结构进行了研究，然而对金属玻璃结构的认识目前尚不是很清楚，它仍是凝聚态物理基础研究的重要问题之一。我们都知道材料的性能取决于其结构，我们目前无法通过实验的手段直接的清晰地认识金属玻璃的结构，反过来我们利用性能参数间接表征金属玻璃的结构。本文通过密度这一物理参量，密度也是表征结构的参数，分别通过对密度的研究推出金属玻璃的堆积密度从而推测出金属玻璃中原子间的结合键的方式和通过密度的变化来表征金属玻璃中“缺陷流变单元。 本文假设金属玻璃中原子排列是硬球密堆积的，计算了33个体系300个左右不同的成分的金属玻璃的堆积密度。我们选择了金属半径、共价半径和离子半径分别计算了金属玻璃的堆积密度，同时我们还选择了两种原子半径分别是XRD图中“馒头峰通过布拉格公式得到的平均原子半径和径向分布函数第一近邻峰值处的R的值，也分别计算了堆积密度。对这五种半径计算的堆积密度同时分别用直线拟合得到了每种半径下金属玻璃堆积密度可能的取值范围，比较这五种堆积密度值，有些取值明显不合理，根据其他科学工作者的数据结合我们的结果数据给出了金属玻璃堆积密度的取值区间，并分析推出金属玻璃中原子与原子之间的价键不仅仅存在金属键也可能存在类共价键。 本文选择三种典型的金属玻璃体系在0.88Tg进行等温退火若干时间，通过密度随时间的变化来表征金属玻璃中的缺陷流变单元的变化。我们得到了联系密度与流变单元浓度的表达式，还通过堆积密度和流变单元体积这两个参数，给出了在退火过程中密度随着时间的延长而变大，而流变单元的浓度在减小，堆积密度在变大，给出了流变单元在等温退火过程中的变化的直观图像。同时流变单元的浓度与密度的关系使得我们更加深入的理解了金属玻璃的脆性、结构不均匀性和结构弛豫，脆性系数大的金属玻璃更加的不均匀，流变单元的激活能较低容易激活，在等温退火过程中密度变化更大，流变单元的浓度减小的更多，而脆性系数小的金属玻璃体系则相反。 本文从密度出发，对金属玻璃的原子结合键和缺陷都做出了一定的研究，使得对金属玻璃结构的认识有一定的意义。