1　引言

非晶合金是一類具有長程無序、短程有序結構的新材料，其獨特的結構使它與普通晶態(tài)金屬相比具有許多特殊的力學、物理及化學性能，從而愈來愈受到人們的重視。與傳統(tǒng)的非晶合金相比，大塊非晶合金通常具有很高的熱穩(wěn)定性，能呈現(xiàn)出明顯的玻璃轉(zhuǎn)變過程和很寬的過冷液相區(qū)。大塊非晶不僅具有極強的玻璃形成能力，而且具有一系列優(yōu)良的力學、物理、化學性能，在機械、通信、航空航天、汽車工業(yè)、化學工業(yè)、運動器材乃至國防軍事上都具有廣泛的應用潛力。

材料的結構，特別是原子級結構，決定著材料的性能。非晶合金較之相應的晶態(tài)合金之所以具有一系列優(yōu)異的性能，就是由于其獨特的原子結構。了解非晶合金的結構是全面深入理解非晶合金本質(zhì)，解釋非晶合金物理、化學以及力學行為不可缺少的工作。近幾十年人們在非晶合金領域做了大量的實驗工作，但在非晶結構方面的研究卻遠遠滯后。原因是多方面的，主要原因在于非晶合金形成機制的復雜性，導致非晶合金具有復雜的原子級結構特征，這樣勢必在模型選擇上造成相當大的困難，同時由于非晶合金中包含過渡金屬，也給局域結構研究帶來很大難度。目前，非晶合金結構的研究工作主要集中在非晶固體結構的測定和結構模型的研究上。

非晶合金的短程序包含化學短程序和幾何短程序。近年來的研究表明：非晶合金中除短程序外中還發(fā)現(xiàn)有中程序存在，即在超出第一近鄰的第二、第三近鄰，甚至更遠距離上仍然呈現(xiàn)出一定有序性。相對于短程序，中程序的存在對非晶的形成和性質(zhì)影響作用更大，但分析也更困難。同時，由于非晶合金的結構復雜性，非晶合金晶化行為和結晶動力學特征的分析方法也比較貧乏，無法對非晶合金在晶化過程中的晶化行為進行有效的分析和描述。針對以上這些問題，本書從局域結構和原子堆垛角度出發(fā)，進行了系統(tǒng)細致的分析。

本書研究目的在于：①尋找一種新的非晶局域結構表征方法，以確切描述非晶合金在原子級別上的結構特征，并推導非晶合金中原子的堆垛機制；②探討不同合金成分或組元的添加對非晶局域結構和原子堆垛的影響，分析其對合金GFA的作用；③分析非晶合金等溫退火過程中合金局域結構的演變，研究非晶合金的晶化行為和結晶動力學特征。

本書的主要內(nèi)容為：①根據(jù)近幾十年學術文獻中的試驗和模擬徑向分布函數(shù)，統(tǒng)計了包括純金屬、金屬/金屬、金屬/類金屬在內(nèi)的從一元到五元共90多種非晶態(tài)材料的PDF峰位分布數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)歸一化處理后進行總結分析，以研究非晶合金的局域結構特征和原子堆垛規(guī)律。②根據(jù)原子密堆積模型，原子在空間中緊密排列在一起而形成具有周期性的原子堆垛結構，并比較此結構與非晶結構的異同之處，從而獲得非晶結構在短程和中程上的原子堆垛機制及其與有序密堆結構的關聯(lián)。③通過熱力學分析以及同步輻射衍射，研究了Zr-Cu二元和Zr-Cu-Al三元合金中不同成分對局域結構和原子堆垛的影響，及其對合金GFA的影響。④研究第四種元素M（M=Be，Ag，Gd）添加對Zr-Cu-Al-M的熱穩(wěn)定性、GFA的影響。并從非晶合金結構方面解釋M元素的添加對合金熔體以及鑄態(tài)非晶結構的作用。⑤通過原位同步輻射實驗，研究了Zr₄₈Cu₃₆Al₈Ag₈合金在743K下的等溫晶化行為，并通過PDF分析得到合金在晶化過程中的結構演變和結晶動力學特征。⑥通過RMC模擬得到Zr₄₈Cu₃₆Al₈Ag₈合金非晶態(tài)三維原子構型，并通過鍵對分析、鍵取向序分析和Voronoi多面體分析等技術研究原子在局域結構中的堆垛特征和分布規(guī)律，及非晶局域結構對GFA的影響。

本書的主要創(chuàng)新點在于：①采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法獲得了非晶合金在原子分布上存在的普遍特征，即原子在短程和中程上密堆的分布在不同的配位球殼中，這些配位球殼與中心原子之間的相對配位距離是相同的；②原子在中程上的堆垛以一維和二維密堆原子結構為主，不存在三維的原子堆垛結構，PDF第二峰劈裂是由非晶合金密堆垛特征所決定的；③從局域結構和原子堆垛方面研究了非晶合金的GFA，探討了不同組元和成分條件下，不同的局域結構特征對合金GFA的影響；④通過分析非晶合金在等溫退火過程中的局域結構演變，研究了非晶合金的晶化行為和結晶動力學特征，探討了非晶合金在不同結晶階段的原子擴散過程和機制。

本書的研究意義在于：①為非晶合金的局域結構研究提供一種全新的表征方法； ②為非晶合金中原子的堆垛機制提供理論基礎；③從原子級別結構和原子堆垛角度研究了合金的GFA，為GFA提供新的研究方法；④為探討非晶合金的晶化行為和結晶動力學特征提供全新的分析方法。