金属玻璃的非晶化行为

23/25金属玻璃的非晶化行为第一部分金属玻璃的形成与非晶化机制 2第二部分微观结构与非晶化过程 4第三部分非晶化的热力学和动力学 7第四部分非晶化行为的实验表征 10第五部分非晶化行为对性能的影响 13第六部分非晶化的数值模拟 16第七部分非晶化过程的调控与优化 19第八部分金属玻璃非晶化行为的应用 23

第一部分金属玻璃的形成与非晶化机制关键词关键要点主题名称：金属玻璃的形成

1.金属玻璃形成于快速凝固过程（>106K/s），以避免晶体形核和生长。

2.金属玻璃的形成受到合金成分、熔体粘度和热容量的影响。

3.多元合金体系、单组分合金的纳米晶化和晶体非晶化有利于形成金属玻璃。

主题名称：金属玻璃的非晶化机制

金属玻璃的形成与非晶化机制

1.金属玻璃的形成

金属玻璃是在特定工艺条件下形成的一种非晶态金属材料。其形成机制是一个复杂的物理过程，涉及原子和分子在熔融状态下的快速冷却。一般来说，金属玻璃的形成需要满足以下两个基本条件：

*快速冷却：冷却速率必须足够快，以抑制晶体的形成。通常需要大于100K/s的冷却速率。

*低的成核能垒：成核能垒是形成晶体的能量屏障。高的成核能垒阻止晶体形成，从而促进非晶态的形成。

金属玻璃的形成过程可分为以下几个阶段：

1.熔融：金属被加热到熔点以上，形成熔融态。

2.过冷：熔融态金属被快速冷却，温度低于其熔点，但仍保持液态，形成过冷液体。

3.玻璃化转变：过冷液体的黏度急剧增加，形成非晶态固体，即金属玻璃。

2.金属玻璃的非晶化机制

金属玻璃是一种亚稳态材料，在特定条件下可以转变为晶态。这种转变称为非晶化。非晶化的机制有多种，主要的机制包括：

2.1晶体化

晶体化是最常见的非晶化机制。当金属玻璃被加热到一定温度时，其原子或分子将重新排列形成有序的晶体结构。晶体化的温度称为玻璃转变温度（Tg）。

2.2松弛

松弛是非晶态材料原子或分子不断运动和重新排列的过程。在室温下，金属玻璃的松弛非常缓慢。但当温度升高或施加外力时，松弛过程会加速。随着时间的推移，松弛会导致金属玻璃内部形成晶核，最终导致晶体化。

2.3剪切变形

剪切变形会破坏金属玻璃中的非晶态结构，促进晶体的形成。当金属玻璃受到剪切应力时，其原子或分子会沿剪切方向移动，破坏非晶态的无序结构。这会导致晶核的形成，从而导致晶体化。

2.4添加元素

某些元素的添加可以降低金属玻璃的玻璃转变温度，从而使其更容易非晶化。这些元素被称为玻璃化剂。例如，向金属玻璃中添加锆、铪或钛可以降低其Tg，提高其非晶化倾向。

2.5其他因素

除了上述主要机制外，其他因素也会影响金属玻璃的非晶化行为，包括：

*成分：金属玻璃的成分会影响其玻璃转变温度和非晶化倾向。

*热处理：热处理条件，如加热速率和保温时间，会影响金属玻璃的非晶态稳定性。

*应力：外力施加的应力会加速金属玻璃的松弛和非晶化。

*辐射：辐射会产生原子位移，破坏金属玻璃的非晶态结构，从而促进晶体化。第二部分微观结构与非晶化过程关键词关键要点非晶结构的特征

1.金属玻璃是非晶态材料，原子结构缺乏长程有序性，表现为无规则的原子排列。

2.由于原子排布无序，金属玻璃具有独特的物理性能，如高强度、高硬度、耐腐蚀和良好延展性。

3.金属玻璃的结构通常被描述为密集随机堆积（DRP）模型，其中原子占据最能降低系统能量的随机位置。

非晶化过程的动力学

1.非晶化过程是金属玻璃从过冷液态转变为晶态的过程，涉及原子重新排列形成有序结构。

2.非晶化动力学由多个因素控制，包括温度、压力、化学成分和外加刺激等。

3.常见的非晶化机理包括晶体核生成和生长机制、转变带模型和剪切带模型。

热诱导非晶化

1.热诱导非晶化是指通过升温使过冷金属玻璃转变为晶态的过程。

2.非晶化温度（Tx）是热诱导非晶化的一个关键参数，表示金属玻璃晶化的起始温度。

3.影响非晶化温度的因素包括加热速率、合金成分和样品尺寸。

应力诱导非晶化

1.应力诱导非晶化是指在机械应力的作用下使过冷金属玻璃转变为晶态的过程。

2.应力诱导非晶化的发生取决于应力大小、应力模式和金属玻璃的本征特性。

3.应力诱导非晶化可用于调节金属玻璃的显微组织和性能。

其他非晶化机制

1.电场诱导非晶化：在强电场的作用下，过冷金属玻璃可以转变为晶态。

2.磁场诱导非晶化：在强磁场的作用下，过冷磁性金属玻璃可以转变为晶态。

3.离子辐照诱导非晶化：在高能离子辐照的作用下，过冷金属玻璃可以转变为晶态。

非晶化行为的应用

1.非晶化行为在微电子、医疗、航空航天和能源存储等领域具有广泛的应用。

2.通过控制非晶化过程，可以实现特定合金的微观结构和性能的调控。

3.非晶材料展现出优异的热稳定性、力学特性和耐腐蚀性，使其成为许多高性能应用的理想选择。微观结构与非晶化过程

金属玻璃是一种具有非晶体结构的合金材料，其微观结构和非晶化过程具有独特且重要的特征。

微观结构

金属玻璃的微观结构具有以下特点：

*原子级无序性：原子在空间中呈无序排列，缺乏长程晶体结构。

*缺乏晶界：不存在晶体晶界的界限，材料呈现均质连续。

*局域原子有序性：在短程范围内存在局部原子有序性，称为“近程序”（SRO）。近程序的程度因材料而异，影响其性质和非晶化行为。

*自由体积：由于无序结构，金属玻璃中存在空隙或“自由体积”。自由体积的量和分布影响材料的稳定性和非晶化行为。

非晶化过程

非晶化过程是指金属玻璃在特定条件下转变为晶体结构的过程。该过程涉及以下步骤：

1.核化

*非晶化过程从形成晶体核开始。

*晶体核是在局部原子有序性增强的区域形成的，这些区域充当晶体生长的起点。

*晶体核的形成速率受材料的组成、温度和热处理条件的影响。

2.晶体生长

*一旦晶体核形成，原子就会开始向核中扩散并堆积，形成晶体晶格。

*晶体生长速率受材料的粘度、温度和晶体核密度的影响。

*晶体生长会导致自由体积的减少和材料刚度的增加。

3.相变

*当晶体生长达到临界点时，材料发生相变，从非晶体转变为晶体结构。

*相变通常伴有热量释放和材料性质的显着变化。

影响非晶化过程的因素

非晶化过程的动力学和机制受多种因素的影响，包括：

*材料组成：不同元素对非晶化行为具有显着影响，会影响近程序的程度、自由体积的量和粘度。

*温度：温度对非晶化过程具有关键影响，过高的温度会促使晶体生长，而过低的温度会抑制晶体核形成。

*热处理条件：非晶化过程可以受热处理条件的影响，例如升温速率和保温时间。

*尺寸效应：材料的尺寸会影响非晶化行为，较小的样品往往比较大的样品更容易非晶化。

非晶化行为的应用

对金属玻璃非晶化行为的理解对于科学研究和技术应用至关重要。非晶化过程可用于：

*制造具有特定性质的材料：例如，通过控制非晶化过程，可以优化材料的强度、韧性和磁性。

*开发新的成型技术：非晶化过程可用于制造复杂形状的部件，传统成型方法无法实现。

*研究材料科学：非晶化行为提供了研究材料相变和无序结构性质的独特窗口。第三部分非晶化的热力学和动力学关键词关键要点非晶化的热力学

1.非晶态是一类具有无序原子排列的固态材料，其形成通常需要克服自由能垒。

2.非晶化的热力学驱动因素是系统自由能的降低，该降低由无序的增加和界面能的减少所抵消。

3.自由能垒的大小取决于材料的成分、冷却速率和温度。

非晶化的动力学

1.非晶化是一个转变动力学过程，其速率由原子扩散和晶体成核竞争所决定。

2.扩散动力学影响原子重排的速率，而晶体成核动力学决定长程有序结构形成的趋势。

3.温度、压力量子和组成等因素会导致非晶化动力学的变化，从而影响非晶态结构和性能。非晶化的热力学和动力学

热力学

金属玻璃的非晶化过程是一个热力学不可逆过程。根据热力学第二定律，熵总是在非平衡系统中增加。在金属玻璃的非晶化过程中，晶体的有序结构转化为玻璃态的无序结构，这伴随着熵的增加。

非晶化的热力学驱动力是体系的吉布斯自由能降低。对于一个处于非平衡状态的系统，其吉布斯自由能可以表示为：

```

G=H-TS

```

其中：

*G：吉布斯自由能

*H：焓

*T：温度

*S：熵

非晶化的过程中，焓变通常为负值，而熵变为正值。随着非晶化的进行，吉布斯自由能逐渐降低。当吉布斯自由能降至最低值时，非晶化过程达到平衡状态。

动力学

金属玻璃的非晶化是一个动力学过程，受多种因素的影响，包括温度、加热速率、晶核形成速率和晶体生长速率。

温度依赖性

温度对非晶化过程有显著影响。一般情况下，非晶化温度越低，非晶化的可能性越大。这是因为在较低温度下，晶体核的形成和生长速率较慢，从而为非晶相的形成提供了更多时间。

加热速率依赖性

加热速率也会影响非晶化过程。较高的加热速率会抑制晶体核的形成和生长，从而促进非晶相的形成。这是因为在较高的加热速率下，体系没有足够的时间达到平衡状态，晶体来不及形成。

晶核形成速率

晶核形成速率是影响非晶化的另一个重要因素。较高的晶核形成速率会增加晶体相的比例，从而降低非晶化的可能性。

晶体生长速率

晶体生长速率也会影响非晶化过程。较高的晶体生长速率会增加晶体相的尺寸，从而降低非晶化的可能性。

非晶化的动力学模型

非晶化的动力学过程可以使用动力学模型来描述。常见的动力学模型包括：

*转变时间（t_t）模型：该模型假设非晶化过程是一个一阶过程，可以用一个转变时间（t_t）来表征。

*Avrami方程：该方程描述了晶体相的体积分数随时间的变化情况。

*柯尔莫哥洛夫-约翰逊-梅尔-阿维拉米（KJMA）模型：该模型考虑了晶核形成和晶体生长过程，可以对非晶化的动力学行为进行更准确的描述。

应用

对金属玻璃非晶化热力学和动力学的理解在以下方面具有重要应用：

*非晶态材料的制备：通过控制非晶化的热力学和动力学条件，可以制备出具有特定性能的非晶态材料。

*非晶态材料的特性预测：通过了解非晶化的热力学和动力学行为，可以预测非晶态材料的特性，如玻璃化转变温度、结晶温度和力学性能。

*非晶态材料的应用：非晶态材料因其优异的性能，在电子、磁性、催化等领域具有广泛的应用。对非晶化热力学和动力学的理解有助于开发新的非晶态材料，并扩大其应用范围。第四部分非晶化行为的实验表征关键词关键要点X射线衍射(XRD)

1.XRD主要用于确定非晶态和晶态材料的结构，以表征非晶化行为。

2.XRD衍射图中非晶相的特征宽峰和宽散射环与晶相的窄峰相区別。

3.非晶化过程中晶相的峰强度随着非晶相体积分数的增加而降低。

微分扫描量热法(DSC)

1.DSC用于测量非晶化过程中的热流变化，以确定玻璃化转变温度(Tg)和结晶温度(Tx)。

2.Tg对应于非晶相向有序晶态转变的温度，而Tx对应于晶体的熔化温度。

3.非晶化过程的激活能和动力学参数可以通过DSC曲线拟合获得。

透射电子显微镜(TEM)

1.TEM提供了非晶化行为的微观结构信息，可以观察晶粒形貌和缺陷。

2.晶粒尺寸和取向的分布可以表征非晶化过程中的晶体生长。

3.TEM与其他技术相结合，例如选择区电子衍射(SAED)，可提供非晶化过程中相变的详细信息。

声发射(AE)

1.AE用于监测非晶化过程中材料内部发生的声学事件，例如晶体的形成和裂纹扩展。

2.AE信号强度和特征频率可以表征非晶化行为的动力学和机制。

3.AE技术可以与其他监测技术相结合，以提供非晶化过程的全面表征。

纳米压痕试验

1.纳米压痕试验可以探测材料的机械性能，包括杨氏模量和硬度。

2.非晶化的发生会导致杨氏模量的降低和硬度的增加。

3.纳米压痕试验可以提供非晶化后材料力学性质的变化信息。

电阻率测量

1.电阻率测量可以表征非晶化过程中的电子结构和缺陷浓度变化。

2.非晶态材料的电阻率通常高于晶态材料。

3.电阻率测量可以提供non-crystalling非晶化行为的证据，其中材料保持非晶态而不会转变为晶态。非晶化行为的实验表征

简介

非晶化行为是指金属玻璃在特定条件下发生相变，从非晶态转化为晶态的过程。表征非晶化行为有助于了解金属玻璃的稳定性和应用潜力。

实验技术

*差示扫描量热法(DSC)：DSC可测量材料在加热或冷却过程中的热流变化。在非晶化过程中，当金属玻璃转变为晶态时，会释放热量，在DSC曲线上表现为放热峰。

*X射线衍射(XRD)：XRD用于识别材料的晶体结构。在非晶化过程中，XRD谱线会逐渐变窄并出现衍射峰，表明晶体结构的形成。

*透射电子显微镜(TEM)：TEM可提供纳米尺度上的材料结构信息。在非晶化过程中，TEM图像会显示晶体的形成和晶界的生长。

*原子力显微镜(AFM)：AFM可测量材料表面的形貌和力学性质。在非晶化过程中，AFM图像会显示晶体的生长和表面粗糙度的变化。

*电阻率测量：电阻率是材料对电流流动的阻力。在非晶化过程中，电阻率会发生变化，这与晶体的形成和晶界散射有关。

*磁通测量：磁通测量可用于表征材料的磁性。在非晶化过程中，磁性会发生变化，这与晶体结构和磁畴的形成有关。

*声发射测量：声发射测量可检测在材料中发生的弹性波。在非晶化过程中，由于晶体形成和晶界滑移，会产生声发射信号。

*应变测量：应变测量可表征材料在机械变形下的变形行为。在非晶化过程中，应力-应变曲线会发生变化，这与晶体的形成和晶界的强化有关。

数据分析

实验数据通常通过以下参数进行分析：

*非晶化温度(Tx)：非晶化开始时的温度。

*结晶峰温度(Tp)：非晶化过程中释放热量最大的温度。

*结晶焓(ΔHc)：非晶化过程中释放的热量。

*晶粒尺寸：XRD谱线和TEM图像中观察到的晶粒尺寸。

*晶界密度：TEM图像中观察到的晶界密度。

*电阻率变化：非晶态和晶态之间的电阻率差异。

*磁性变化：非晶态和晶态之间的磁性差异。

*声发射强度：非晶化过程中声发射信号的强度。

*应变硬化指数：应力-应变曲线中应变硬化的斜率。

应用

非晶化行为的表征对于了解金属玻璃的稳定性、力学性能和功能特性至关重要。通过表征非晶化过程，可以优化金属玻璃的热稳定性、强度和韧性，以满足不同的应用需求。第五部分非晶化行为对性能的影响关键词关键要点力学性能

1.非晶态金属玻璃一般具有较高的强度、硬度和弹性模量，其强度可以达到数十吉帕，硬度可达数百维氏硬度，弹性模量可达数百吉帕。

2.非晶态金属玻璃的韧性较低，断裂强度一般较低，断裂前塑性变形较小。

3.非晶态金属玻璃的力学性能与合金成分、热处理工艺和非晶化行为密切相关，通过优化这些因素可以进一步提高其力学性能。

耐腐蚀性能

1.非晶态金属玻璃通常具有优异的耐腐蚀性能，其耐酸、耐碱、耐腐蚀性优于传统结晶态金属。

2.非晶态金属玻璃的耐腐蚀性能取决于其合金成分和表面状态。某些非晶态金属玻璃在特定的腐蚀环境中可能会发生局部腐蚀或应力腐蚀开裂。

3.通过合金化和表面处理技术可以进一步提高非晶态金属玻璃的耐腐蚀性能，使其在更恶劣的环境中也能稳定使用。非晶化行为对性能的影响

金属玻璃的非晶化行为对材料的性能产生显著影响，主要表现在以下几个方面：

力学性能

*强度和硬度降低：非晶化后，材料的原子排列变得更加规则，导致位错运动受阻，从而降低强度和硬度。

*弹性模量降低：非晶态材料缺乏长程有序结构，导致其弹性模量比晶态材料低。

*韧性和塑性提高：由于非晶态材料缺乏晶界和缺陷，其韧性和塑性往往高于晶态材料，能够承受更大的变形而不断裂。

磁性能

*磁化率提高：非晶化后，材料的原子磁矩变得更加有序，导致其磁化率提高。

*居里温度降低：非晶态材料的长程有序度较低，导致其居里温度比晶态材料低。

*矫顽力降低：非晶态材料缺乏晶界和缺陷，阻碍磁畴壁移动的机制较少，因此其矫顽力比晶态材料低。

电性能

*电导率降低：非晶化后，材料的电子散射增加，导致其电导率降低。

*热电功率提高：非晶态材料的电子结构具有较大的态密度，导致其热电功率比晶态材料高。

*介电常数降低：非晶态材料缺乏长程有序结构，其介电常数比晶态材料低。

化学性质

*耐腐蚀性提高：非晶态材料缺乏晶界和缺陷，不利于腐蚀介质的渗透，因此其耐腐蚀性比晶态材料高。

*催化活性提高：非晶态材料的原子排列无序，导致其表面具有更多的活性位点，从而提高其催化活性。

其他性能

*声学特性：非晶态材料的声阻抗比晶态材料低，因此其声吸收能力更强。

*热学特性：非晶态材料的热导率比晶态材料低，因此其绝热性能更好。

*光学特性：非晶态材料的光学透射率比晶态材料高，因此其在光学器件中具有应用潜力。

具体数据

下表列出了非晶化后金属玻璃性能变化的一些典型数据：

|性能|晶态材料|非晶态材料|

||||

|强度|2GPa|1GPa|

|硬度|600HV|400HV|

|弹性模量|100GPa|60GPa|

|韧性|2%|5%|

|磁化率|0.1|0.5|

|居里温度|300K|250K|

|矫顽力|100Oe|10Oe|

|电导率|10^6S/m|10^4S/m|

|热电功率|100μV/K|200μV/K|

|介电常数|10|5|

|耐蚀性|中等|良好|

|催化活性|低|高|

值得注意的是，这些数据仅为近似值，具体性能变化取决于非晶化工艺和材料组成。第六部分非晶化的数值模拟关键词关键要点分子动力学模拟

1.采用牛顿运动方程描述原子运动，模拟非晶化过程中的原子尺度行为。

2.通过力场函数计算原子之间的相互作用，得到原子位置、速度和能量变化。

3.模拟规模受计算资源限制，通常在数百至数千个原子范围内。

第一性原理模拟

1.基于量子力学原理，从头计算原子核和电子的相互作用。

2.可以获得材料的电子结构、能量和力学性质。

3.计算成本高，模拟规模受限，通常在几十个原子以内。

相场法

1.将非晶态视为不同相的混合体，用一个相场变量描述相界位置。

2.模拟相界演化，得到非晶化过程中的组织形态。

3.可以模拟大尺度的非晶化行为，但需要简化材料的微观结构。

合金相图计算

1.基于热力学平衡原理，计算不同成分合金在不同温度和压强下的非晶化临界点。

2.可以预测合金的非晶化倾向，指导材料设计。

3.涉及复杂的热力学模型和庞大的计算量。

机器学习

1.使用机器学习算法，从实验数据或模拟结果中提取非晶化的特征和规律。

2.建立预测模型，评估材料的非晶化倾向或预测非晶化过程。

3.需要大量的训练数据，模型的准确性取决于数据的质量和算法的选择。

多尺度模拟

1.结合不同尺度的模拟方法，从原子尺度到宏观尺度全面描述非晶化行为。

2.利用原子尺度模拟获得微观结构信息，并将宏观模拟中反映出来。

3.计算成本高，需要先进的计算平台和高效的算法。非晶化的数值模拟

非晶化的数值模拟是一个复杂的科学计算问题，涉及以下关键步骤：

1.确定系统的势能模型

非晶化的动力学行为由原子相互作用决定，这些相互作用可以用势能模型来描述。常用的势能模型包括：

*连续势能模型：平均原子电荷密度、电子密度等连续场量表示势能。例如，嵌入原子模型(EAM)和改进的嵌入原子模型(MEAM)。

*离散势能模型：原子相互作用用原子对或多原子相互作用函数表示。例如，二体势能(TPE)、多体势能(MBE)和紧束缚(TB)模型。

2.构建原子模型

原子模型描述了非晶材料的原子结构。构建原子模型需要以下步骤：

*生成初始结构：使用随机算法或通过晶体结构的快速淬火生成原子初始位置。

*弛豫初始结构：通过能量最小化或分子动力学模拟来优化原子位置，消除初始结构中的应力。

3.设置模拟条件

模拟条件包括温度、压力、时间步长和积分器选择。这些条件取决于特定的非晶化研究目标。

4.执行分子动力学模拟

分子动力学(MD)模拟通过求解牛顿运动方程来描述原子运动。以下为常见的MD积分器：

*VelocityVerlet方法：一种二阶积分器，用于求解运动方程。

*Leapfrog方法：一种二阶积分器，交替计算粒子的位置和速度。

*Langevin动力学：一种一阶积分器，用于模拟具有粘滞阻尼的系统。

5.分析模拟数据

MD模拟产生的数据可以用来表征非晶化的动力学行为。常用的分析方法包括：

*径向分布函数(RDF)：测量原子之间的平均距离分布。

*平均平方位移(MSD)：测量原子在时间内移动的平均距离。

*非晶度：根据RDF或MSD计算系统中无序原子数量的量度。

数值模拟中的挑战

非晶化的数值模拟面临以下挑战：

*大系统尺寸：非晶材料具有较大的原子数量，这需要大量的计算资源。

*长时间尺度：非晶化过程通常发生在纳秒到毫秒的时间尺度，需要长时间的模拟。

*精确定量：原子相互作用势能模型对模拟结果有很大影响，选择合适的势能模型至关重要。

应用

非晶化的数值模拟广泛应用于以下领域：

*材料科学：研究非晶态金属、玻璃和聚合物等材料的非晶化行为。

*纳米技术：设计和表征纳米尺度的非晶材料。

*冶金学：优化金属合金的热处理工艺以获得特定的非晶态。

*生物物理学：探索生物分子的非晶化行为。

*药学：研究药物在非晶态下的稳定性和活性。第七部分非晶化过程的调控与优化关键词关键要点合金元素的影响

1.合金元素的加入可以显著改变金属玻璃的非晶化速率和形核倾向。

2.合金元素的浓度和种类会影响金属玻璃的脆性和韧性，以及其电磁和热性能。

3.通过精心设计合金成分，可以实现金属玻璃的定制化合成和性能优化。

热处理工艺

1.不同的热处理工艺，如淬火和退火，可以调节金属玻璃的非晶化行为。

2.热处理参数，如加热速率和保温度，会影响金属玻璃的晶体尺寸和分布。

3.优化热处理工艺可以最大化金属玻璃的非晶化程度和性能。

纳米晶体的嵌入

1.纳米晶体的嵌入可以提高金属玻璃的稳定性、强度和韧性。

2.纳米晶体的尺寸、形状和分布可以定制化，以增强特定性能。

3.通过纳米晶体嵌入，可以开发出具有优异综合性能的新型金属玻璃复合材料。

表面改性

1.表面改性可以提高金属玻璃的耐腐蚀性和生物相容性。

2.通过沉积保护层或功能性涂层，可以增强金属玻璃的特定性能。

3.表面改性技术为金属玻璃在生物医学、电子和催化领域的广泛应用提供了可能性。

增材制造

1.增材制造技术，如选择性激光熔化，可以生产具有复杂形状和分级结构的金属玻璃组件。

2.增材制造工艺允许对金属玻璃的微观结构和性能进行精确控制。

3.利用增材制造技术，可以突破传统制造方法的限制，实现金属玻璃在航空航天、医疗设备和微电子领域的创新应用。

机器学习和人工智能

1.机器学习和人工智能技术可以加速金属玻璃的非晶化行为的预测和优化。

2.这些技术可以通过分析大数据，识别影响非晶化的关键参数和预测非晶化结果。

3.机器学习和人工智能为金属玻璃材料开发和应用提供了新的工具和可能性。非晶化过程的调控与优化

非晶化动力学调控

非晶化动力学是影响金属玻璃形成的关键因素。控制非晶化动力学涉及调节原子扩散和结晶速率之间的平衡。

*调制元素：添加调制元素（如Zr、Hf）可以增加体系的原子尺寸差异，阻碍结晶，延长非晶化时间。

*合金成分：调整合金成分可以改变熔体粘度和表面张力，影响原子迁移速度。

*冷却速率：冷却速率是调控非晶化动力学最直接的手段。较快的冷却速率可以抑制结晶，从而提高非晶化几率。

热处理优化

适当的热处理可以进一步优化非晶化过程并改善玻璃态的性能。

*预退火：预退火可以消除内部应力，使合金在快速冷却过程中不易开裂。

*退火：退火可以使玻璃态结构弛豫，消除残余内应力，提高强度和韧性。

*分级退火：分级退火通过逐步改变退火温度和时间，可以控制合金的非晶化程度和结构特性。

微结构控制

微结构调控是优化非晶化行为的另一个重要方面。

*纳米晶析出：在非晶态基体中引入纳米晶体可以提高其强度和硬度。

*晶界工程：通过控制晶界的类型和分布，可以改善非晶态玻璃的力学性能。

*复合材料形成：将非晶态材料与其他材料（如陶瓷、聚合物）复合，可以获得独特的性能组合。

实验技术

监测和表征非晶化过程对于调控和优化至关重要。

*差示扫描量热法（DSC）：DSC可测量合金的热流，从而确定非晶化温度范围和热焓。

*X射线衍射（XRD）：XRD可识别晶体相，并确定非晶态区域的程度。

*透射电子显微镜（TEM）：TEM可提供合金微结构的高分辨率图像，用于分析晶体和非晶区的分布。

建模与仿真

理论和计算机建模可以提供对非晶化过程的见解，指导实验设计和优化。

*分子动力学模拟：分子动力学模拟可以模拟原子的运动和相互作用，预测非晶化动力学和微结构。

*相场法：相场法是一种连续模型，可以模拟晶体和非晶态区域的演变。

*深度学习：深度学习算法可以从实验数据中提取模式并预测非晶化行为。

当前进展与未来展望

金属玻璃的非晶化过程调控和优化领域正在快速发展。

*高熵合金：高熵合金具有非凡的非晶化能力，为探索新一代非晶态材料提供了新的机遇。

*生物医学应用：非晶态金属玻璃在生物医学领域具有广阔的应用前景，如牙科和骨科植入物。

*微制造：基于激光诱导的非晶化技术，可以实现微结构的精确控制，为微电子和微光学设备的制造开辟了新的途径