ZrAlNiCuNb合金中准晶及晶体析出相的电子显微学研究

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随着可以在极低的冷却速度下(10k/s)获得块材的非晶态合金。全世界对块体非晶合金材料的研究达到了无与伦比的热点之一。块体非晶合金材料可以按非晶形成规律进行成分上的设计,而其本身又具有很多优异的性能,在精密机械、航天航空、信息技术和兵器工业有巨大的应用前景。人们发现对非晶玻璃合金进行热处理,在非晶合金里可析出准晶相,准晶材料具有很多异于常规材料的特性,具有高强度、抗腐蚀性强、光吸收性高、特殊的电学和热传输,当大量的纳米准晶均匀的分布在非晶合金中,我们可以预料对非晶合金的性能有一些改变,因此研究大块非晶的合金的析出机理及产物,也是很有必要的。因此本论文主要研究了(Zr65Al10Ni10(Cu15)93Nb7非晶合金中析出相含有线性相位子应变的准晶相。(Zr65Al10Ni10(Cu15)93Nb7非晶合金中的绝大多数析出相为简单二十面体准晶,并具有不同的线性相位子应变。准晶相的高维空间点阵常数aq=0.764nm,准点阵常数ar=0.540nm,而且还有观察到了准晶孪晶;进一步观察,发现大多数析出的准晶相都含有线性相位子应变而且呈多样化的特点,也有少量的晶体析出。为了详细明了的研究分析析出相的线性相位子应变,我们以二元Cd-Yb简单二十面体准晶模型,建立坐标系,通过模拟计算着重分析了应变矩阵中各个矩阵元对电子衍射花样的影响,我们发现每个矩阵元对花样的影响不尽相同,这些为详细的讨论(Zr65Al10Ni10Cu15)93Nb7的析出含有线性相位子应变的准晶相提供了理论基础。从理论计算的角度详细的总结了线性相位子应变导致的准晶衍射花样的畸变。并给出了相应的实验中观察到的例子。通过精确测量衍射斑点的位移并进行数据拟合,可以得到反应应变程度的应变矩阵。利用得到的应变矩阵计算的衍射花样与实验非常吻合。我们利用选区电子衍射分析,对(Zr65Al10Ni10Cu15)93Nb7非晶合金中准晶析出相的线性相位子应变进行了系统研究,给出了计算相位子应变矩阵的方法。线性相位子应变引发的倒易阵点的位移作为一个三维空间的矢量可以分为三个分量:个沿入射电子束方向和两个垂直于入射电子束方向。前者在一定条件下,一对符号相反的倒易阵点在线性相位子应变作用下,沿入射电子束产生方向相反的位移,可能导致衍射花样180。对称性的缺失。后两者根据位移垂直或平行于系列反射,对应为横向或纵向。通过精确测量衍射斑点的位移并进行数据拟合,得到反应应变程度的应变矩阵。我们观察到的线性相位子应变量的大小均在10-2量级,意味着准晶析出相颗粒处于无序软化的阶段,样品中有预应力的存在。利用透射电子显微学表征手段研究了(Zr65Al10Ni10Cu15)93Nb7非晶合金晶体析出相。利用重构法以及EELS和能谱鉴定了一个晶体未知相,确定为金红石晶体Ti02,晶格常数为a=b=4.6A, c=3.0A的四方点阵结构,并且是孪生面为(101)的聚合孪晶。大致推断在非晶合金制备及熔炼过程中,由于原材料的含杂质或者是采用了Ti升华泵吸附氧防止合金氧化,导致有极少量Ti元素被溅射到混合物中,而形成了TiO2杂质,还有微米量级的Zr3Al2晶体析出。
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