非晶态金属,也称金属玻璃。金属玻璃又称非晶态合金, 它既有金属和玻璃的优点, 又克服了它们各自的弊病.如玻璃易碎, 没有延展性。金属玻璃的强度**钢, 硬度**过高硬工具钢, 且具有一定的韧性和刚性, 所以, 人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃”。
对科学家来讲,玻璃是任何能从液体冷却成固体而无结晶的材料。大多数金属冷却时就结晶,原子排列成有规则的形式称作晶格。如果不发生结晶并且原子依然排列不规则,就形成金属玻璃。不像玻璃板,金属玻璃不透明或者不发脆,它们**的原子结构使它们有着特殊的机械特性及磁力特性。普通金属由于它们晶格的缺陷而容易变形或弯曲导致*性地失形。对比之下,金属玻璃在变形后更容易弹回至它的初始形状。缺乏结晶的缺陷使得原铁水的金属玻璃成为有效的磁性材料。
金属玻璃是 1960 年被发明的新材料,多年以来被各国科学家广泛而深入地研究。与相应的晶态合金相比,这种材料展现出非常*特的力学与物理性能,使之在多个领域都有广阔的应用前景。同时,金属玻璃作为结构无序材料中一类相对简单的代表体系,是研究非晶态物理的一个比较理想的材料模型。解决金属玻璃中的基本科学问题,比如它的结构表征、形变机理、玻璃转变、玻璃形成能力等,不仅可以促进金属玻璃本身的应用,而且也将推动整个凝聚态物理学的发展。
纳米金属材料是形成纳米晶粒的金属与合金。具有晶界比例,比表面能,表面原子比例大等特点。粒径由100nm降至5nm,颗粒表面能与总能量之比由0.8%增至14%,晶界比例由3%增至50%,表面原子的比例增至40%,2nm时增至80%。具有特异性能:纳米可提高燃烧效率;含1.8%C的钢,纳米晶断裂强度可达4800MPa。
纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体,也不同于长程无序、短程有序的“气体状”固体结构,是一种介于固体与分子间的亚稳中间态物质。因此,一些研究人员把纳米材料称之为晶态、非晶态之外的“*三态晶体材料”。正是由于纳米材料这种特殊的结构,使纳米材料科学与技术之产生四大效应,即小尺寸效应、**效应(含宏观**隧道效应)、表面效应和界面效应,从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能,表现出*特的光学、电学、磁学、催化、化学特性和**导性能等特性,使纳米材料在*、电子、化工、冶金、轻工、航空、陶瓷、核技术、催化剂、医药等领域具有重要的应用价值。
由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对纳米颗粒而言,尺寸变小同时其比表面积显著增加,从而产生一系列新奇的性质。例如米颗粒对光吸收显著增加,与大尺寸固态物质相比纳米颗粒的熔点会显著下降,例如,2nm的金属颗粒熔点为600K,随着粒径增加,熔点迅速上升,块状金属为1337K。还有,小尺寸的纳米颗粒磁性与大块材料有明显的区别。一般固体的热运动于晶格振动,固体本身并不运动。而对于纳米金属粒子,除了晶格振动以外,颗粒整体也振动,结果使纳米金属粒子比导体中的电子自由程小,其磁畴比强磁性物质的磁畴小,有时甚至小于磁畴,从而呈单磁畴结构。
轻金属是相对密度小于5的金属,其中又分为有色轻金属和稀有轻金属两类。有色轻金属有铝、镁、钙、钛、钾、锶、钡等,**种在工业上多用作还原剂,铝、镁、钛及其合金相对密度较小,强度较高,抗蚀性较强,广泛用于飞机制造和宇航等工业部门。稀有轻金属有锂、铍、铷、铯等,铍主要用于配制铍青铜,由于铍的热中子俘获截面小,又可用作原子核反应堆的结构材料。锂用作金属冶炼时的脱氧剂和除气剂,并作为热核反应材料。
轻金属资源丰富,铝、镁的地壳丰度均居**,远**过常用重有色金属。且与重有色金属仅有单一类矿物资源的情况不同,除铝外,其余的轻金属大都拥有矿物和卤水(海水及盐湖卤水、地下卤水等)两类资源。
轻金属工业矿物亦与以硫化矿为主的重有色金属工业矿物不同,前者基本均为氧化矿,主要有硅酸盐(铝土矿、霞石)、碳酸盐(菱镁矿、白云石、石灰石)、硫酸盐(明矾石、芒硝、石膏、天青石、重晶石)和磷酸盐(磷灰石)等,也有部分矿物为氯化物(食盐、钾盐、光卤石)和氟化物 (萤石)。
轻金属矿物中含有的共生有价金属,在铝工业生产中已开展综合利用工作。如铝土矿中的镓、钒,霞石矿中的钠、钾等均已开始作为副产回收。而在卤水资源中,一般均含有钠、钾、钙、镁、硼、锂、铷、铯等多种元素,综合回收这些元素尤为重要。在以卤水为资源的工业生产中,多种轻金属实际上均为综合利用的产物。
高品位轻金属矿物可在经破碎处理后直接用于冶炼,低品位轻金属矿物或者只适用于特定的方法直接进行冶炼,或者需先经选矿富集。
以卤水作为原料时,一般须先进行蒸发浓缩,然后分阶段提取各个金属盐类的富集物。如盐湖卤水经日晒蒸发后,顺次结晶析出氯化钠,钾石盐、光卤石及水氯镁石,可分别作为提取钠、钾、镁盐的原料。
金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。 地球上的绝大多数金属元素是以化合态存在于自然界中的。这是因为多数金属的化学性质比较活泼,只有较少数的金属如金、银等以游离态存在。金属在自然界中广泛存在,在生活中应用较为普遍,是在现代工业中非常重要和应用多的一类物质。
狭义的有色金属又称非铁金属,是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体(通常大于50%),加入一种或几种其他元素而构成的合金。我国在1958年,将铁、铬、锰列入黑色金属,并将铁、铬、锰以外的64种金属列入有色金属。这64种有色金属包括:铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铜、铅、锌、锡、钴、镍、锑、汞、镉、铋、金、银、铂、钌、铑、钯、锇、铱、铍、锂、铷、铯、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、镓、铟、、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、硅、硼、硒、碲、砷、钍。
有色合金的强度和硬度一般比**属高,电阻比**属大、电阻温度系数小,具有良好的综合机械性能。常用的有色合金有铝合金、铜合金、镁合金、镍合金、锡合金、钽合金、钛合金、锌合金、钼合金、锆合金等。有色金属中的铜是人类早使用的金属材料之一。现代有色金属及其合金已成为机械制造业、建筑业、电子工业、航空航天、核能利用等领域不可缺少的结构材料和功能材料。
另外还有就是合成金属,是由两种或两种以上化学元素,且其中至少有一种是金属元素所组成具有金属特性的物质称为合金。由两种元素组成的合金统称为“二元合金”,由三种以上元素组成的合金通称为“多元合金”。合金的结构和性质,决定于组成合金的组分间相互作用的特性。