无序材料结构随温度/时间滞后变化的内耗特征和电输运性质的研究

The study of disordered materials has extremely important interdisciplinary basic theoretical research value and application value. Recently, bulk amorphous materials attract a lot of concern due to its exceptional properties. As we know, the alloy melt has genetic properties, and it will affect the solid structure and properties. This project takes the melt structure as the view point, to explore hysteretic nature and its kinetic mechanism of the melt structure in the isothermal, heating or cooling process. Then based on hysteretic nature and their kinetic mechanism of melt structure, the crystallization, structural relaxation are studied to explore structural relaxation mechanism and nature. We try to deeply understand the structure of disordered materials and the law of structural changes through these researches, to provide guidance to seek the best preparation of master alloys.

无序材料的研究具有极其重要的跨学科基础理论研究价值和应用价值。近年来开发的块体非晶材料由于其特殊的性能得到多方面的关注。众所周知，合金熔体具有遗传行为，并会影响到其凝固后的组织和性能。本项目以熔体结构为切入点，拟以恒温，升降温等不同的过程方式探索熔体结构滞后性、滞后动力学影响因素及其机制。并利用熔体结构滞后性及其动力学机制深入研究对非晶形成，结构弛豫等过程的影响，探索非晶合金的弛豫机制以及弛豫本质。力图通过此类研究深入了解无序材料的结构及其变化规律，为寻求最佳的母合金制备提供理论指导。

熔体结构和非晶材料一直是凝聚态物理的研究热点。本项目以不同速率升温、多种温度保温等方法探索了Sn-Bi、In-Sn、In-Pb、Sn-Ag-Bi和Cu-Sn等多种合金体系的熔体结构滞后性及动力学规律，进而运用内耗技术、电阻率、DSC和DMA 等热分析技术，探索了熔体结构对CuZr-基和La基等多种非晶合金的GFA、热稳定性、晶化行为、微观组织、弛豫及力学性能的影响。主要成果如下：随着熔体升温速度的增大，熔体结构转变的开始温度T0和结束温度Th 都移向了更高的温度，熔体结构转变的滞后性增大，但转变时间缩短。熔体保温实验表明熔体结构转变存在明显的动力学行为，其结构转变滞后性明显。低于熔体结构转变的临界温度，保温时间再长熔体结构转变也不能发生。高于该临界温度，随着保温温度的升高，熔体结构转变的滞后性愈短，结构转变速度愈快。一般来说，随着制备非晶熔体温度的提高，非晶合金的 Tx向高温端移动，说明金属玻璃抵抗晶化的能力增强，非晶合金的热稳定性增强。同时，随着制备非晶熔体温度的上升，ΔT增大，非晶形成能力增大、微观组织更加均匀。但是对于有些非晶熔体，在高温下，熔体吸氧形成的氧化夹杂物反而促进了晶化，使得GFA下降。通过DSC、电阻率和DMA等手段研究表明，随着制备非晶熔体温度的提高，β弛豫开始温度点Tβ向低温端移动，表明β弛豫可以在更低的温度下发生。通过自由体积放热焓ΔHf和β弛豫强度的表征量Δρrel的计算可知，随着制备非晶熔体温度的提高，淬入非晶中的自由体积增多，非晶合金β弛豫的强度增强。在对非晶合金弛豫行为的内耗研究中发现，在内耗低频阶段，内耗峰表现为弛豫内耗峰特性，而在高频阶段，内耗峰表现为相变内耗峰。经历过高温熔体状态的非晶试样在相同条件下能量耗散的更快，即内部所含的淬入自由体积或者内部缺陷 (STZs)较多，这与其他研究手段的结果一致。随着制备非晶熔体温度的升高，金属玻璃的塑性和显微硬度值逐渐增大，显微硬度值分布更加均匀。