1　引言

非晶合金是一类具有长程无序、短程有序结构的新材料，其独特的结构使它与普通晶态金属相比具有许多特殊的力学、物理及化学性能，从而愈来愈受到人们的重视。与传统的非晶合金相比，大块非晶合金通常具有很高的热稳定性，能呈现出明显的玻璃转变过程和很宽的过冷液相区。大块非晶不仅具有极强的玻璃形成能力，而且具有一系列优良的力学、物理、化学性能，在机械、通信、航空航天、汽车工业、化学工业、运动器材乃至国防军事上都具有广泛的应用潜力。

材料的结构，特别是原子级结构，决定着材料的性能。非晶合金较之相应的晶态合金之所以具有一系列优异的性能，就是由于其独特的原子结构。了解非晶合金的结构是全面深入理解非晶合金本质，解释非晶合金物理、化学以及力学行为不可缺少的工作。近几十年人们在非晶合金领域做了大量的实验工作，但在非晶结构方面的研究却远远滞后。原因是多方面的，主要原因在于非晶合金形成机制的复杂性，导致非晶合金具有复杂的原子级结构特征，这样势必在模型选择上造成相当大的困难，同时由于非晶合金中包含过渡金属，也给局域结构研究带来很大难度。目前，非晶合金结构的研究工作主要集中在非晶固体结构的测定和结构模型的研究上。

非晶合金的短程序包含化学短程序和几何短程序。近年来的研究表明：非晶合金中除短程序外中还发现有中程序存在，即在超出第一近邻的第二、第三近邻，甚至更远距离上仍然呈现出一定有序性。相对于短程序，中程序的存在对非晶的形成和性质影响作用更大，但分析也更困难。同时，由于非晶合金的结构复杂性，非晶合金晶化行为和结晶动力学特征的分析方法也比较贫乏，无法对非晶合金在晶化过程中的晶化行为进行有效的分析和描述。针对以上这些问题，本书从局域结构和原子堆垛角度出发，进行了系统细致的分析。

本书研究目的在于：①寻找一种新的非晶局域结构表征方法，以确切描述非晶合金在原子级别上的结构特征，并推导非晶合金中原子的堆垛机制；②探讨不同合金成分或组元的添加对非晶局域结构和原子堆垛的影响，分析其对合金GFA的作用；③分析非晶合金等温退火过程中合金局域结构的演变，研究非晶合金的晶化行为和结晶动力学特征。

本书的主要内容为：①根据近几十年学术文献中的试验和模拟径向分布函数，统计了包括纯金属、金属/金属、金属/类金属在内的从一元到五元共90多种非晶态材料的PDF峰位分布数据，并将这些数据归一化处理后进行总结分析，以研究非晶合金的局域结构特征和原子堆垛规律。②根据原子密堆积模型，原子在空间中紧密排列在一起而形成具有周期性的原子堆垛结构，并比较此结构与非晶结构的异同之处，从而获得非晶结构在短程和中程上的原子堆垛机制及其与有序密堆结构的关联。③通过热力学分析以及同步辐射衍射，研究了Zr-Cu二元和Zr-Cu-Al三元合金中不同成分对局域结构和原子堆垛的影响，及其对合金GFA的影响。④研究第四种元素M（M=Be，Ag，Gd）添加对Zr-Cu-Al-M的热稳定性、GFA的影响。并从非晶合金结构方面解释M元素的添加对合金熔体以及铸态非晶结构的作用。⑤通过原位同步辐射实验，研究了Zr₄₈Cu₃₆Al₈Ag₈合金在743K下的等温晶化行为，并通过PDF分析得到合金在晶化过程中的结构演变和结晶动力学特征。⑥通过RMC模拟得到Zr₄₈Cu₃₆Al₈Ag₈合金非晶态三维原子构型，并通过键对分析、键取向序分析和Voronoi多面体分析等技术研究原子在局域结构中的堆垛特征和分布规律，及非晶局域结构对GFA的影响。

本书的主要创新点在于：①采用数据统计的方法获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壳中，这些配位球壳与中心原子之间的相对配位距离是相同的；②原子在中程上的堆垛以一维和二维密堆原子结构为主，不存在三维的原子堆垛结构，PDF第二峰劈裂是由非晶合金密堆垛特征所决定的；③从局域结构和原子堆垛方面研究了非晶合金的GFA，探讨了不同组元和成分条件下，不同的局域结构特征对合金GFA的影响；④通过分析非晶合金在等温退火过程中的局域结构演变，研究了非晶合金的晶化行为和结晶动力学特征，探讨了非晶合金在不同结晶阶段的原子扩散过程和机制。

本书的研究意义在于：①为非晶合金的局域结构研究提供一种全新的表征方法； ②为非晶合金中原子的堆垛机制提供理论基础；③从原子级别结构和原子堆垛角度研究了合金的GFA，为GFA提供新的研究方法；④为探讨非晶合金的晶化行为和结晶动力学特征提供全新的分析方法。