什么是非晶合金

物質就其原子排列方式來說，可以劃分為晶體和非晶體兩類。有些物質里面的原子排列是整齊有序的，就象閱兵式上的士兵，這叫做晶體，比如食鹽、鉆石、普通的鋼鐵就是這樣。也有些物質的原子排列是混亂的，就象一堆鋼球的混亂堆積，這叫做非晶體，比如液體、氣體、玻璃、塑料等。對于金屬材料來說，通常情況下，金屬及合金在從液體凝固成固體（例如煉鋼后的鋼水凝固成鋼錠）時，原子總是從液體的混亂排列轉變成整齊的排列，即成為晶體。因為只有這樣，其結構才*穩定。但是，如果金屬或合金的凝固速度非常快（例如用每秒高達一百萬度的冷卻速率將鐵－硼合金熔體凝固），原子來不及整齊排列便被凍結住了，*終的原子排列方式類似于液體，是混亂的，這就是非晶合金。因為非晶合金原子的混亂排列情況類似于玻璃，所以又稱為金屬玻璃。

什么樣的物質能夠制造成非晶呢？從理論上說，任何物質主要它的液體冷卻足夠快，原子來不及整齊排列就凝固，那么原子在液態時的混亂排列被迅速凍結，就可以形成非晶。但是，不同的物質形成非晶所需要的冷卻速度大不相同。例如，普通的玻璃只要慢慢冷卻下來，得到的玻璃就是非晶態的。而單一的金屬則需要每秒高達一億度以上的冷卻速度才能形成非晶態。由于目前工藝水平的限制，實際生產中難以達到如此高的冷卻速度，也就是說，普通的單一的金屬難以從生產上制成非晶。
為了獲得非晶態的金屬，一般將金屬與其它物質混合。當原子尺寸和性質不同的幾種物質搭配混合后，就形成了合金。這些合金具有兩個重要性質：A、合金的成分一般在冶金學上的所謂“共晶”點附近，它們的熔點遠低于純金屬，例如FeSiB合金的熔點一般為1200度以下，而純鐵的熔點為1538度；B、由于原子的種類多了，合金在液體時它們的原子更加難以移動，在冷卻時更加難以整齊排列，也就是說更加容易被“凍結”成非晶。有了上面的兩個重要條件，合金才可能比較容易地形成非晶。例如，鐵和硼的合金只需要每秒一百萬度的冷卻速度就可以形成非晶。實際上，目前所有的實用非晶合金都是兩種或更多種元素組成的合金，例如Fe-Si-B，FeNiPB，CoZr，ZrTiCuNi等。
迄今為止，國內外非晶合金開發*多的是作為軟磁材料的一類。它們在化學成分上的一個共同點是：由兩類元素組成：一類是鐵磁性元素（鐵、鈷、鎳或者他們的組合），它們用來產生磁性；另一類是硅、硼、碳等，它們稱為類金屬，也叫做玻璃化元素，有了它們，合金的熔點比純金屬降低了很多，才容易形成非晶。

非晶材料分為四種：鐵基非晶、納米晶、鐵鎳基非晶、鈷基非晶。在400Hz～10KHz頻率范圍內的大功率中頻電源上，主要應用鐵基非晶材料。

鐵基非晶材料的主要成分是鐵、硅、硼。含硅量高達5.33%，比目前使用的硅鋼片高很多，再加上非晶態的特殊結構，其電阻率是硅鋼片的3倍。鐵基非晶材料的厚度約30微米，因而在高頻工作時的渦流損耗小，在400Hz～10kHz頻率范圍，損耗是硅鋼片的1/3～1/5。同時，鐵基非晶的導磁率比硅鋼片高很多。由于以上優點，在工頻使用時，非晶變壓器與硅鋼片變壓器（S9型）相比,空載損耗比降低70％，空載電流降低50％。在高頻使用時，由于損耗低，可以選取比硅鋼片高的磁感值，變壓器重量可降低50％以上，溫升可降低50％。鐵基非晶材料在不同頻率下的損耗曲線請瀏覽相應產品。非晶材料與硅鋼片性能對比如表1所列。表中數據是材料的典型數據，在制造成變壓器鐵芯后，可能要大于以上數值。從材料的特性上可以看出，鐵基非晶材料在400Hz～10kHz的頻率范圍內，損耗大大低于硅鋼片，盡管飽和磁感比硅鋼片低，因其在較高頻率使用時，可以選用的工作磁感比硅鋼片高，而減小體積、降低重量。因此，非晶材料是理想的中頻變壓器用材料。

原子排列在三維空間無長程有序的金屬。因其具有類似玻璃的某些結構特征，故又稱金屬玻璃。非晶金屬通常采用熔體急冷法制備。其制備過程是：向一高速運動的、導熱性好的金屬輥面上噴一薄層合金熔體，熔體因急冷而來不及成核結晶，從而形成非晶金屬帶。此外，還可采用原子蒸發、機械合金化、表面激光處理非晶化等方法制備非晶金屬。

與晶態金屬相比，非晶金屬是一種特殊的物質狀態，其微觀結構特征決定了它具有許多優異性能，如優異的軟磁性能、力學性能、耐腐蝕性能、催化性能、電學性能及對中子射線和γ射線的耐輻照性能等。研究*多、應用*廣的非晶金屬是非晶態軟磁合金，有鐵基、鈷基、鐵鎳基和鐵鈷鎳基等合金。鐵基非晶合金如鐵硅合金，具有高飽和磁通密度、低鐵損、低密度和價廉等優點，是制造航空變壓器較理想的鐵芯材料；鐵硅硼合金具有高電阻和極低鐵損，容易形成低剩磁狀態，其脈沖磁特性明顯優于晶狀硅鋼和玻莫合金，是制造脈沖變壓器的鐵芯材料。鐵基非晶合金還具有很高的磁致伸縮效應和高的電阻率，其非晶條帶有利于制成快速響應的傳感器，因此是一種新型傳感器材料。鈷基非晶合金的磁通密度和磁導率高，熱穩定性好，同時還具有較高的耐磨性和耐蝕性，是一種性能優良的磁頭材料。由于其沒有晶界，所以用其制成的磁頭可避免尖部脫落，磁頭與磁帶的摩擦噪音也比一般磁頭小，音響效果好，且使用壽命長。