Nd-Fe基合金系非晶形成能力的改善(2)
20世纪90年代，基于不同的机制，机械合金化，多层膜扩散导致非晶化，离子注入以及吸氢等固态非晶化技术被发展用来制备金属玻璃。通过这些技术，在远远低于玻璃转变温度以下，由于层间扩散和界面反应，获得了许多薄膜和粉末尺度的金属玻璃[1, 2]。
近十年来，在大块金属玻璃的制备方面取得了惊人的进展，许多实验方法相继展开，利用这些方法制备出了多种体系的毫米和厘米级的大块金属玻璃。
1.2块体金属玻璃的主要特征
材料的性能归根结底是由它的微观结构决定的，而结构又依赖于组成材料的各元素原子的电子状态和分布。晶体结构的根本特点是它的周期性，即通过点阵平移操作可以与其自身重合。在非晶态中这种周期性消失了，像格点、格常数这些概念也失去了意义。非晶态结构具有独特的结构特征：
首先，非晶具有短程有序结构，通常把长周期消失称为长程无序。在液体中，这种无序是原子可以比较自由运动的自然结果。在非晶态合金中，原子的主要运动是在平衡态位置附近的热振动，它的结构无序性是在非晶态形成过程中保留下来的。非晶态材料的密度一般与同等成分晶体差不多，即原子的平均距离相互作用也都是差不多的。若结合成凝聚态时的总结合能，可以近似认为是原子对结合能的叠加，则各原子的电子运动状态，对晶态、液态及非晶态合金一般也不会有太大的突变。
其次，非晶态合金与液态金属的结构的比较，当温度接近熔点时，液态金属也会有短程有序结构，但是二者的短程有序有明显的差异。例如，一些非晶态合金的双体相关函数曲线的第二峰明显的分裂成两个亚峰，但液态金属则不分裂。液态金属的短程有序范围为4个原子间距，而非晶态合金则为五至吹冰个原子间距。液态中原子容易做大于其原子间距的扩散迁移，而非晶态合金的原子主要做运动距离比原子间距离小的多得热运动。因此二者的结构是有质的差别的[2, 3]。
再次，非晶态合金与晶态合金的结构比较，通常，非晶态合金的四面体密堆结构有下述特征：(1)均匀、无微晶且呈无序结构。(2)与晶态结构相似，每一金属原子有12个邻近原子。(3)类金属原子M之间互不为近邻。(4)类金属原子M具有9个近邻金属原子。此外，非晶态合金的结构常被看作是均匀的、各相同性的。这与晶态合金具有显著的各项异性又是根本的差别。最后非晶态结构的另一个重要特征是亚稳性，熔点以下晶态总是自由能最低的状态，非晶态固体总有向晶态转变的趋势。
1.3块体金属玻璃的（非晶）形成能力及玻璃转变
块体金属玻璃制备方法的主要特点是通过冷却合金熔体，抑制晶体相形核与长大，从而获得玻璃态。因此，与玻璃形成能力密切相关的两个影响因素为过冷度和冷却速率[2-4]。
1.3.1过冷度对玻璃形成能力的影响
熔体淬火中晶核形成的自由能可以用一阶参数场理论的形式来评估。液体中成一个球形对称晶核的形核功可以通过Landau-Ginzberg自由能函数给出：
F=
式中，r为晶核半径，自由能密度g为结构因子φ的函数，T为温度，ε为常数。对液体来说，φ＝0，对固体φ＝1，在固液界面区域φ为 r 的平滑单调函数。在当前的分析中，假定φ 在空间的波动是已知的并且作为模型的输入参数，这种波动已经基于原子理论的模拟研究模型化，能被一个简单的函数拟合。当过冷度较小时，自由能出现一个极大值和一个极小值。极值之差就为形成晶核的能垒ΔF*，其值随着过冷度的增加而降低，在临界过冷度ΔTc，其值为零。当过冷度大于临界过冷度时，形核功随着晶核尺寸的增加而单调下降。