准晶材料制备技术精选课件.ppt

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1、关于准晶材料制备技术关于准晶材料制备技术第一页，本课件共有43页6.1 6.1 准晶概述准晶概述图6.1 二维图形密排晶体的旋转对称只晶体的旋转对称只能有能有1、2、3、4、6等等5种旋转铀种旋转铀第二页，本课件共有43页准晶的电子衍射图 1984年年,美美国国国国家家标标准准局局Shechtman和和我我国国科科学学家家郭郭可可信信教教授授等等相相继继在在Al-Mn和和Ti-V-Ni合合金金中中观观测测到到五五次次对对称称电电子子衍衍射射图图的的相相,它它不不具具有有传传统统晶晶体体学学的的对对称性称性.这种新的结构被称为准晶体。这种新的结构被称为准晶体。准晶体的发现准晶体的发现第三页，本课

2、件共有43页郭可信（郭可信（1923-2006）中国科学院院士）中国科学院院士1984/85年：发现五重旋转和年：发现五重旋转和Ti-V-Ni二二十面体准晶；十面体准晶；1987年国家自然科学一等奖；年国家自然科学一等奖；1987年：年：首先发现八重旋转对称准晶；首先发现八重旋转对称准晶；1988年：首先发现稳定的年：首先发现稳定的Al-Cu-Co十重十重旋转对称准晶及一维准晶；旋转对称准晶及一维准晶；1997-2000年：获得准晶覆盖理论的实验证年：获得准晶覆盖理论的实验证据。据。准晶研究电子衍射图在晶体学中的应用高分辨电子显微学第四页，本课件共有43页 晶体的结构是高度有序化的晶体的结构是

3、高度有序化的,它具有以原胞周期性排列为它具有以原胞周期性排列为特征的程平移序和满足晶体学点群为标志的最近邻价健长程特征的程平移序和满足晶体学点群为标志的最近邻价健长程指向序指向序.相反地相反地,非晶固体却不具备这种晶体长程相关性非晶固体却不具备这种晶体长程相关性.准晶体作为一种被新发现的晶体结构形态准晶体作为一种被新发现的晶体结构形态,在结构特征上是处在结构特征上是处于两者之间的于两者之间的.第五页，本课件共有43页物理学定义物理学定义：准周期晶体准周期晶体,简称称准晶体简称称准晶体,是一种同时具有长程准周期平移是一种同时具有长程准周期平移有序和非晶体学旋转对称性的固态有序相，是一种新型的有序

4、和非晶体学旋转对称性的固态有序相，是一种新型的固态结构。固态结构。准晶的结构，即不同于非晶态材料，也不同于传统的准晶的结构，即不同于非晶态材料，也不同于传统的晶态材料，它是一种不具有平移对称性，却具有旋转晶态材料，它是一种不具有平移对称性，却具有旋转对称性的新型结构材料。对称性的新型结构材料。第六页，本课件共有43页（a）两种菱形单元构成的二维penrose拼图 （b）傅里叶变换第七页，本课件共有43页正多边形在二维空间中的拼砌（正三角形、正方形、正六边形、正五边形和正七边形）第八页，本课件共有43页拼砌单元的三雄模型 准晶的结构既不同于晶体，也不同于非晶态，其原子分布不具有晶准晶的结构既不同

5、于晶体，也不同于非晶态，其原子分布不具有晶体的平移对称性，但仍具有一定的规则，且呈长程的取向性有序分布，体的平移对称性，但仍具有一定的规则，且呈长程的取向性有序分布，故可认为是一种准周期性排列。故可认为是一种准周期性排列。不能用晶胞表示，由两种三维拼砌单元，按一定的规则使之配不能用晶胞表示，由两种三维拼砌单元，按一定的规则使之配合地拼砌成具有周期性和合地拼砌成具有周期性和5次对称性。次对称性。第九页，本课件共有43页 目前，尚难以制成大块的准晶态材料，目前，尚难以制成大块的准晶态材料，最大的也只是最大的也只是几几mm直径，故对准晶的研究多集中在其结构方面。但从已直径，故对准晶的研究多集中在其结

6、构方面。但从已获得的准晶都获得的准晶都 很脆的特点，作为结构材料使用尚无前景。很脆的特点，作为结构材料使用尚无前景。准晶的特殊结构对其物理性能有明显的影响：准晶的特殊结构对其物理性能有明显的影响：高电阻、高电阻、低热导率、低磨擦系数、良好的耐磨性和抗氧化性、高低热导率、低磨擦系数、良好的耐磨性和抗氧化性、高硬度、高温塑性硬度、高温塑性等优异性能，使之适于作为表面防护涂层。等优异性能，使之适于作为表面防护涂层。准晶材料的特性准晶材料的特性第十页，本课件共有43页一、准晶是一种亚稳相，结构易发生弛豫一、准晶是一种亚稳相，结构易发生弛豫 在加热过程中原子位置会发生一定的变化，在加热过程中原子位置会发

7、生一定的变化，结构结构发生弛豫，弛豫热一般为发生弛豫，弛豫热一般为0.10.2kJ/mol。由。由较高冷却较高冷却速率得到的准晶的稳定性较高速率得到的准晶的稳定性较高，弛豫热也较高，约达弛豫热也较高，约达0.4kJ/mol。弛豫温度与准晶的成分、结构有关，一般在。弛豫温度与准晶的成分、结构有关，一般在340-640K。准晶在结构弛豫时，性能也发生相应的改。准晶在结构弛豫时，性能也发生相应的改 变，例如变，例如Al84 Mnl6 准晶在结构弛豫后准晶在结构弛豫后弹性模量约增加弹性模量约增加1。准晶材料的特性准晶材料的特性第十一页，本课件共有43页二、物理性能二、物理性能1、密度、密度低低 准晶的

8、密度低于其晶态时的密度。比经过退火后得到的相准晶的密度低于其晶态时的密度。比经过退火后得到的相同成分晶态相的同成分晶态相的 密度约低密度约低2%。由其原子排列的规则性不如晶态紧密，但由其原子排列的规则性不如晶态紧密，但密度高于非密度高于非晶态晶态。准晶材料的特性准晶材料的特性第十二页，本课件共有43页2、导电性、导电性电阻率高电阻率高晶体：电阻率最高只有数十晶体：电阻率最高只有数十cm；非晶体合金：电阻率最高也只有几百非晶体合金：电阻率最高也只有几百cm,准晶：电阻率非常高：如在液氦下准晶：电阻率非常高：如在液氦下Al2 Cu2 Li：900cm Al2 Cu2 Ru：10003000cm A

9、l2 Cu2 Fe 系：系：130011000cmAl2 Pd2 Re系：达系：达1cm 以上。以上。准晶材料的特性准晶材料的特性第十三页，本课件共有43页 准晶合金的电阻率高，电阻温度系数则甚小准晶合金的电阻率高，电阻温度系数则甚小,其电阻随温度的变化规律也各不相同。准晶的电阻率对其电阻随温度的变化规律也各不相同。准晶的电阻率对结构的完整性十分敏感，准晶结构越完整电阻结构的完整性十分敏感，准晶结构越完整电阻 率越高。率越高。此外此外,准晶的电阻率具有负的温度系数，即电阻率随准晶的电阻率具有负的温度系数，即电阻率随温度的升高而下降。温度的升高而下降。第十四页，本课件共有43页准晶材料的特性准晶

10、材料的特性3、导热性、导热性准晶材料的导热性较差准晶材料的导热性较差1）与金属材料（银）与金属材料（银429、铜、铜401、金、金317、铝、铝237、铁、铁80W/mK）相比，准晶的导热率都很低，在室温下准晶的导相比，准晶的导热率都很低，在室温下准晶的导热热 率，要比普通的铝合金低两个数量级，可以与常见的率，要比普通的铝合金低两个数量级，可以与常见的 隔热隔热材料材料ZrO2（3Wmk（20-400）相媲美。）相媲美。2）准晶材料具有负的温度系数，随着温度升高而下降。热扩散）准晶材料具有负的温度系数，随着温度升高而下降。热扩散系数和比热容均随着温度升高而增大。系数和比热容均随着温度升高而增大

11、。3）准晶样品质量越好，结构越完善，其导热性能就越差。）准晶样品质量越好，结构越完善，其导热性能就越差。4）结构复杂的准晶类似相的导热性能接近于准晶。）结构复杂的准晶类似相的导热性能接近于准晶。第十五页，本课件共有43页准晶材料的特性准晶材料的特性3、表面特性、表面特性（1）氧化行为特性）氧化行为特性：绝大多数为铝系准晶。：绝大多数为铝系准晶。Al活泼元活泼元 素极易素极易氧化。研究发现，相同条件下，准晶相表面的氧化。研究发现，相同条件下，准晶相表面的 氧化现象明显氧化现象明显低于铝合金和相近成分的晶体相。当准低于铝合金和相近成分的晶体相。当准 晶在室温下长期暴露晶在室温下长期暴露在干燥空气中

12、时，氧化层平均厚在干燥空气中时，氧化层平均厚 度为度为2030A。在潮湿空气。在潮湿空气和较高温度下氧化层会进和较高温度下氧化层会进 一步加深（厚度约为一步加深（厚度约为6070A），并），并且化学成分也因且化学成分也因 此而变化，表层铝的原子百分比随之增大了（此而变化，表层铝的原子百分比随之增大了（Al可可达达 90wt%）。）。第十六页，本课件共有43页（2）不粘特性）不粘特性：准晶材料的不粘性，实质上是热力学：准晶材料的不粘性，实质上是热力学 中润湿性的问题，与准晶的表面能有关。研究发现，中润湿性的问题，与准晶的表面能有关。研究发现，准晶的最外层原子没有重构现象和准晶在费米能级处准晶的最

13、外层原子没有重构现象和准晶在费米能级处 的电子态密度很低造成其表面能很低。的电子态密度很低造成其表面能很低。（3）摩擦特性）摩擦特性：准晶的显微硬度比合金高，摩擦系：准晶的显微硬度比合金高，摩擦系数为合金的数为合金的1/3，具有一定的应力塑性。，具有一定的应力塑性。准晶材料的特性准晶材料的特性第十七页，本课件共有43页准晶材料的特性准晶材料的特性4、弥散强化特性、弥散强化特性准晶除了有高的硬度和弹性模量外，室温下其塑性都很小（变形量小于准晶除了有高的硬度和弹性模量外，室温下其塑性都很小（变形量小于100），这种室温脆性，严重限制了准晶的实际应用。迄今为止，有关准晶强化），这种室温脆性，严重限制

14、了准晶的实际应用。迄今为止，有关准晶强化 的应用研究都是利用准晶优良的力学性能，将其作的应用研究都是利用准晶优良的力学性能，将其作 为一种强化组元去增强基体合为一种强化组元去增强基体合金。准晶强化基体材金。准晶强化基体材 料的方式主要有以下两种：料的方式主要有以下两种：（1）利用固态反应使准晶相以高温强化相析出并弥散分布于基体中，从）利用固态反应使准晶相以高温强化相析出并弥散分布于基体中，从而达到强化效果。而达到强化效果。（2）利用粉末冶金技术将准晶颗粒（）利用粉末冶金技术将准晶颗粒（m级）与金属粉混合后，在高温下挤压成由级）与金属粉混合后，在高温下挤压成由准晶颗粒复合强准晶颗粒复合强 化的金

15、属基复合材料。化的金属基复合材料。第十八页，本课件共有43页5、储氢特性、储氢特性具有四面体结构的具有四面体结构的Laves 相，是很好的储氢材料。而二十相，是很好的储氢材料。而二十面体准晶恰好拥有大量的四面体配面体准晶恰好拥有大量的四面体配 位结构，从理论上讲，这位结构，从理论上讲，这类准晶具备了储氢能类准晶具备了储氢能 力。力。Krlton 等通过实验，证实了等通过实验，证实了Ti 系的二十面体准晶相（系的二十面体准晶相（I-Ti45Nt17Zr38）确实具有很强）确实具有很强的储氢能力，每个金属原子可达到吸收两个氢的储氢能力，每个金属原子可达到吸收两个氢 原子的水原子的水平。平。准晶材料

16、的特性准晶材料的特性第十九页，本课件共有43页6、磁性能、磁性能较为关注但知之甚少较为关注但知之甚少研究研究Al2 M n系准晶合金的直流和交流磁化率与温度之间的关系发系准晶合金的直流和交流磁化率与温度之间的关系发现：现：磁化率与温度之间遵守居里磁化率与温度之间遵守居里-外斯规律外斯规律,显示负的居里温度，并显示负的居里温度，并在约在约10K时存在自旋玻璃转变。时存在自旋玻璃转变。直流磁化率与温度关系求出含直流磁化率与温度关系求出含M n为为20at%的的Al2Mn及及Al2Mn2Si系平均有效磁矩为系平均有效磁矩为1.4B。进一步核磁共振、核比热与磁比热以及饱和磁矩研究发现，进一步核磁共振、

17、核比热与磁比热以及饱和磁矩研究发现，Al2Mn系准晶中并不是所有系准晶中并不是所有Mn原子都具有磁矩原子都具有磁矩,且具有磁矩的且具有磁矩的Mn原子其磁矩大小也各不相同，具有一定的分布。原子其磁矩大小也各不相同，具有一定的分布。准晶材料的特性准晶材料的特性第二十页，本课件共有43页7、准晶硬度高于相应的晶态材料、准晶硬度高于相应的晶态材料 熔淬法制备熔淬法制备A186 Mn14 薄带，贴辊面的准晶的硬度达薄带，贴辊面的准晶的硬度达420kg/mm2，473K退火退火75h后，由于时效硬化，硬度增加到后，由于时效硬化，硬度增加到620kg/mm2。增加增加Al-Mn合金中的合金中的Mn含量，准晶

18、的硬度随之增大。含量，准晶的硬度随之增大。A178 Mn22 准晶在室温的硬度超过准晶在室温的硬度超过700kg/mm2。准晶虽然硬度高，耐磨性能并不一定好，准晶虽然硬度高，耐磨性能并不一定好，Al-15wt%Mn-2wt%Fe准晶的耐磨性比相应的晶态差。准晶的耐磨性比相应的晶态差。准晶材料的特性准晶材料的特性第二十一页，本课件共有43页8、准晶的韧性差：、准晶的韧性差：大多呈穿晶断裂，故准晶难于单独作为结构材料使大多呈穿晶断裂，故准晶难于单独作为结构材料使用，但可以将韧性好的晶态材料作基体，以准晶作弥散用，但可以将韧性好的晶态材料作基体，以准晶作弥散第二相，可以提高材第二相，可以提高材 料的

19、综合性能。如果将准晶的晶粒料的综合性能。如果将准晶的晶粒减小到纳减小到纳 米尺寸后，准晶的强度和韧性都有很大提米尺寸后，准晶的强度和韧性都有很大提 高，高，如如A1基合金中准晶晶粒减小到纳米量级后，材料中准晶含基合金中准晶晶粒减小到纳米量级后，材料中准晶含量达量达70-80，材料的强度和韧性都超过不含准晶的同类，材料的强度和韧性都超过不含准晶的同类合金。合金。准晶材料的特性准晶材料的特性第二十二页，本课件共有43页准晶材料的特性准晶材料的特性9、光学特性、光学特性 高质量的准晶样品具有与绝缘体、半导体不同的光学特性。块体的高质量的准晶样品具有与绝缘体、半导体不同的光学特性。块体的纯准晶或准晶薄

20、膜，在很宽的波长范围内均有纯准晶或准晶薄膜，在很宽的波长范围内均有60%的反射率，比导电材料的反射率，比导电材料Al、Fe要低，但优于半导体材料要低，但优于半导体材料Si和绝缘材料。和绝缘材料。第二十三页，本课件共有43页6.2 6.2 准晶的形成机理准晶的形成机理6.2.1 加和原则和相似性原则加和原则和相似性原则6.2.2 电子浓度特征电子浓度特征p131-132，自学，自学第二十四页，本课件共有43页6.3 6.3 准晶的分类准晶的分类u按照热力学稳定性分：按照热力学稳定性分：稳定准晶和亚稳准晶稳定准晶和亚稳准晶u按照三维物理空间中材料呈现周期性的维数分：按照三维物理空间中材料呈现周期性

21、的维数分：三维准晶、二维准晶和一维准晶三维准晶、二维准晶和一维准晶第二十五页，本课件共有43页一、准晶热力学稳定性分类一、准晶热力学稳定性分类（1）亚稳准晶）亚稳准晶快速凝固法制备快速凝固法制备以热力学亚稳态存在，温度升高时，系统自由能降低到最小值，以热力学亚稳态存在，温度升高时，系统自由能降低到最小值，发生晶化转变。晶发生晶化转变。晶 化温度和晶化激活能越高，准晶的稳定性也化温度和晶化激活能越高，准晶的稳定性也 越高。越高。（2）稳定准晶）稳定准晶常规铸造及固态热处理常规铸造及固态热处理以热力学稳定态存在，在较高温度能稳定存在。最早提出准晶热以热力学稳定态存在，在较高温度能稳定存在。最早提出

22、准晶热力学稳定存在问题力学稳定存在问题 的是的是Widom等。等。87年年Tsai等在实验中观察到等在实验中观察到相当完整的稳定准晶，证实了准晶的确能以相当完整的稳定准晶，证实了准晶的确能以 稳定相存在。稳定相存在。第二十六页，本课件共有43页二、准晶准周期维数分类二、准晶准周期维数分类（1）三维准晶（最多）三维准晶（最多）原子结构在三维空间场作准周期排列。三维准晶主要为二十面体型，包原子结构在三维空间场作准周期排列。三维准晶主要为二十面体型，包含含6个个5次对称轴、次对称轴、10 个个3次对称轴和次对称轴和15个个2次对称轴。次对称轴。（2）二维准晶）二维准晶原子结构是在主轴方向上呈周期性平

23、移对称，而在与该主轴正交的平面原子结构是在主轴方向上呈周期性平移对称，而在与该主轴正交的平面上呈准周期排列。上呈准周期排列。二维准晶包括二维准晶包括8次、次、10次和次和12次旋转对称准晶。次旋转对称准晶。（3）一维准晶）一维准晶原子结构是具有周期性平移对称的二维晶层在其法线方向上呈原子结构是具有周期性平移对称的二维晶层在其法线方向上呈准周期堆垛。准周期堆垛。第二十七页，本课件共有43页1、三维准晶结构特征：、三维准晶结构特征：三维准晶结构与三维准晶结构与20面体有关：面体有关：20面体有两个点群：面体有两个点群：235点群；点群；m35点群点群235点群：点群：6个个5次轴、次轴、10个个3

24、次轴和次轴和15个个2次轴；次轴；m35点群：点群：6个个5次倒转轴、次倒转轴、10个个3次倒转轴和次倒转轴和15个个2 次次轴；轴；15个对称面和对称中心。个对称面和对称中心。两个点群中相应对称轴之间的夹角相等。两个点群中相应对称轴之间的夹角相等。结构基元是两个不同形状、相同边长的菱面体。结构基元是两个不同形状、相同边长的菱面体。第二十八页，本课件共有43页三维准晶的阵点的排列是准周期的：选择三维准晶的阵点的排列是准周期的：选择6 个个5次轴方向的菱次轴方向的菱面体边长作为基矢面体边长作为基矢e1 e2，e3，e4，e5，e6，其中任意，其中任意3个可构成一个菱面体，个可构成一个菱面体，共可

25、组成共可组成20个菱面体，其中个菱面体，其中10个是取个是取向互不相同的尖菱面体，另外向互不相同的尖菱面体，另外10个是取向不同的厚菱面体。个是取向不同的厚菱面体。由上面由上面6个矢量组成的三维准点阵中任意两阵点之间的位矢个矢量组成的三维准点阵中任意两阵点之间的位矢r可以表示为：可以表示为：式中，式中，ni 是整数。三维准点阵与二维彭罗斯图类似不具是整数。三维准点阵与二维彭罗斯图类似不具有平移对称性，相邻两线段之比也由下面的数组成：有平移对称性，相邻两线段之比也由下面的数组成：第二十九页，本课件共有43页20面体准点阵的倒易点阵也是一个面体准点阵的倒易点阵也是一个20面体准点阵。因此，面体准点

26、阵。因此，准晶也产生明锐的斑点衍射。准晶也产生明锐的斑点衍射。（TiV)2 Ni，Ti2 Fe，Mn3 Ni2 Si，A145 Cr7 Mg32(Al、Zn)49，Cu4 Cd3，A1-V，Al-Mo等合金中皆观察等合金中皆观察到到5次准晶。次准晶。第三十页，本课件共有43页制备非晶态材料的方法都可用来制备准晶，主要有：制备非晶态材料的方法都可用来制备准晶，主要有：快速凝固法（主要制备准晶方法）快速凝固法（主要制备准晶方法）表面熔化法表面熔化法离子束混熔离子束混熔非晶态合金退火非晶态合金退火机械化学等方法机械化学等方法6.4 6.4 准晶的制备方法准晶的制备方法第三十一页，本课件共有43页第三

27、十二页，本课件共有43页1、冷凝速度、冷凝速度当熔体快速冷却时，原子簇无规排列，便形成非晶态材料；当熔体快速冷却时，原子簇无规排列，便形成非晶态材料；熔体冷却得很慢，原子可以扩散，原子簇之间可协调相互位置，熔体冷却得很慢，原子可以扩散，原子簇之间可协调相互位置，使其具有长程周期序，便成使其具有长程周期序，便成 为晶态相。为晶态相。只有当冷凝速度在一定范围内的时候，晶态相来不及成核，长大，只有当冷凝速度在一定范围内的时候，晶态相来不及成核，长大，原子簇根据本身的对称原子簇根据本身的对称 性，按一定的几何规律，相互联结起来，性，按一定的几何规律，相互联结起来，形成准晶。形成准晶。准晶形成最佳冷却速

28、度：准晶形成最佳冷却速度：Al-Mn合金，当冷却速率合金，当冷却速率l06K/s时，时，形成形成20面体准晶。面体准晶。第三十三页，本课件共有43页2、材料成分对准晶形成影响是很复杂的过程、材料成分对准晶形成影响是很复杂的过程实验经验：准晶主要是实验经验：准晶主要是A1、Mg、Ti基类合金，合金中加入适量基类合金，合金中加入适量的类金属的类金属Si、B等元素有利于准晶的形成，多元合金可以改善准等元素有利于准晶的形成，多元合金可以改善准晶晶 的形成能力。从晶态相的结构，也可预测该的形成能力。从晶态相的结构，也可预测该 合金快速冷却时合金快速冷却时能否得到准晶。如果平衡晶态相结构中含有大量能否得到

29、准晶。如果平衡晶态相结构中含有大量20面配位多面面配位多面体，这样成分的合金就容易形成准晶。体，这样成分的合金就容易形成准晶。例如晶态例如晶态(Ti、V)2 Ni合金中含有约合金中含有约50%的的20面体，则急冷面体，则急冷(Ti、V)2 Ni合金中，含有准晶合金中，含有准晶20面体相。面体相。第三十四页，本课件共有43页3、二、三维准晶形成条件与合金成分和冷却速率有关：、二、三维准晶形成条件与合金成分和冷却速率有关：如：如：Al-Mn合金合金Al-(810)at%Mn合金：三维准晶合金：三维准晶Al-(1420)at%Mn合金：二维准晶合金：二维准晶Al-14at%Mn合金：合金：冷却速率约

30、冷却速率约106K/s时形成时形成20面体准晶，面体准晶，而冷却速率较小时，形成二维准晶。而冷却速率较小时，形成二维准晶。第三十五页，本课件共有43页6.5 6.5 准晶的应用前景准晶的应用前景准晶材料具有的一系列性能特点，使其从高技术领域如准晶材料具有的一系列性能特点，使其从高技术领域如应用于航空航天器机翼和机身的表面涂层、航空发动机叶片应用于航空航天器机翼和机身的表面涂层、航空发动机叶片上的热障膜以代替传统的氧化锆和锆钇氧化物，到一般工业上的热障膜以代替传统的氧化锆和锆钇氧化物，到一般工业 领域如用于轻合金表面涂层等，都具有广阔的应用前景。然领域如用于轻合金表面涂层等，都具有广阔的应用前景

31、。然而由于准晶的脆性问题，而由于准晶的脆性问题，严重阻碍了它在结构材料中的应严重阻碍了它在结构材料中的应用。因此，用。因此，目前准晶材料的应用仍主要在目前准晶材料的应用仍主要在准晶薄膜（准晶涂层准晶薄膜（准晶涂层）和准晶复合材料）和准晶复合材料两方面。两方面。第三十六页，本课件共有43页一、不粘锅涂层一、不粘锅涂层准晶坚硬与不粘的特性利用于烹饪器具的涂层，第一个准晶坚硬与不粘的特性利用于烹饪器具的涂层，第一个 准晶应用的专利准晶应用的专利不粘锅不粘锅涂层涂层1988年法国。年法国。不粘锅涂层利用喷涂技术将不粘锅涂层利用喷涂技术将Al2Cu2Fe准晶颗粒沉积到基体上，形成均匀薄膜。由于同准晶颗粒

32、沉积到基体上，形成均匀薄膜。由于同时加入了时加入了Cr等合金元素，等合金元素，因此薄膜表面能低，具有优良的不粘性能，同时有因此薄膜表面能低，具有优良的不粘性能，同时有优良优良 的耐蚀性、耐高温性的耐蚀性、耐高温性(可承受可承受750高温高温)、高的硬度、高的硬度(是不锈钢硬度的是不锈钢硬度的2倍倍以上以上)和高的耐磨性。和高的耐磨性。准晶涂层导热性差，升温初期涂层犹如一层绝热层，使准晶涂层导热性差，升温初期涂层犹如一层绝热层，使 底部积聚的热量均匀地底部积聚的热量均匀地扩散至整个表面而不会产生局部扩散至整个表面而不会产生局部 过热，符合食品烹饪要求。过热，符合食品烹饪要求。取代传统的耐磨性差、

33、使用寿命短的聚四氟乙烯涂层不粘锅的趋势。取代传统的耐磨性差、使用寿命短的聚四氟乙烯涂层不粘锅的趋势。第三十七页，本课件共有43页二、热障涂层二、热障涂层 与航空发动机常用的隔热材料锆钇氧化物及其与航空发动机常用的隔热材料锆钇氧化物及其它隔热材料相比，准晶涂层具有密度低、硬度高、它隔热材料相比，准晶涂层具有密度低、硬度高、耐磨、耐蚀、耐氧化、使用耐磨、耐蚀、耐氧化、使用 温度高及易于制造等优温度高及易于制造等优点，能满足多种场合下的隔热要求。利用喷涂技术点，能满足多种场合下的隔热要求。利用喷涂技术在基体表在基体表 面形成一层准晶薄膜。面形成一层准晶薄膜。目前准晶热障涂层已在飞机和汽车发动机等部件

34、中得到应目前准晶热障涂层已在飞机和汽车发动机等部件中得到应用。用。第三十八页，本课件共有43页三、太阳能选择吸收薄膜三、太阳能选择吸收薄膜准晶本身并不具备光的选择吸收特性，但准晶薄膜与准晶本身并不具备光的选择吸收特性，但准晶薄膜与高反射材料组成的多层结构材料：高反射材料组成的多层结构材料：如如“铜铜/绝缘体绝缘体/准晶准晶/绝缘体绝缘体”对太阳光却具有选择吸收的对太阳光却具有选择吸收的特性。由此构成的绝缘体特性。由此构成的绝缘体/准晶准晶/绝缘体多层膜具有很高的绝缘体多层膜具有很高的热吸收率和很低的热发射率，与现有的工业化材料相比，热吸收率和很低的热发射率，与现有的工业化材料相比，它们的热吸收

35、率略有降低，但热发射率却要低得多。它们的热吸收率略有降低，但热发射率却要低得多。理论和实验的结果，使人们对准晶制作太阳能选择吸理论和实验的结果，使人们对准晶制作太阳能选择吸收装置产生了极大的兴趣。收装置产生了极大的兴趣。第三十九页，本课件共有43页四、准晶复合材料四、准晶复合材料 准晶弥散强化的特性，正在逐渐走向实用。准晶弥散强化的特性，正在逐渐走向实用。Al2 Cu2 Fe准晶颗粒准晶颗粒/Al基复合材料已被用作轻质中温高强、基复合材料已被用作轻质中温高强、高韧结构材料；高韧结构材料；准晶弥散强化的低碳马氏体超高强度钢（硬度准晶弥散强化的低碳马氏体超高强度钢（硬度730HV，抗拉强度接近，抗

36、拉强度接近3000MPa），可应用于医疗器械材料。），可应用于医疗器械材料。Inoue等获得的由纳米尺度的等获得的由纳米尺度的Al2 Mn2 La、Al2 Cr-La准准晶颗粒增强的晶颗粒增强的Al基合金，因具有优良的弯曲性能和高达基合金，因具有优良的弯曲性能和高达1200 1400MPa的弯曲强度，应用于航空工业。的弯曲强度，应用于航空工业。第四十页，本课件共有43页五、特殊用途的磁性材料五、特殊用途的磁性材料 20面体准晶中的易磁化轴多，各向异性的位垒低，面体准晶中的易磁化轴多，各向异性的位垒低，畴壁运动或磁矢转动都比较容易，使准晶有可能成为具畴壁运动或磁矢转动都比较容易，使准晶有可能成为

37、具有特殊用途的磁性材料。二维准晶在周期、准周期方向有特殊用途的磁性材料。二维准晶在周期、准周期方向上的磁上的磁 性不同，可以获得磁单轴异性的磁性材料，性不同，可以获得磁单轴异性的磁性材料，而而其他材料却难于做到这一点。准晶的导电其他材料却难于做到这一点。准晶的导电 性能方面具性能方面具有与磁性相似的特性。有与磁性相似的特性。第四十一页，本课件共有43页中国科学院金属研究所研究员。从事固体物质及材料的结构与缺中国科学院金属研究所研究员。从事固体物质及材料的结构与缺陷及其与材料陷及其与材料 性质关系的研究。与国外同时独立地发现性质关系的研究。与国外同时独立地发现 传统晶传统晶体学不允许的五次对称性

38、，进而发体学不允许的五次对称性，进而发 现并研究了二十面体对称、八现并研究了二十面体对称、八次、立方对次、立方对 称等准晶相。在国内率先用高分辨原子象称等准晶相。在国内率先用高分辨原子象 对固体材对固体材料结构与缺陷进行系统研究，发料结构与缺陷进行系统研究，发 展了在原子尺度研究材料精细结展了在原子尺度研究材料精细结构的技术构的技术 与理论，在高温合金拓朴密堆相发现多种与理论，在高温合金拓朴密堆相发现多种 新相及畴结新相及畴结构。用超结构象显示有序合金构。用超结构象显示有序合金 中不同种类原子的方法，确定了几中不同种类原子的方法，确定了几种新结种新结 构，直观揭示合金非公度结构生成机制，构，直观揭示合金非公度结构生成机制，对合金结构理对合金结构理论提出独创性见解。曾获国论提出独创性见解。曾获国 家自然科学一等奖多项奖励，发表专家自然科学一等奖多项奖励，发表专著著3 本，刊物论文本，刊物论文200多篇。多篇。91年当选为中国科学院院士年当选为中国科学院院士叶恒强叶恒强第四十二页，本课件共有43页感谢大家观看12/10/2022第四十三页，本课件共有43页