非晶态金属

非晶态金属是固体金属材料，通常是合金，具有无序的原子尺度结构。大多数金属处于固态晶体，这意味着它们具有高度有序的原子排列。非晶态金属是非晶态的，具有玻璃状结构。但是，与通常作为电绝缘体的普通玻璃不同，非晶态金属具有良好的导电性，并且在低温下也显示出超导性。

可以通过多种方式生产非晶态金属，包括极快的冷却、物理气相沉积、固态反应、离子辐照和机械合金化。以前，已经通过各种快速冷却方法生产了小批量的非晶态金属，例如非晶态金属带，这些非晶态金属带是通过将熔融金属溅射到旋转的金属盘。快速冷却（每秒约数百万摄氏度）太快以至于晶体无法形成，并且材料被“锁定”在玻璃态。当前，已经生产出许多临界冷却速率低到足以允许在厚层（超过1毫米）中形成非晶结构的合金。这些被称为大块金属玻璃（BMG）。最近，已经生产出强度是常规钢合金的三倍的非晶态钢。

非晶态金属通常是合金而不是纯金属。合金中含有原子大小明显不同的原子，导致熔融态的自由体积低（因此比其他金属和合金的粘度高多达几个数量级）。粘度阻止原子移动到足以形成有序晶格的程度。材料结构还导致冷却过程中的低收缩率和抗塑性变形性。不存在的晶界，晶态材料的薄弱点，导致更好的耐磨损和腐蚀。非晶态金属，尽管严格意义上讲是玻璃，但也要坚韧得多而且比氧化玻璃和陶瓷的脆性小。非晶态金属可分为两类，如果它们由Ln、Mg、Zr、Ti、Pd、Ca、Cu、Pt和Au组成，则可以分为非铁磁性；如果它们由Fe、Co组成，则可以分为铁磁性合金。

非晶态材料的导热率低于结晶态金属的导热率。由于非晶结构的形成依赖于快速冷却，因此限制了非晶结构可达到的xxx厚度。为了即使在较慢的冷却过程中也能形成非晶态结构，该合金必须由三种或三种以上的成分制成，从而导致复杂的晶体单元具有较高的势能和较低的形成机会。组件的原子半径必须显着不同，以实现高堆积密度和低自由体积。组分的组合应具有负的混合热，抑制晶体成核并延长熔融金属停留在过冷状态的时间。

硼、硅、磷和其他玻璃形成物与磁性金属（铁、钴、镍）的合金具有高磁化率，低矫顽力和高电阻。通常，金属玻璃的电导率与熔融金属刚好在熔点以上时处于相同的低数量级。当经受交变磁场时，高电阻导致涡流的低损耗，这种特性对例如变压器 磁芯有用。它们的低矫顽力也有助于降低损耗。

1950年代早期，Bukel和Hilsch通过实验发现了非晶态金属薄膜的超导电性。对于某些金属元素，超导临界温度T _c在非晶态可能比在结晶态时更高，并且在某些情况下，T _c随着结构无序性的增加而增加。通过考虑结构无序对电子-声子耦合的影响，可以理解并合理化这种行为。

非晶态金属比多晶金属合金具有更高的拉伸屈服强度和更高的弹性应变极限，但其延性和疲劳强度较低。非晶态合金具有多种潜在的有用特性。特别地，它们倾向于比化学组成相似的晶体合金更强，并且它们可以比晶体合金承受更大的可逆（“弹性”）变形。非晶态金属的强度直接来自其非晶态结构，该非晶态结构没有任何限制晶态合金强度的缺陷。一种现代的非晶态金属，称为Vitreloy，其抗张强度几乎是高级钛的两倍。但是，室温下的金属玻璃不是易延展的，并且在承受张力时往往会突然失效，这限制了材料在可靠性至关重要的应用中的适用性，因为即将发生的失效并不明显。因此，生产由包含延性结晶金属的树枝状颗粒或纤维的金属玻璃基质组成的金属基质复合材料引起了极大的兴趣。

块状非晶合金最有用的特性也许是它们是真正的玻璃，这意味着它们在加热时会软化并流动。这允许以与聚合物几乎相同的方式进行容易的加工，例如通过注射成型。结果，非晶合金已经商品化，用于运动器材、医疗器材以及电子设备的外壳。

非晶态金属薄膜可以通过高速氧气燃料技术沉积作为保护涂层。