第五章 非晶态合金.ppt

第五章 非晶态合金传感器 5.1 非晶态合金及其基本性能 5.2 非晶态合金传感器的物理基础 5.3 非晶态合金传感器 5.1非晶态合金及其基本性能 非晶态合金的概念 非晶态合金的概念 固体有三大类：晶体、非晶体和准晶体 晶体：构成固体的原子、分子在微米数量级以上是排列有序的——称为长程序。晶体是既是短程序有是长程序的。有单晶体、多晶体和微晶体。 非晶体：原子排列不具有长程序，但在原子间距数量级15Ao（10-10m）的范围内原子排列是有序的——称为短程序，即近邻原子的数目和种类，近邻原子的间距及近邻原子配置的几何方向（键角）都与晶体有一样的规律性。如：玻璃、塑料、橡胶、石蜡等。 准晶体：既不同于晶体又不同于非晶体的固体材料。是固体研究的新领域。 晶体的性质及描述方法有深入的认识，相对于非晶体等，它的物理学已经发展到了成熟阶段。 非晶体的显著特点是原子在空间的排列不具有周期性，因此不能把描述和研究晶体的概念和理论直接搬到非晶态固体，必须寻找和发展一种新的描述方法和理论，当前还处于初创阶段。非晶体具有一些有别于晶体的奇异特性。可以采用它形成新型的传感器或改善传感器的性能。 非晶体的参量： 紧邻原子间距 配位数 紧邻原子间的夹角 紧邻原子的类型。 非晶体的结构： 刚球无规密堆（金属和合金） 连续无规网络（共价结合键非晶固体） 非晶体的制备： 非晶体的制备： 非晶态合金的性能 非晶态合金的力学性能 密度与体积：密度比晶态小1%～2%； 弹性模量：它是各向同性的，比晶态的低，可通过控制合金的成分调节各模量的大小。在一定的温度范围内保持恒定。 强度和硬度：强度高，硬度也很高。 韧性和脆性：非晶态合金不但强度高，而且韧性也很好有的可达弯曲180o不断裂。 温度升高和热处理会降低其强度与韧性。 非晶态合金的性能 非晶态合金的磁学性能：基本与晶态没有大的区别，导磁率较大、损耗较小。居里温度较低和可在一定范围内调整。 电学性能：电阻率较高，且温度系数很小并可改变符号。耐辐射性能好。 化学性能：耐腐蚀性很好，可远远超过不锈钢。 5.2非晶态合金传感器的物理基础 主要采用它的磁学性能，在对多种磁场传感器的主要性能比较中，可得出它是一种具有较为优良的综合性能的敏感材料。 磁致伸缩和逆磁致伸缩： 磁致伸缩：在外磁场作用下产生机械变形的现象。 逆磁致伸缩：在外力（或应力、应变）作用下，引起内部发生形变，产生应力，使各磁畴之间的界限发生移动，磁畴磁化强度矢量转动，从而使材料的磁化强度和磁导率发生相应的变化，这种由于应力使磁性材料磁性质变化的现象。又称为压磁效应。 电磁感应 霍尔效应：当电流垂直于外磁场方向通过导体或半导体薄片时，在薄片垂直于电流和磁场方向的两侧表面之间产生电位差的现象。 磁阻效应：当通有电流的半导体或磁性金属薄片置于与电流垂直或平行的外磁场中，由于磁场的作用力加长了载流子运动的路径，使其电阻值随外磁场增强而加大的现象。 5.3非晶态合金传感器 脉冲感应型磁场传感器:利用断开电流时的感应电压正比于磁通的变化率，在磁化曲线的非线性区工作，外加的被测磁场Hex使工作点偏移，磁通的变化率发生相应改变，通过测量工作点的位置来测量被测磁场。 位移传感器 压力传感器：利用压磁效应（逆磁致效应）对超声波的影响，D1产生超声波，在压力作用下的凹面和凸面产生磁各向异性，使D2感应的电压与压力成正比。 平均温度传感器：利用非晶态合金带的超声波传播速度与空间温度的关系。 * 第五章 非晶态合金传感器 * 晶 态 非 晶 态 缺陷数（ cm-2） 104 106 108 1010 1012 1014 不完全结晶 工业材料 完全结晶 未知领域 有序系 无序系 非晶态金属与晶态金属的关系 1 2 玻璃 晶体 玻璃化转变 气体 液体 Tb Tf Tg T V 1010s 103s 10-12s τ: 原子的集合体凝聚成固态的两种普通的冷却途径。路径1是到达晶态的途径；路径2是到达非晶态固体的快淬途径。 炉子 溶液 石英管 (a) 0oC水 溶液 液态金属微滴 金属活塞 金属钻 (c) 蒸汽源 冷底板 (d) 真空室 制备非晶态固体的四种方法：（a）缓慢冷却；（b）适中淬火；（c）快速“冷底板淬火”；（d）气相凝结。 (b) Vi N B Hex A L VO N N A L S E：杨氏模量，D：密度。均为温度的函数