一种晶化过程中反常膨胀的Ce‑基大块金属玻璃的制作方法

本发明属于非晶态合金领域，具体涉及一种晶化过程中体积反常膨胀的ce-基大块金属玻璃。

背景技术：

与晶态合金相比，大块金属玻璃具有长程无序的结构，不存在位错、晶界、空位等各种晶体缺陷，使其具有优异的物理、化学、力学、磁学性能等，因此受到了科研工作者和企业界的青睐。目前已经开发出众多金属玻璃成分如ce-基、zr-基、cu-基、pd-基、au-基、fe-基、ti-基、mg-基、稀土基等。其中ce-基金属玻璃具有一些特性，如极低的玻璃化转变温度、高压下非晶态至非晶态相变、微观加工成型与器件制作等，使得ce-基金属玻璃备受关注。

金属玻璃的制备一般是从其熔体高温快速冷却下来避免结晶而得到非晶态的样品，若降低冷却速率则会得到晶态样品。快速急冷的过程会使得原熔体中的过剩自由体积来不及湮灭而保留在非晶态样品中，如对非晶态样品加热使其发生晶化，这些过剩自由体积会发生湮灭。正是因为非晶态样品中过剩自由体积的存在，使得非晶态样品的密度要小于同组分晶态样品的密度。换句话说，非晶态发生晶化后，其体积会有一定量的收缩。目前，金属玻璃晶化时体积都是发生收缩，如zr-基、fe-基等金属玻璃。

技术实现要素：

本发明公开了一种晶化过程中反常膨胀的ce-基大块金属玻璃，其特点在于：所述的ce-基大块金属玻璃按各元素的原子百分数的结构式为：ce70ga6cu24。

本发明新开发的ce-基大块金属玻璃晶化后密度反常减小，在晶化过程中表现出体积膨胀行为，这种行为与其它金属玻璃晶化时的体积变化完全相反。

所述ce-基大块金属玻璃所用的合金原材料ce纯度为97.5-99.5wt.％、其余原材料元素纯度均不低于99.9wt.％。

所述ce-基大块金属玻璃是通过如下步骤制备的：

1、制备母合金：按照上述合金组成通式所需原子配比将合金中的各元素，在钛吸附的氩气氛保护的真空电弧炉中混合熔炼至少4次，使其成分均匀，得到母合金锭。

2、吸铸：采用真空铜模水冷吸铸法将步骤1制备得到的母合金锭吸铸成大块金属玻璃棒。

本发明有益效果体现在：

本发明发现了ce70ga6cu24大块金属玻璃晶化时表现出体积反常膨胀的现象，这与其它成分的金属玻璃晶化时体积收缩的现象是完全相反的；且ce70ga6cu24大块金属玻璃晶化温度比较低，利用其晶化时反常膨胀的特性，未来有很大潜力被用作电子工业领域中，有助于促进ce-基大块金属玻璃的更广泛应用。

附图说明

图1为实施例1所得ce70ga6cu24合金棒材在进行等温长度测量前后的xrd图，及对比例1所得la62al14cu24合金棒材的xrd图；

图2为实施例1所得ce70ga6cu24合金棒材及对比例1所得la62al14cu24合金棒材的dsc曲线；

图3为实施例1所得ce70ga6cu24合金棒材及对比例1所得la62al14cu24合金棒材的热膨胀曲线。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1：ce70ga6cu24大块金属玻璃晶化时长度的测量

步骤1：用纯度为98.5wt.％的ce和纯度为99.9wt.％以上的ga和cu，按照化学式ce70ga6cu24的原子百分比配制合金，在真空电弧熔炼吸铸炉里，在钛吸附的氩气氛中熔炼合金，熔炼次数不少于4次，使合金成分均匀。冷却后得到母合金铸锭。

步骤2：将步骤1获得的母合金铸锭放在氩气保护的水冷铜模上进行熔炼，然后利用电弧炉中的吸铸装置，利用压力差将重熔后的母合金熔体吸铸进入直径为5mm的圆柱形的铜模中，得到ce70ga6cu24合金棒材。

步骤3：用x射线衍射法(所用设备型号为：x’pertprompdx射线衍射仪，帕纳科(panalytical)，荷兰)表征步骤2所得样品的结构，结果如图1(b)所示。从图中可以看到直径为5mm的合金棒的xrd曲线上除了弥散的馒头峰之外，没有明显尖锐的衍射峰，说明该合金为完全非晶合金。

步骤4：用差示扫描量热法(所用设备型号为：dsc8000，珀金埃尔默(perkinelmer)，美国)获得样品的热力学参数，加热速率为20k/min。dsc曲线示于图2，其玻璃化转变温度tg和晶化温度tx分别为352和399k。

步骤5：用等温热膨胀仪(所用设备型号为：td5020sa，布鲁克(bruker)axs，德国。)测量样品晶化时长度的变化，样品快速升温到目标温度(416k)保温，该温度高于晶化温度。样品加热曲线示于图3(b)、长度变化曲线示于图3(a)和(c)。

步骤6：用x射线衍射法表征步骤5获得的样品的结构，结果如图1(a)所示。从图中可以看到等温热膨胀仪测量后的样品有明显尖锐的衍射峰，说明等温测量时样品已经晶化。

对比例1：la62al14cu24大块金属玻璃晶化时长度的测量

步骤1：用纯度为99.5wt.％的la和纯度为99.9wt.％以上的al和cu，按照化学式la62al14cu24的原子百分比配制合金，在真空电弧熔炼吸铸炉里，在钛吸附的氩气氛中熔炼合金，熔炼次数不少于4次，使合金成分均匀。冷却后得到母合金铸锭。

步骤2：将步骤1获得的母合金铸锭放在氩气保护的水冷铜模上进行熔炼，然后利用电弧炉中的吸铸装置，利用压力差将重熔后的母合金熔体吸铸进入直径为3mm的圆柱形的铜模中，得到la62al14cu24合金棒材。

步骤3：用x射线衍射法表征步骤2获得的样品的结构，结果如图1(c)所示。从图中可以看到该合金棒的xrd曲线上除了弥散的馒头峰之外，没有明显尖锐的衍射峰，说明该合金为完全非晶态。

步骤4：用差示扫描量热法获得样品的热力学参数，加热速率为20k/min。dsc曲线示于图2，其玻璃化转变温度tg和晶化温度tx分别为384和448k。

步骤5：用等温热膨胀仪测量样品晶化时长度的变化，样品快速升温到目标温度408k保温。样品加热曲线示于图3(b)、长度变化曲线示于图3(a)和(c)。

比较实施例1和对比例1可以发现，实施例1中ce70ga6cu24大块金属玻璃晶化时体积膨胀，而对比例la62al14cu24大块金属玻璃晶化时体积收缩然后保持不变。ce70ga6cu24大块金属玻璃晶化时体积膨胀这种特性与其它成分的金属玻璃是完全不同的。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种晶化过程中反常膨胀的Ce‑基大块金属玻璃，其结构式为Ce70Ga6Cu24。与其它成分的大块金属玻璃相反，本发明的Ce70Ga6Cu24在晶化过程中表现出体积膨胀行为，有助于促进Ce‑基大块金属玻璃的更广泛应用。

技术研发人员：张博;赵勇
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2017.09.25
技术公布日：2018.01.19