用正电子湮灭技术探究Ce-基大块非晶合金的局域原子结构和晶化行为
作者单位：合肥工业大学材料科学与工程学院非晶态物质科学研究所 东京学芸大学环境科学系
会议名称：《第十一届中国钢铁年会》
会议日期：2017年
学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
摘 要：Ce-基大块非晶合金具有低玻璃化转变温度(T)、优异的玻璃形成能力、良好的塑性精密成型能力、强的过冷液体行为及高压下非晶多形态现象等特性。但目前对其原子结构几乎一无所知,严重限制了人们对于Ce-基非晶合金优异性能的进一步理解。以Ce-Al-Cu,Ce-Al-Cu-Nb,Ce-Ga-Cu及Ce-Ga-Cu-Ni系大块非晶合金为研究对象,通过正电子湮灭能谱、等温长度膨胀仪、第一性原理计算等技术手段来表征Ce-基非晶合金的原子排列结构和反常的晶化行为。并发现Ce-Ga-Cu系非晶合金中异常的局域原子排列结构有别于其它系列的非晶合金:Ce-Ga-Cu非晶合金中发现两种不同的湮灭时间,分别对应着两种非晶态局域结构:以Ce原子为中心的密排和松散结构。其中前者的排列密度甚至高于面心立方的晶体Ce单质的堆积密度。分析发现这种异常的密堆积结构是Ga元素化学势激发Ce原子4f电子发生的去局域化效应所导致的。非晶合金是通过快速冷却其熔体避免形核结晶而制备出来的,在快速冷却过程中熔体中的自由体积来不及发生湮灭而保留在非晶合金中,从而使得非晶合金密度要小于同成分的晶体材料。换句话说,非晶合金晶化时其体积通常会发生收缩。而通过等温长度膨胀仪测量Ce-Ga-Cu大块非晶合金晶化过程中长度的变化,惊奇地发现其在晶化时长度表现出反常的膨胀,这种行为明显异于一般的非晶体系。正电子湮灭能谱测量结果发现晶化后晶体的结构十分松散,且上文中所提到的Ce-Ga-Cu非晶合金中异常的密度局域结构消失。正电子湮灭技术能够有效地探究金属玻璃的局域原子结构,得到的结构信息对理解玻璃化转变过程、提高玻璃形成能力、理解非晶多形态现象具有重要意义。