准晶材料制备技术ppt课件.ppt

第六章 准晶材料制备技术1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晶体的旋转对称只能有只能有1 1、、2 2、、3 3、、4 4、、6 6等等5 5种旋转种旋转铀铀2准晶的电子衍射图 19841984年年 , ,美美 国国 国国 家家 标标 准准 局局ShechtmanShechtman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-MnAl-Mn和和Ti-V-NiTi-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称性性. .这这种种新新的的结结构被称为准晶体构被称为准晶体准晶体的发现准晶体的发现准晶体的发现准晶体的发现3 晶体的结构是高度有序化的晶体的结构是高度有序化的,它具有以原胞周期性排列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指向序程指向序. 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,在结构特征上在结构特征上是处于两者之间的是处于两者之间的.4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，是一种新型的固态结构。

一种新型的固态结构•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5（a）两种菱形单元构成的二维penrose拼图 （b）傅里叶变换6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）7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体的平移对称性，但仍具有一定的规则，且呈长程的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，故可认为是一种准周期性排列取向性有序分布，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则使之配合地拼砌成具有周期性和5 5次对称性次对称性8 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， 最大最大的也只是的也只是几几mmmm直径，故对准晶的研究多集中在其结构方直径，故对准晶的研究多集中在其结构方面。

但从已获得的准晶都面但从已获得的准晶都 很脆的特点，作为结构材料很脆的特点，作为结构材料使用尚无前景使用尚无前景 准晶的特殊结构对其物理性能有明显准晶的特殊结构对其物理性能有明显的影响：的影响： 高电阻、低热导率、低磨擦系数、良好的耐高电阻、低热导率、低磨擦系数、良好的耐磨性和抗氧化性、高硬度、高温塑性磨性和抗氧化性、高硬度、高温塑性等优异性能，使之等优异性能，使之适于作为表面防护涂层适于作为表面防护涂层准晶材料的特性准晶材料的特性9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生一定的变化， 结构发生弛豫，弛豫热一般为结构发生弛豫，弛豫热一般为0.1~0. 2kJ/mol0.1~0. 2kJ/mol由较高较高冷却速率得到的准晶的稳定性较高冷却速率得到的准晶的稳定性较高，， 弛豫热也较高，弛豫热也较高，约达约达0.4kJ/mol0.4kJ/mol弛豫温度与准晶的成分、结构有关，弛豫温度与准晶的成分、结构有关，一般在一般在340-640K340-640K。

准晶在结构弛豫时，性能也发生相应准晶在结构弛豫时，性能也发生相应的改的改 变，例如变，例如Al84 Mnl6 Al84 Mnl6 准晶在结构弛豫后准晶在结构弛豫后弹性模量弹性模量约增加约增加1 1％％准晶材料的特性准晶材料的特性10二、物理性能二、物理性能1 1、密度、密度————低低 准晶的密度低于其晶态时的密度比经过退火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后得到的相同成分晶态相的 密度约低密度约低2%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，但密密度高于非晶态度高于非晶态准晶材料的特性准晶材料的特性112 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μΩcmμΩcm；；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μΩcm, μΩcm, 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 Al2 Cu2 Li ：：900900μΩμΩcm cm Al2 Cu2 RuAl2 Cu2 Ru：：10001000～～30003000μΩμΩcm cm Al2 Cu2 Fe Al2 Cu2 Fe 系：系：13001300～～1100011000μΩμΩcmcmAl2 Pd2 ReAl2 Pd2 Re系：达系：达1 1ΩΩcm cm 以上。

以上准晶材料的特性准晶材料的特性12 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率对结构的完整性十分敏感，准晶结构越完整电阻 率越高此外率越高此外, 准晶的电阻率具有负的温度系数，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即电阻率随温度的升高而下降13准晶材料的特性3 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 1）与金属材料（银）与金属材料（银429 429 、铜、铜401 401 、金、金317317、铝、铝237 237 、铁、铁80W/mK 80W/mK ）） 相比，准晶的导热率都很低，在室温下准晶的相比，准晶的导热率都很低，在室温下准晶的导热导热 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 隔热材料隔热材料ZrO2ZrO2（（3W3W／／mk mk （（20-40020-400°°）相媲美2 2）准晶材料具有负的温度系数，随着温度升高而下降。

热）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扩散系数和比热容均随着温度升高而增大3 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 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14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￿ ￿素极易氧化素极易氧化研究发现，相同条件下，准晶相表面的研究发现，相同条件下，准晶相表面的￿ ￿氧化现象明显低于铝合金氧化现象明显低于铝合金和相近成分的晶体相当准和相近成分的晶体相当准￿ ￿晶在室温下长期暴露在干燥空气中时，晶在室温下长期暴露在干燥空气中时，氧化层平均厚氧化层平均厚￿ ￿度为度为20～～30A在潮湿空气和较高温度下氧化层会在潮湿空气和较高温度下氧化层会进进￿ ￿一步加深（厚度约为一步加深（厚度约为60～～70A），并且化学成分也因），并且化学成分也因￿ ￿此而变化，此而变化，表层铝的原子百分比随之增大了（表层铝的原子百分比随之增大了（Al可达可达￿ ￿90wt%）。

15（（2）不粘特性）不粘特性：准晶材料的不粘性，实质上是热力：准晶材料的不粘性，实质上是热力学学 中润湿性的问题，与准晶的表面能有关研究发中润湿性的问题，与准晶的表面能有关研究发现，现， 准晶的最外层原子没有重构现象和准晶在费米准晶的最外层原子没有重构现象和准晶在费米能级处能级处 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16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），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￿ ￿为一种强化组为一种强化组元去增强基体合金准晶强化基体材元去增强基体合金。

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（μm级）与金属粉混合后，在高温级）与金属粉混合后，在高温下挤压成由准晶颗粒复合强下挤压成由准晶颗粒复合强￿ ￿化的金属基复合材料化的金属基复合材料175 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 Laves 相，是很好的储氢材料而相，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二十面体准晶恰好拥有大量的四面体配 位结构，从理位结构，从理论上讲，这类准晶具备了储氢能论上讲，这类准晶具备了储氢能 力Krlton Krlton 等通过等通过实验，证实了实验，证实了Ti Ti 系的二十面体准晶相（系的二十面体准晶相（I- I- Ti45Nt17Zr38Ti45Nt17Zr38）确实具有很强的储氢能力，每个金属）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原子可达到吸收两个氢 原子的水平。

原子的水平准晶材料的特性准晶材料的特性186 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 nAl2 M n系准晶合金的直流和交流磁化率与温度之间的系准晶合金的直流和交流磁化率与温度之间的关系发现：关系发现：Ø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, , 显示负的居里温显示负的居里温度，并在约度，并在约10K10K时存在自旋玻璃转变时存在自旋玻璃转变Ø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 nM n为为20at%20at%的的Al2MnAl2Mn及及Al2Mn2SiAl2Mn2Si系平均有效磁矩为系平均有效磁矩为1. 41. 4μμB BØ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、核比热与磁比热以及饱和磁矩研究发现，Al2MnAl2Mn系准晶中并不是所有系准晶中并不是所有MnMn原子都具有磁矩原子都具有磁矩, , 且具有磁且具有磁矩的矩的MnMn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197 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 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/mm420kg/mm2 2，，473K473K退火退火75h75h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/mm620kg/mm2 2。

增加增加Al-MnAl-Mn合金中的合金中的MnMn含量，准晶的硬度随之增大含量，准晶的硬度随之增大 A178 Mn22 A178 Mn22 准晶在室温的硬度超过准晶在室温的硬度超过700kg/mm700kg/mm2 2 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-Al-15wt%Mn-2wt%Fe15wt%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208 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，以准晶作弥散第二相，可以提高材晶作弥散第二相，可以提高材 料的综合性能如果将料的综合性能如果将准晶的晶粒减小到纳准晶的晶粒减小到纳 米尺寸后，准晶的强度和韧性都米尺寸后，准晶的强度和韧性都有很大提有很大提 高，高，如如A1A1基合金中准晶晶粒减小到纳米量级后，材料中准基合金中准晶晶粒减小到纳米量级后，材料中准晶含量达晶含量达70 -8070 -80％，材料的强度和韧性都超过不含准％，材料的强度和韧性都超过不含准晶的同类合金。

晶的同类合金准晶材料的特性准晶材料的特性21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膜，在很宽的波长范围内均有体的纯准晶或准晶薄膜，在很宽的波长范围内均有60%的反射率，比导的反射率，比导电材料电材料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226.2 6.2 准晶的形成机理准晶的形成机理6.2.1 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 6.2.2 电子浓度电子浓度特征特征p131-132p131-132，自学，自学23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按照三维物理空间中材料呈现周期性的维数分：分： 三维三维准晶、二维准晶和一维准晶准晶、二维准晶和一维准晶24一、准晶热力学稳定性分类一、准晶热力学稳定性分类（（1 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。

晶小值，发生晶化转变晶 化温度和晶化激活能越高，准晶化温度和晶化激活能越高，准晶的稳定性也的稳定性也 越高2 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力学稳定存在问题准晶热力学稳定存在问题 的是的是WidomWidom等8787年年TsaiTsai等在实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验中观察到相当完整的稳定准晶，证实了准晶的确能以 稳稳定相存在定相存在25二、准晶准周期维数分类二、准晶准周期维数分类（（1 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，包含体型，包含6 6个个5 5次对称轴、次对称轴、10 10 个个3 3次对称轴和次对称轴和1515个个2 2次对称轴次对称轴2 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移对称，而在与该主轴正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。

交的平面上呈准周期排列 二维准晶包括二维准晶包括8 8次、次、1010次和次和1212次旋次旋转对称准晶转对称准晶3 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261 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2020面体有关：面体有关：• •2020面体有两个点群：面体有两个点群：235235点群；点群；m35m35点群点群• •235235点群：点群：6 6个个5 5次轴、次轴、1010个个3 3次轴和次轴和1515个个2 2次轴；次轴；• •m35m35点群：点群：6 6个个5 5次倒转轴、次倒转轴、1010个个3 3次倒转轴和次倒转轴和1515个个2 2 次次轴；轴；1515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27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 6 个个5 5次轴方次轴方向的菱面体边长作为基矢向的菱面体边长作为基矢e1 e2 e1 e2 ，，e3 e3 ，， e4 e4 ，，e5 e5 ，，e6 e6 ，其中任意，其中任意3 3个可构成一个菱面体，个可构成一个菱面体， 共可组成共可组成2020个菱面个菱面体，其中体，其中1010个是取向互不相同的尖菱面体，另外个是取向互不相同的尖菱面体，另外1010个是个是取向不同的厚菱面体。

由上面取向不同的厚菱面体由上面6 6个矢量组成的三维准点个矢量组成的三维准点阵中任意两阵点之间的位矢阵中任意两阵点之间的位矢r r可以表示为：可以表示为：式中，式中，ni 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：282020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2020面体准点阵面体准点阵因此，准晶也产生明锐的斑点衍射因此，准晶也产生明锐的斑点衍射• • （（TiV)2 NiTiV)2 Ni，， Ti2 FeTi2 Fe，，Mn3 Ni2 SiMn3 Ni2 Si，，A145 Cr7 A145 Cr7 Mg32 (AlMg32 (Al、、Zn)49 Zn)49 ，，Cu4 Cd3 Cu4 Cd3 ，，A1-VA1-V，，Al-MoAl-Mo等合金等合金中皆观察到中皆观察到5 5次准晶29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：Ø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）Ø表面熔化法表面熔化法Ø离子束混熔离子束混熔Ø非晶态合金退火非晶态合金退火Ø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30311 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，便成位置，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，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长大，原子簇根据本身的对称 性，按一定的几何规律，相互性，按一定的几何规律，相互联结起来，形成准晶联结起来，形成准晶• • 准晶形成最佳冷却速度：准晶形成最佳冷却速度：Al-MnAl-Mn合金，当冷却速率＞合金，当冷却速率＞l06K/sl06K/s时，形成时，形成2020面体准晶面体准晶322 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A1A1、、MgMg、、TiTi基类合金，合金中加入适基类合金，合金中加入适量的类金属量的类金属SiSi、、B B等元素有利于准晶的形成，多元合金可以改等元素有利于准晶的形成，多元合金可以改善准晶善准晶 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速冷却时能否得到准晶如果平衡晶态相结构中含有大量2020面配位多面体，这样成分的合金就容易形成准晶。

面配位多面体，这样成分的合金就容易形成准晶• •例如晶态例如晶态(Ti(Ti、、V)2 NiV)2 Ni合金中含有约合金中含有约50%50%的的2020面体，则急冷面体，则急冷(Ti(Ti、、V)2 NiV)2 Ni合金中，含有准晶合金中，含有准晶2020面体相333 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-MnAl-Mn合金合金Al-(8~10)at%MnAl-(8~10)at%Mn合金：三维准晶合金：三维准晶Al-(14~20)at% MnAl-(14~20)at% Mn合金：二维准晶合金：二维准晶Al-14at%MnAl-14at%Mn合金：合金：冷却速率约＞冷却速率约＞106K/s106K/s时形成时形成2020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34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（准晶准晶薄膜（准晶涂层）和准晶复合材料涂层）和准晶复合材料两方面35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————不粘锅涂层不粘锅涂层19881988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Al2Cu2FeAl2Cu2Fe准晶颗粒沉积到基体上，形成均匀薄准晶颗粒沉积到基体上，形成均匀薄膜由于同时加入了膜由于同时加入了CrCr等合金元素，等合金元素， 因此薄膜表面能低，具有优良的不粘因此薄膜表面能低，具有优良的不粘性能，同时有优良性能，同时有优良 的耐蚀性、耐高温性的耐蚀性、耐高温性( (可承受可承受750℃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 2倍以上倍以上) )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 底部积聚的热量均底部积聚的热量均匀地扩散至整个表面而不会产生局部匀地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、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36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、硬度及其它隔热材料相比，准晶涂层具有密度低、硬度高、耐磨、耐蚀、耐氧化、使用高、耐磨、耐蚀、耐氧化、使用 温度高及易于制造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等优点，能满足多种场合下的隔热要求利用喷涂技术在基体表技术在基体表 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中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得到应用37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对太阳光却具有选择吸收的特性。

由此构成的绝缘体收的特性由此构成的绝缘体/ /准晶准晶/ /绝缘体多层膜具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，它们的热吸收率略有降低，但热发射率化材料相比，它们的热吸收率略有降低，但热发射率却要低得多却要低得多•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38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 Al2 Cu2 Fe准晶颗粒准晶颗粒/Al/Al基复合材料已被用作轻质基复合材料已被用作轻质中温高强、高韧结构材料；中温高强、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730HV730HV，抗拉强度接近，抗拉强度接近3000MPa3000MPa），可应用于医疗器械材料可应用于医疗器械材料 Inoue Inoue等获得的由纳米尺度的等获得的由纳米尺度的Al2 Mn2 LaAl2 Mn2 La、、Al2 Cr Al2 Cr - La- La准晶颗粒增强的准晶颗粒增强的AlAl基合金，因具有优良的弯曲性能和基合金，因具有优良的弯曲性能和高达高达1200 1200 ～～1400MPa1400MPa的弯曲强度，应用于航空工业。

的弯曲强度，应用于航空工业39五、特殊用途的磁性材料五、特殊用途的磁性材料 20 20面体准晶中的易磁化轴多，各向异性的位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有特殊用途的磁性材料二维准晶在周期、能成为具有特殊用途的磁性材料二维准晶在周期、准周期方向上的磁准周期方向上的磁 性不同，可以获得磁单轴异性的性不同，可以获得磁单轴异性的磁性材料，磁性材料， 而其他材料却难于做到这一点准晶的而其他材料却难于做到这一点准晶的导电导电 性能方面具有与磁性相似的特性性能方面具有与磁性相似的特性40中国科学院金属研究所研究员从事固体物质及材料的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结构与缺陷及其与材料 性质关系的研究与国外同时性质关系的研究与国外同时独立地发现独立地发现 传统晶体学不允许的五次对称性，进而发传统晶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、八次、立方对现并研究了二十面体对称、八次、立方对 称等准晶相称等准晶相在国内率先用高分辨原子象在国内率先用高分辨原子象 对固体材料结构与缺陷进对固体材料结构与缺陷进行系统研究，发行系统研究，发 展了在原子尺度研究材料精细结构的展了在原子尺度研究材料精细结构的技术技术 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 新相及新相及畴结构。

用超结构象显示有序合金畴结构用超结构象显示有序合金 中不同种类原子的中不同种类原子的方法，确定了几种新结方法，确定了几种新结 构，直观揭示合金非公度结构构，直观揭示合金非公度结构生成机制，生成机制， 对合金结构理论提出独创性见解曾获国对合金结构理论提出独创性见解曾获国 家自然科学一等奖多项奖励，发表专著家自然科学一等奖多项奖励，发表专著3 3 本，刊物论文本，刊物论文200200多篇9191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4142。