非晶电学性能及非晶电性材料

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1984.03.013 北京钢铁学院学报 1984年第3期 非晶电学性能及非晶电性材料 精密合金教研室杨国斌 ) 非晶材料问世以来，在机械性能、化学性能及物理性能方面均显示不少优点与特点。从 材料科学及物理学角度都有深入探讨的价值。非晶材料在物理性能方面，除了优异的磁性为 入们所关注外，其电学性能也是人们感兴趣的部分。首先非晶材料具有高电阻值及低电阻温 度系数（有的为负电阻温度系数），这在实用上与理论上均值得研究。另外非晶具有超导特 性，有些材料在超导状态下其临界转变温度较晶态为高。不少非晶材料在低温下观察到电阻 极小值效应（近藤效应）也是当前人们进行探讨的话跃课题。非晶结构是长程无序的，因此 不存在如同晶态那样的点阵周期场，故非晶中电子能带结构与晶态有显著差别，这一差别对 于电性的影响以及非晶能带结构问题都是重要的理论问题。本文不拟仔细讨论理论问题，耐 是从非晶材料在电学性能上与晶态有何区别，非晶在电性方面的特性，并讨论构成这些特性 的可能物理本质，预测一下非晶电性材料在几方面的可能应用。 一、非晶的电性特点 1. 非昌态与昌态合金的电性比较 表1 晶态、液态与非晶态合金导电性比较 状态及合金 P3oK(μ2cm) TCR= 1 ×(10-8/℃) R3oox/R4.2K p dT 晶态 Cu 1.72 433 2008600 Na 4.6 546 液态 Cu 21.1(熔点附近) 50 Zn 37.4(熔点附近) -20 Ago.&Sno.2 83(熔点附近) -10 Ago.,Sn。.3 79 (熔点附近) +15 Fe1-xGex 100~150熔点附近 +~- 非晶态 Nba.Nio.。 150 -7 0.96 Ni1-xPx 100180 +15-5 0.99~1.05 Cuo..Zro. 350 -9 0.97 Pdo.Sio.2 86 8 1.03 112

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 非晶电学性能及非晶电性材料 精 密合 金 教研 室 杨 国斌 非 晶材料问 世 以 来 ， 在机械性能 、 化 学性 能 及物理性能 方而 均显示 不 少优点 与特点 。 从 材料科学及 物理 学角度都 有深入 探讨 的价值 。 非 晶材料 在物理性能 方面 ， 除了优异 的磁性为 人 们所关注外 ， 其 电学性 能 也是 人们感 兴趣的部分 。 首 先非 晶材料 具有高 电阻值 及低 电阻温 度系数 有的 为负电阻温度 系数 ， 这 在实用 上与理论 上均值 得研 究 。 另外 非 晶具有超导 特 性 ， 有 些材料 在超导 状 态下 其 临界转变温度较 晶态 为高 。 不少 非 晶材料在低 温 下 观 察到 电阻 极小值 效应 近 藤效 应 也是 当前人们进 行探讨 的 活 跃课题 。 非 晶结构是长程 无序 的 ， 因此 不存在如 同 晶态那样的点 阵周 期场 ， 故非 晶中电子能 带结 构与 晶态有 显著差别 ， 这 一 差别 对 于 电性 的 影 响 以 及非 晶能 带结 构问 题都 是重 要 的 理论问 题 。 木文不拟 仔细讨 论 理 论问 题 ， 而 是 从非 晶材料 在电学性能 上与 晶态有何 区别 ， 非 晶在 电性方面 的特性 ， 并讨 论 构成这 些特 性 的可能物理 本质 ， 预测 一下非 晶电性材料 在几 方面 的可能 应用 。 一 、 非 晶的 电性特 点 非 态 与 态合金 的 电性 比较 表 晶态 、 液 态与非 晶态合金导 电性比较 让 二 、 人 ， 二 、 ， 。 。 ， ， 。 。 ， 、 。 状 态 及合金 。 。 卜‘ 尺 止 共深 一 。 ℃ 尺 。 。 。 犷 、 ， 一 学 ‘ “ “ 一 ’ 尸 一 ‘ 盯一 饰 “ 一 ’ 一 ‘ 一 ‘ …万 ‘ “ “ ‘ ’ ‘ 一 ’ “ ‘ ’ 晶 态 … … 液 态 … ’ ‘ · “ 熔点 附近 ， “ · ‘笋点 附近， 一 “ 。 · ， ” 。 · ‘ ‘咚亨附近 ， 一 ‘ 。 · ， ” 。 · … 熔点 附近 … ‘ 卜 ‘ 一‘ 熔点 附近 十 ‘ 一 霖 。 考、 。 … 一 … 一 ， 丫 ， 一 。 。 。 ‘ 一 。 二 。 · · 多 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1984．03．013

由表1可见，就电阻率p而言，液态与非晶态的p在室温下可达50一350μ2cm,比晶态 大10一100倍之多。另外液态与非晶态的电阻温度系数TCR比晶态的小得多，有的为负值。非 晶的室温电阻与低温电阻比值Ra0ok/R4.2K接近1。我们知道可用晶态合金的Ro/R。.K比 值来估价金属之纯度。非晶显然不能作这方面的应用。从应用角度考虑，非晶态材料具有高 的p与低的TCR有重要实用意义。 2.非晶电子态 大家知道能带论是研究晶态固体电子运动的主要理论，能带论认为固体中的电子不是束 缚在个别原子上，而是在整个晶体中运动，，因此是共有化的。每个价电子基本上看作是相互 独立的，它们在点阵周期场内运动，这个周期势场包括原子 P(EX 实及其他电子的平均势场。非晶态中的电子运动的规律与晶 态中比较有相近之处，也有不同之处。对于非晶中的电子运 价 动时的大多数问题，可看成是相互独立的，但是非晶中的势 EA Eo 场不能再看作是周期性的。 KE) 非晶中也有导带和价带，它们之间有禁带相隔，能带的 存在是不依赖于晶体周期性的，差别在于能态密度函数存在 价静 于尾部。如图1所示。 Eo 在晶态中能带中的状态是共有化运动状态，而在非晶中 图1非晶半导体与晶态半 状态分为二类：-·类为扩展态，一类是定域态。在导带中E> 导体能态密度比较 a. 非晶半导体 E。的状态(Ec为临界状态)是扩展态，它的波函数延伸在 b,晶态半导体 整个空间，相对于电子可以通过隧道效应从一个势阱穿到另一个势阱，它类似于晶态中的共 有化运动状态。在：导带中E<Ec态是定域态，它的波函数只局限于一些中心点附近，随着远 离中心点的距离增大而呈指数衰减。电子不能通过隧道效应在整个材料中运动，而是在较小 的范围内作定域运动，所以叫定域态。 对于非晶扩展态中载流子导电的机理和晶态中载流子导电的机理相似，而在定域态中的 载流子只能通过晶格振动的相互作用交换能量，才能从一个定域态跳到另一个定城态。可以 看出，分析非晶中导电特性，就需着重分析定域态的导电机理。目前这方面的理论还很不成 熟。 二、非晶电阻率ρ对温度T的依赖关系 1.p一T曲线 在高温段非晶的P一T关系大体有类似的 趋势，如图2所示的(Fe,Nigo)BoB2。非晶在 1.1 加热与冷却过程中p一T曲线。在晶化温度T× 以前P∝T,而在Tx以上P急剧下降，直到晶化 结束，P又随温度上升而增大。冷却时p随T线 0.9 性下降。 300 500 700 低温段非晶的P一T曲线较为复杂。随成 900T(k) 份之不同有三种情况，如图3所示。A、B、C 图2(Fe,Nia)soB:。非晶的p一T 表示不同成份非晶的三种不同走向的P一T曲 曲线 113

由表 可见 ， 就 电阻 率 而 言 ， 液态与非 晶态的 在室温下 可达 一 协 ， 比 晶态 大 一 倍 之 多 。 另外 液 态与 非 晶态的 电阻温 度系数 比 晶态的小得多 ， 有的 为负值 。 非 晶的 室温 电阻与低温 电阻 比值 。 。 ‘ 接近 。 我 们 知道可用 晶态合金 的 。 ‘ 比 值 来 估价金属 之 纯 度 。 非 晶显然 不能 作这 方面 的 应用 。 从 应用 角度考虑 ， 非 晶态材料具有 高 的 与低 的 有重 要实用 意义 。 非 晶 电子 态 大家 知道能 带 论 是 研 究 晶态 固体 电子运 动的主 要理 ’ 论 ， 能带论认 为固体 中的 电子 不 是 束 缚在个别原 子 上 ， 而是 在 整个晶体 中运 动 ， 因此 是共有化 的 。 每个价 电子 基 本上看 作是相 互 独立 的 ， 它 们 在点 阵周 期场 内运 动 ， 这 个周 期势场 包括原 子 实及 其他 电子 的 平 均势 场 。 非 晶 态 中的 电子运 动的规 律与晶 态 中比较 有相 近 之处 ， 也有不 同之处 。 对于 非晶 中的 电子运 动 时的大多数问 题 ， 可 看成是 相 互独立 的 ， 但是 非 晶 中的势 场 不能再 看 作是周 期性的 。 非 晶 中也 有导 带 和价带 ， 它 们之 间有禁带 相隔 ， 能带的 存在是 不 依赖 于 晶体周 期性 的 ， 差 别 在于 能 态 密度函数存在 于尾部 。 如 图 所 示 。 在晶 态 中能带 中的状 态是共有化运 动状 态 ， 而 在非 晶 中 状态分 为二 类 一 类 为扩 展态 ， 一 类是 定域 态 。 在导 带 中 。 的状态 。 为临界状 态 是扩 展 态 ， 它 的波函 数延伸在 》 俄 。 毛 导非态晶体半晶半能导体态导体密度与晶比较态半 。 非晶 整个空 间 ， 相 对于 电子可 以 通过 隧道 效 应从一 个势 阱穿到 另一 个势阱 ， 它 类似于 晶 态 中的共 有化运 动状 态 。 在导 带 中 。 态是定域 态 ， 它 的波函数只局限于 一 些 中心 点附 近 ， 随 粉远 离 中心 点的 距 离 增大而 呈 指数衰减 。 电子不能 通过 隧道 效应在 整个材料 中运 动 ， 而是 在较小 的 范围 内作定域 运 动 ， 所 以 叫定域 态 。 对于 非晶扩 展 态 中载流 子导 电的机 理 和 晶态 中载流 子导 电的机理相 似 ， 而 在定域 态 中的 载流 子只 能通过 晶格振 动 的相 互作用 交换 能量 ， 才能从一 个定域 态跳 到另一 个定域 态 。 可 以 赞出 ， 分析非 晶巾导 电特性 ， 就需 着重分 析定域 态 的导 电机理 。 目前这 方面 的理论还 很 不成 熟 。 二 、 非晶 电阻 率 对温 度 的依 赖关 系 寺 一 曲钱 在高温段非 晶的 一 关 系大体 有 类 眼的 趋势 ， 如 图 所示 的 。 。 。 。 。 。 非 晶在 加热 与冷却过程 中 一 曲线 。 在 晶化温度 以前 ， 而在 以 上 急剧 下降 ， 直 到 晶化 结 束 ， 又随温度 上升 而增大 。 冷 却 时 随 线 性下 降 。 低温段 非 晶的 一 尸 曲线 较 为复 杂 。 随 成 份之 不 同有三 种情 况 ， 如 图 所示 。 、 、 卜 表示 不 同成份 非 晶的三 种不 同走向的 一 ‘ 曲 勺协 图 。 。 。 。 。 。 非晶的 一 曲线 汇衍 岁夕气 ‘ 声价介

线。按温度范围可以分作三个温度段。在I段(20K 以下)随温度下降电阻率按p∝~1nT变化。在I段 中(20-80K)电阻率按pc±T变化。即对A, C型合金按p∝T,对于B型合金按P~T。对于 晶态合金当T《0时p∝T5,在非晶中不存这种电 阻率与温度的依赖关系。在I段P∝±T。 2.非墨电阻的理论 B 非晶在电阻行为方面与晶态相比是有一些特点 的，如高电阻，低电阻温度系数（有的为负值）， 以及在低温电阻极小值效应方面的某些特点等，这 些都是值得探讨的理论问题。对于非晶电阻特征的 2010 6080 100130 探讨在文献中有两种模型：局域自旋涨落模型与 T(K) S-d散射模型。Hasega wa R〔1)提出局域自旋涨 图3非晶合金在低温段的三种 落模型，Mott〔2)提出S-d散射模型。Evans R〔3) 典型p一T曲线 与Cote P〔4)等人对非晶电阻的理论问题进行了研究。Evans等人的研究工作与上述二种模 型均得出在低温下电阻率按p∝T变化，在高温下按P∝T。若定量地比较用局域自旋涨落 理论与S-d散射理论所得到的结果，则它们是不能相互吻合的。这是因为有关态密度与声子 散射对P(T)的贡献的研究很不够，故作精确的定量计算尚有困难。 Dreirach O等人在测定Zr-Cu非晶结构因子aij(q,T)的实验基础上，对液态的过渡族 金属的电阻进行理论计算，其结果与实验符合的较好。用部分结构因子方法来讨论金属一 类金属非晶的电阻行为。要求确定所有部分结构因子，而在实际上电阻行为主要取决于过渡 族元素，所以可以用过渡族金属的简单结构因子来代替部分结构因子。这样非晶电阻可用下 式来描述： 下z p∝a(2kr)下2+4(E,s-Ep)2 (1) (1)式中Γ为能量宽度，E,。,是共 振散射能量，大约在3d带的中心，E: 为费米能，2kp为费米球直径，a为结 构因子。 结构因子a(K)对波数K的关系 曲线如图4所示。图中Z为价数，T1 与T:为二个不同的温度下所测的结 构因子与K的关系曲线。 状态密度N(E)与能量关系曲线 如图5所示。E,:为共振散射能量， 2=1 2 3 相当于d带中心。图5中箭头所标为各 元素的费米能位置。由(1)式可知，决 定非晶电阻率p大小的主要是a(2kp) 项和(E:-E)项。(E::一E)项 图4结构因子a(K)与波数K的关系曲线 的影响：从图5可见，N(E)一E曲线上给出Mn,Fe,Co,Ni过渡族元素及非过渡族元素 114

线 。 按温度范围可 以分 作三个温度段 。 在 段 以 下 随温 度下降电阻 率技 一 变 化 。 在 段 中 一 电阻率按 士 “ 变 化 。 即 对 ， 型 合 金 按 ， 对于 型 合金 按 一 ， 。 对于 晶态 合金 当 《 。 时 ‘ ， 在非晶中不存这 种 电 阻 率与温度的 依赖关 系 。 在 段 士 。 非 昌 电阻 的理 论 非 晶在 电阻行 为方面 与 晶态相 比 是有一 些特点 的 ， 如 高电阻 ， 低 电阻温度 系数 有的 为负值 ， 以 及 在低 温 电阻极小值效应方面 的某 些特点等 ， 这 些都是值 得探 讨 的理论问 题 。 对于 非 晶电阻特征的 探讨在 文献 中有 两种模型 局域 自旋 涨落模型与 一 散射 模型 。 〔 〕提 出局域 自旋涨 落模型 ， 〔 〕提出 一 散射模型 。 〕 气 图 非 晶合 金在低温 段的 三 种 典型 一 曲线 与 〕等人 对非 晶电阻 的理论问题 进 行 了研 究 。 等人 的 研究工 作与 上述二 种模 型 均得 出在低温 下 电阻 率按 变 化 ， 在高温下按 。 若 定 量 地 比较用局 域 自旋 涨 落 理论 与 一 散射 理 论所得到 的结果 ， 则 它 们是不 能相 互吻 合 的 。 这 是 因 为有关态 密度与 声 子 散射对 的贡献 的研究很 不够 ， 故 作精确的定量计 算尚有困难 。 等 人在测 定 一 非 晶结 构因 子 ， 的实验 基础 上 ， 对液态 的过渡族 金属 的 电阻进 行 理论计 算 ， 其结果与实验符 合 的较好 。 用 部分结构因子 方法来 讨论金属 类金属 非 晶的电阻 行 为 。 要求确定所有部分结 构因子 ， 而在实际 上电阻行 为主 要取 决于过－渡 族 元 素 ， 所 以 可 以用 过 渡 族金属 的简单结 构因子来 代替部分结构因 子 。 这 样非 晶电阻 可用 下 式 来 描述 “ 份可 目 万花石百丢万豆万可 式 中 为能量宽度 ， ， 。 是共 振散射能量 ， 大约在 带 的 中心 ， 为费米能 ， ， 为费米球直径 ， 为结 构 因 子 。 结 构因子 对 波数 的关 系 曲线如 图 所示 。 图 中 为价数 ， 与 为二 个 不 同的 温度下 所测 的结 构因 子与 的关系曲线 。 状态 密度 与 能量关系曲线 如 图 所示 。 ， 。 为共振散射 能量 ， 相 当于 带 中心 。 图 中箭头所标 为各 元 素的费米能位置 。 由 式可 知 ， 决 定 非 晶电阻 率 大小 的主 要是 ， 项和 。 一 ， 项 。 。 一 ， 项 丫 ”， ‘ 几 ‘ 吕甘。 乙 “ 图 结构 因子 与波数 的关 系 曲线 的 影 响 从 图 可见 ， 一 曲线 上给 出 ， ， 。 ， 过 渡族 元 素及非过 渡 族 元 素

Mn Fe Co Ni 200 d.band Ep 160 Fermi Energy Fe 120 Co 云 草 Ni 80叶 Eres 40 s band Cu b 3d3d03d3d3d19 E 图5状态密度与E的关系曲线 图6几种金属在熔点处的电阻率P Cu的费米能Er位置，Mn的Er几乎处于d带的中心，所以E,一Er很小。按(1)式Mn应 具有大的电阻率p值，而Fe,Co,Ni,Cu的非晶的电阻值依次递减。这一理论推测为实 验所证实，如图6所示的是几种金属在熔，点处的P值。因为液态的电阻值与非晶态的相近， 故图6给出的实验数据与按图5预测的非晶理论电阻值相符。以这些金属为基组成的非晶合金 的p值也体现按Mn,Fe,Co,Ni次序电阻值逐渐变小的倾向。例如(Fe,Mn)PBAI的 p值高达p~370μcm,而Fe基非晶合金的p~160μ2cm,Au基的Au-Ge-Si非晶的 p~100μ2◆cm。 a(2ke)项的影响：由图4可见，2K的位置由价数Z米定（即由每个原子的电子数e/a来 定)，例如当Z=1时，a(K)的峰值处在Kp的左侧，即2K<K,如pd的2K即处于此 处。当Z=2时，如Zr,Nb和Ti等金属及合金的2K刚好处在K附近。图4中虚线所示的为 在T,下测得的a(K)值，实线为在T:下测得的a(K)值，T:<T,即当温度升高时p下降， 即这类非晶具有负的电阻温度系数(TCR)。这个理论预测与实验相符。即Zr,Nb,Ti等 元素在非晶态下具负的TCR,而且与这些过渡族元素组成的非晶合金如Nb-Ni,Zr-Cu, Zr-Ni,Zr-Co,Zr,oPds及Ti-Be-Zr等，它们的TCR均为负值。 2k值可以用实验来测定，例如可用正电子湮没法测定非晶的2k值，从角关联曲线中 的断开处求2kr值。最近盐谷、沟口〔5〕报导了测定Mg。.,Zn。.3非晶的2Kr值，2kF= 2.82(A)-。与按式(2)计算的理论数值比较，二者符合的很好。 2kr=2(3π2(e/a)d.N/A) (2) (2)式中d为密度，N为亚佛加德罗常数，A为平均原子量，Mg与Zn为2价，故e/a=2, 测得合金密度d=2.92克/厘米，计算得2k=2.83(A)-1。说明用正电子湮没法测2k值 有效，但当费米能级处于带附近，则角关联的断开位置不好确定，此种情况下便不能用正 电子湮没法测得2k值。2k:值的测定还可以用雀尔系数测置法。测定霍尔系数R后，可按 (3)式计算出2k值。 71/3 2kp=2 -3π2 eRH (3) 对于非过渡族金属测定RH值用(3)式计算所得2k与用(2)式计算所得2k符合得较好。 8.非晶电阻温度系敞(TCR)的控制 非晶的TCR值低，有的非晶具有负TCR。通过什么办法可以控制非晶的TCR呢？首先 115

‘“甘”甘 口。日 伪场 已 宜 “ 一 车 、 人“ 价 。 未 、 、、 、、 ‘ …… 目 一 恋 二 么李仁 “ 卜东不茄厂荪飞 ， 丈声 ‘，，口夕，， 自，满 图 状 态 密度 与 的关 系 曲线 图 几 种金 属在熔 点处的 电阻率 的 粉 米能 位 置 ， 的 几 乎 处 于 带 的 中心 ， 所 以 ， 。 一 ，很 小 。 按 式 应 具有大 的 电阻 率 值 ， 而 ， 。 ， ， 的非 晶的 电阻值 依次递减 。 这 一 理论推测 为实 验所 证实 ， 如 图 所示 的 是 几 种金属 在熔点处 的 值 。 因 为液态 的 电阻值 与非 晶态 的相 近 ， 故 图 给 出的实 验 数据 与按图 预 测 的非 晶理论 电阻值相符 。 以这 些金 属 为基组 成的非 晶合金 的 值 也体现按 ， ， ， 次 序 电阻值 逐渐 变小 的倾 向 。 例 如 ， 的 值 高达 协 · ， 而 基非 晶合金 的 卜 一 ， 裱的 一 一 非 晶的 卜 一 。 项 的 影 响 由图 可 见 ， 的位置 由价数 来定 即 由每个原 子 的 电子数 来 定 ， 例 如 当 时 ， 的峰 值处 在 的 左侧 ， 即 ， ， 如 的 ， 即处于 此 处 。 当 时 ， 如 ， 和 等金属 及合 金的 刚好处在 ，附 近 。 图 中虚线所示 的 为 在 下测 得 的 值 ， 实线 为在 下测 得 的 值 ， ， 即 当温 度 升 高时 下降 ， 即这 类非 晶具有负的 电阻 温度 系数 。 这 个理论预测 与实验 相符 。 即 ， ， 等 元 素在 非 晶态 下 具负的 ， 而且与这 些过 渡族 元 素组成 的非 晶合 金如 一 ， 一 ， 一 ， 一 ， ， 。 。 及 一 一 等 ， 它 们 的 均 为负值 。 ，值可 以用 实验来测 定 ， 例 如可用 正 电子湮 没 法测 定非 晶的 ，值 ， 从 角关 联 曲线 中 的断开处 求 值 。 最 近盐谷 、 沟 口 〔 〕报导 测 定 。 ， 。 。 非 晶的 ，值 ， ， 入 一 ‘ 。 与 按 式 计算的理论数值 比较 ， 二者 符 合 的很 好 。 ， 〔 二 么 〕 ‘ 产 吕 式 中 为密度 ， 为亚佛加德罗 常数 ， 为平均原 子量 ， 与 为 价 ， 故 ’ 测得合 金 密度 克 厘 米 ， 计 算得 ， 二 入 一 ‘ 。 说 明用 正 电子湮 没 法测 ，值 有效 ， 但 当费米能级处于 带附近 ， 则 角 关联 的断开 位置 不好 确定 ， 此 种情 况下便不 能用 正 电子湮 没 法测得 ， 值 。 ，值 的测 定还 可 以用 霍尔系数测 量 法 。 测 定 霍尔 系数 。 后 ， 可按 式计算出 ，值 。 「斋〕 “ 勺 对于 非过 渡族 金属测 定 值用 式计算所 得 与用 式计 算所得 ’ ，符 合得较好 。 非 晶 电阻通度系 橄 的控制 非 晶的 值 低 ， 有 的非 晶具有负 。 通过什 么办 法可 以控 制非 晶的 呢 一 首先

是通过成份控制这一主要手段来获得我们所需要的TCR值。如图7所示的为(Ni。,6 Pd。.6)100-xPx合金的p一T曲线。纵轴为Pr/p23,x值等于15,16,18,20,23，合金 的TCR为正值，x等于25,26.5,27.5合金的TCR为负值。可以预料略加调整成份，定可找 到TCR=0的合金。 改变成份合金的P及TCR发生变化的原因还是可以用结构因子来说明的。例如在非晶 (Pd:-xCux)6。P2合金系中，对x=0.1合金则p=150μ2cm,TCR=7×10-K-,而 对于x=0.5合金则p=260μ2cm,TCR=-8×10-5K-1。这种改变可用图4解释，每个 Cu原子有一个价电子，在x=0.1时，此时合金的2kr处在Z=1的左侧，这时合金的p低， TCR为正，增加Cu含量到x=0.5时合金的2k更靠近Kp了，所以合金p增大，TCR变为 负值。 1.02x=27.5 □TCR>0 四TCR<0 X=18 1.01 26.6 Fe-东 a.Fe-B 口 5 1.Fe-Ce @:(Ni-Pd)-P 1,00 23m 26,5 Ni-宗a.N:-P 3 a,Pd-Si ▣ ,0.99 20 1.Ni-Ce a-(Cu-.12)-iP 0 Q a.(Cu-Ag)Ce 四 0.98 a.(Cu Agj-Si 16 Cu-系l,Cu-Ce L I.Cu-Sn 0.97 公 I.Ag-Sa 1.Au-Si 0.9心 人L上山L山LLL 60 80100 0 100200300 400500 0 2040 (K) 凉子% 图7(Nio.Pd。.)1oa-xPx 图8几种非晶系电阻温度系数TCR 非晶系的P一T曲线 为正与负的成分区 图8列出Fe基、Ni基的非晶 TCR 及液相合金的TCR的“+”与×10G “-”的成份区域。图中a表示非 80 晶，c表示液相合金。这些数据表 0 明，用调整成份的办法来控制非 60 晶的TCR是有广阔回旋余地的。 故不难推测，根据需要在多种非 40 晶系用调整成份办法找到TCR 为正、负或零的合金并不困难。 20 用热处理办法控制非晶的 200 TCR也是一个行之有效的办法。 400 600 例如李华瑞等人〔6)采用热处理 -200 办法改变(Feo.Ni。.2Cr。.),z Si2非晶溅射薄膜的TCR,如 图9所示的为热处理改变非晶 图9 (Feo,Ni。Cr。.),2Siz。非晶薄膜的TCR TCR的情况。改变TCR的原因 与热处理温度的关系 116

是 通 过 成份 控 制 这 一 主 要 手段来 获得 我 们 所需要 的 值 。 如 图 所示 的为 。 。 。 。 。 。 一 、 合 金 的 一 曲线 。 纵轴 为 。 ， 值 等于 ， ， ， ， ， 合 金 的 为正值 ， 等于 ， ， 合金 的 为负值 。 可 以预料略加调 整成份 ， 定可找 到 的合金 。 改 变成份 合金 的 及 发 生变 化的原 因还 是 可以用 结构 因子来说 明的 。 例如在非品 一 。 。 合 金 系中 ， 对 合金则 协 · ， 一 ‘ 一 ，， 而 对于 二 ， 合 金则 林 ， 一 一 一 ‘ 。 这 种改 变可用 图 解释 ， 每 个 原 子 有一 个价 电子 ， 在 时 ， 此 时合金 的 处 在 的左侧 ， 这 时合 金 的 低 ， 为正 ， 增加 含量 到 二 。 时合金 的 ， 更靠近 ， 了 ， 所以 合金 增大 ， 变 为 负值 。 脉玉盛牙三 仁习 口口 丁 二 比 “ 。 ‘ 货 ‘ · … … 。 乃 ︸八甘， 卜、占八 、一八甘 。 理、 占 ‘ · 。 江万丁 川祥泌︸ 改 ， 。 。 、 卜 。 。 几为种正 与非负晶系的成龟分阻温区度 系数 ‘ ‘ ‘ ‘ 举‘ 图 。 。 一 系 。 一 口 。 ， “ 、 “ ，“ “ 、 “ ‘ 、 、 、 、 、 、 、 、 肠 一 系 一 亡卫 二习 一 口 。 一 、 、 、 灿 砧 、 、 、 、 、 、 叭困 一 系 一入助 〔 卜招卜 ‘交 优。 人幻 一 。 一 。 协 一 卜 、 、 一 。 人 一 。 人 币 卜 、 、 侧 一、 、 、 叨 · ’ 一 、 ‘ 、 、 一 一 一 二 一 一 一一 原子 。 。 。 。 一 图 非 晶系的 一 曲线 图 列 出 基 、 基的非 晶 。 · 及液相 合金 的 的 ” 与 一 一 ” 的成份 区域 。 图 中 表示 非 。 晶 ， 表示液 相 合 金 。 这 些数据表 明 ， 用 调 整成份 的办法来控 制非 晶的 是有广 阔回旋余 地的 。 故不难推测 ， 根 据需要在多种非 晶系用 调 整成份 办法找 到 为正 、 负或零 的合金 并不 困难 。 用 热 处理 办 法 控 制 非 晶的 也是一 个行之 有效 的办法 。 。 例 如李华瑞 等人 〕采用 热 处理 办法改变 。 二 。 。 ‘ ， 一 非 晶溅射 薄膜 的 ， 如 图 所 示 的 为热 处理 改 变 非 品 图 的情 况 。 改 变 的原 因 ‘ 。 。 ‘ 。 非晶 薄膜的 与 护热处理 温度 的关 系

是在热处理过程中发生了晶化过程，随着晶化量的增大TCR增大。作者找到了获得TCR≈ 0的最佳热处理制度。 4.近藤效应(Kondo effect) 在晶态合金中，一般P随温度降低而下降，到极低温度下温度下降P不变，T=OK的P 值叫残留电阻。而对于某些晶态合金，如在Cu中加入少量0.05一0.2%Fe,则在低温下观 察到p有一极小值，用pmsn表示，对应Pmin的温度用Tm1n表示。这就是文献中常提到的低 温电阻极小值现象。l963年Kondo对这一现象作了理论解释，故称Kondo效应。Kondo提 ,出磁矩与电子耦合模型。他认为只有当杂质是铁磁性时，具有磁矩，该磁矩与导电电子发生 交换作用，这导至了对电子运动的散射作用，故p随温度下降反而增大，因而造成一个P=1。 在晶态系统中Ko·do型电阻极小值仅存在于非常稀的铁磁杂质合金中（杂质小于0.1%)， 而当杂质含量高时，Ko·do型电阻极小值效应完全被合金的自旋一自旋效应给掩盖了。 但在非晶系统中，电阻极小值效应的成份范围大大扩展了。在大多数非晶系中均发现了 电阻极小值效应。它们的成份范围自弱顺磁到强铁磁，如Pd-Si系中含有铁磁性元素C0, Fe,Cr,Mn;Ni-P,Pd-Ni-P,Fe-P-C,Co-P,Fe-Ni-P-B-AlFe-Mn-P-B- AI。在这些合金系列的电阻极小值效应都是惊人的相似。在非晶中Pm1n效应成为人们感兴 趣的物理问题。这方面的研究论文很多，大体可分为三种观点（模型)。 (1)磁有序模型： A.Fert与R.Asomoza〔7)曾对一系列稀土非晶的低温电阻进行了研究。如图10所示 的NiDy非品p一T曲线。在无磁场情况存在Pm1n值，随施加磁场及磁场强度的改变，Pmt。 值与Tm:均发生变化。作者认为低温电阻极小值现象是磁性起源的，即磁有序对P影响所 致。在NiRe(Ni,Dy,NiH。,及NiE:)等非晶中也均发现类似现象。 (2)Kondo模型： Kondo模型认为pm1n现象是由 于磁性杂质的磁矩与电子的交换作用 Dy Nis 导至电子的散射。例如纯Pd。,Si2o 296 oH=0kg 非中没有pm1n现象，而当加入Cr, H=8kg xH=20kg Crs,Crs,Cr,后的非晶合金均有 H=30 kg 293 pm4n效应。而且在Tm1n以下电阻率 与温度关系按p∝-lnT变化，随合金 Cr含量增大对数项增大。Tma大体 9 294 与Cr的浓度成正比。在PdSi系中加 入Mn,Fe,Co等杂质也同样出现 293 pm1效应。在Fe,aP:C1o,Tmin可 达200K,Tm:n也与加入Cr的浓度有 292 关，FeNiPB中加入Cr也观察到pmin 2 效应。 A92 不仅在PdSi中，在Fe,Co,Ni, 291 500015020u250 Cr,Mn系非晶中均观察到低温电阻 20 极小值现象。如K、V、Rao〔8)对 图10Ni,Dy非晶在施加与不施加磁场情况下 T:-yGy非晶系低温Pmn进行了研 p一T曲线 117

、 ， 或 如 是在热 处理过 程 中发 生 了 晶化过 程 ， 随 着 晶化量 的增大 增 大 。 作者找 到 了获得 、 的最佳热处理制度 。 近膝效应 在 晶态 合金 中 ， 一般 随温度降低 而下 降 ， 到极低温度下温度下 降 不变 ， 的 值 叫残留电阻 。 而 对于 某些 晶态 合 金 ， 如 在 巾加 入 少量 一。 ， 则 在低温下 观 察到 有一极小值 ， 用 二 ‘ 。 表示 ， 对应 二 。 的 温度用 ， ‘ 。 表示 。 这 就 是文 献 中常提 到的低 温 电阻极小值 现象 。 年 。 对这一 现象作 了理论解释 ， 故称 。 效 应 。 。 提 出磁矩与电子 祸合 模型 。 他认 为只 有当杂 质是铁磁性时 ， 具有磁矩 ， 该磁矩与导 电电子发生 交换作用 ， 这导至 了对 电子运 动 的散射作用 ， 故 随温度下降反 而增大 ， 因而造成一个 ‘ 。 。 在 晶态 系统 中 。 型 电阻极小值仅存在于非常稀 的铁磁杂质合 金 币 杂质小 于 ， 而 当杂 质含量 高时 ， 。 型 电阻极 小值效 应完全被合 金 的 自旋－ 自旋效 应给掩盖了 。 但 在非 晶 系统 中 ， 电阻极小值效 应 的成份 范围大大扩展 了 。 在大多数非 晶系 中均发现 了 电阻极小值 效 应 。 它 们 的成份 范围 自弱顺磁 到强 铁磁 ， 如 一 系 中含有铁磁 性元 素 。 ， ， ， ， 一 ， 一 一 ， 一 一 ， 一 ， 一 一 一 一 和 卜 一 一 一 。 在这 些合金 系列 的 电阻极小值 效 应都 是 惊人 的相 似 。 在非 晶中 二 。 。 效 应成 为人 们感兴 趣 的 物理问题 。 这 方面 的研究论 文很 多 ， 大 体可 分 为三 种观 点 模型 。 磁有序 模型 与 〔 曾对一 系列 稀土非 晶的低温 电阻进行 了研究 。 如 图 所示 的 非 晶 一 曲线 。 在无磁场情 况存在 二 ‘ · 值 ， 随 施加磁场及磁场强度的改 变 ， 二 ‘ 。 值与 二 ‘ 。 均发生变 化 。 作者认 为低 温 电阻极小值现象是磁 性起源 的 ， 即磁有序 对 影响所 致 。 在 ， 。 。 ， 及 ， 等非 晶中也均发现类似现象 。 模型 。 。 模型认 为 。 。 现象是 由 广 一 一一一一一，丫刀 于磁性杂质 的磁 矩与 电子 的交换作用 导至 电子的散射 。 例 如 纯 。 。 。 非晶中没有 ，。 现象 ， 而 当加入 ， 。 ， ， ， 后 的非 晶合金均有 。 。 效 应 。 而 且 在 。 。 以下 电阻 率 与 温度关 系按 一 变化 ， 随合金 言 含量 增大对数项增大 。 二 ，。 大体 乙 与 白勺浓度成正 比 。 在 ‘系 中加 蚤 入 ， ， 。 等杂质 也 同样出现 。 。 效应 。 在 。 。 。 ， ‘ 。 可 达含 ， 。 。 也 与加入 的浓度有 关 ， 中加入 也 观 察到 二 ，。 效 应 。 不仅在 中 ， 在 ， ， ， ， 系非 晶中均观 察到低 温 电阻 极小值现象 。 如 、 、 〔 〕 对 一、 ， 非 晶系 低温 。 进行 了研 二 妞蚝比魄 舀 丁二 族 二 、 ‘ 宁 ‘ 二 气 ‘ 卜 ， 鱿 少了 愉︸ 图 非 晶在施 加 与不 施 加磁 场情况 下 一 曲线

究，其中T(Fe,Co,Ni,Cr,Mn),G ·(P,B,Si,A1),研究表明T1-yGy非晶 200 系中均存在低温pmIn现象。Tmin自20mK到 300K不等。Fe-Ni与Fe-Mn系成份与Tm,n关 系如图l1所示。Fe,Co和Ni系合金中Tm1n是 150 自28K到40K,而Fe-Mn与Fe-Cr合金中的 9 Tm1n自8K到250K。图11所示的Fe-Ni系与 (FeraMng):nPaB:Al.s Fe-Mn系成份与Tm,n的关系表明，Fe基非晶 100 (Fe-xNix):TsP.iB.00A1.0s 合金，用周期表中Fe右边的元素如Co,Ni过 渡族元素作为溶质元素加入时，则Tm是低 的，低于50K。另一方面用周期表中Fe左边的 50 元素作为溶质元素加入时，Tm。在较高温度 下，如图11所示。 (3)隧道效应模型 0.00.20.40.60.81.0 Cochrane R.W〔9)等曾对一些非晶的 低温pm1n效应进行研究，实验表明，加45KOe 图11(Fe1-xNix),sP1.B。A13与 磁场情况下p∝InT关系不变，由此提出Pmin (Fe1-xMnx)7sP:B.Ala 不是磁性起源，他们采用Anderson在1972年 系的成份与Tmin关关 提出的二水平的隧道效应模型来解释pmn现象。并提出一个关系式： △p≈Vc3.1n(k2T2+△2) (4) (4)式中△为特征非量间隙，V。为离子与电子的库伦 力，k为波尔兹曼常数。T1k一K。及高桥实等(10)研 200 究了Fe(B,P)与Co一B二元非晶的低温电阻极小值效 应，结果表明，当温度低于「m1n时按p心a·1nT,系 (Fe1-xCrx)84B16 150 数α依赖于类金属元素的程度远比依赖于过渡族金属元 Ferro Tc 素的程度更甚。若按Kondo模型低于Tm1na应强烈依 Tmin 赖于过渡族金属的种类。但实验表明α依赖于类金属的 程度比依赖于过渡族金属更甚，故认为Pm;n效应用 Para Kondo模型解释不了，用隧道模型解释更为合适。因 50 为隧道效应模型是以非晶结构不稳定为依据的，在金属 —一类金属非晶合金系中，肯定存在结构不稳定性，实 ≥SG orMicto 01 02 03040.5 验所示的α强烈依赖类金属元素，正是因为类金属元素 X 强烈影响非晶稳定性所致。 图12 非晶(Fe1-xCrx)84B1e 应当承认低温电阻极小值效应的物理本质还远没有 合金磁相图及Tm1n和低 温下电阻率偏离-1nT 搞清楚。有趣的是近几年发现低温电阻极小值效应与因 关系的温度Td与Cr含 互效应在非晶中共存的现象。詹文山等人〔11)在(Fe1-× 量X的关系 C「x)。:B:。非晶系中观察到低温电阻极小值效应因互效应及自旋玻璃效应共存的现象。如 图12所示。它们之间的关系及其物理本质都是有待研究的课题。 118

艺 。 ‘ 句 屯少’ ，。 一 ‘一 “ ， 卫山 一 卜留闷︺日目 究 ， 其 中 ， ， ， ， ， ， ， ， ， 研究 表 明 卜 非 晶 系 中均存 在低 温 二 ‘ 。 现象 。 ，。 自 到 不 等 。 一 与 一 系成份 与 二 ， 。 关 系如图 所示 。 ， 和 系合金 中 。 是 自 到 ， 而 一 与 一 合 金 中的 二 ‘ 。 自 到 。 图 所示 的 一 系 与 一 系成份与 ， 。 的关系表 明 ， 基非 晶 合 金 ， 用 周 期 表中 右 边 的 元 素如 。 ， 过 渡族 元 素作 为溶质元 素加入 时 ， 则 二 ‘ 。 是低 的 ， 低于 。 另一 方面 用 周 期 表 中 左边 的 元 素作为溶质 元 素加 入 时 ， 口 ‘ 。 在较 高温 度 下 ， 如 图 所示 。 隧道效 应 模型 〔 〕 等 曾对一 些 非 晶的 低 温 二 ‘ 。 效 应进 行研究 ， 实验 表明 ， 加 磁场情况下 关系不变 ， 由此提出 二 ， 。 不 是磁 性起 原 ， 他 们采用 在 年 心 心 一一一石 。 图 一 。 与 ， 。 。 系的成 份与 。 ‘ 。 关 关 提出的二 水平灼隧道效应模型 来解释 二 。 现象 。 并提出一 个关系 式 今 ” 。 二 忿 △ 式 中么为待 亚 能量 月原 ， 。 为离子与 电子的 库 伦 力 ， 为波尔兹曼常数 。 。 “ 一 。 。 及 高桥 实等 〔 的 研 一 究 了 ， 与 。 一 二 元非 晶的低 温 电阻极 小值效 应 ， 结果 表 明 ， 当温度低于 ， 时按 ， 系 数 依赖于 类金属 元 素的程 度 远比 依 赖于过渡族 金 属 元 素的程度更甚 。 若按 。 模型 低于 口 ，。 应强 烈依 赖于过 渡族金属的种类 。 但实验表 明 依赖于类金属 的 程 度 比依赖于过渡族金属 更甚 ， 故 认 为 二 ，。 效 应 用 。 模型解释不 了 ， 用 隧道 模型解 释 更 为合适 。 因 为隧道效 应模型 是 以非 晶结 构不稳 定为依据 的 ， 在金 属 一 类金属 非 晶合金系 中 ， 肯 定存在结构 不停定性 ， 实 验所示 的 强 烈依赖类金属元 蒸 正是 因 为类金属元 素 强 烈影响非 晶稳定性所 致 。 应 当承认低温 电阻极小值效应 的 物理 本质还 远没有 搞清楚 。 有趣的是近几 年发 现低温 电阻极 小 值效应 与因 互效应 在非晶中共存的现象 。 詹 文 山等人 〔 〕在 七 ，一 一伙 少一 「 、 盆 全 竺一加卜 丁 非晶 一 、 。 。 合 金磁 相 图及 ，。 和低 ﹃︺ ‘妇引胃，土 温 下 电阻率 偏 离 一 关 系的 温 度 与 含 量 的关 系 乙 。 ‘ 。 非 晶系中观 察到低温 电阻极小 值 效应 因互效应 及 自旋 玻璃效 应 共存的现象 。 如 图 所 示 。 它们之 间的关系及 其物理本质都 是有待研究 的课题

三、非晶电性材料 非晶电性材料目前尚处于研究阶段。非晶材料在电学性能上展现出若干特点，如高电阻 值，低电阻温度系数（有的为负值）以及某些超导特性。这些特点使非晶很有可能在电性材 料方面获得实际应用。从使用角度考虑，电性材料一方面是高电导材料，这对于常导状态下 的非晶若与晶态材料相比显然非晶不具备优势。若在超导状态下非晶作为导体材料还是具备 一定特点与优点的。作为高电阻材料非晶与晶态相比有明显的优势。在这方面非晶最有希望 获得实际应用。 1.高电阻非曷材料 一般非晶合金的电阻率P比晶态的ρ高几倍到1一2个数量级。一般晶态金属的P仅为几到 几十μ2cm。而一般非晶的p均在100μ9cm以上。有的可达几百uRcm。例如Zr,Be。 的p为290μ2cm,Mo32Ru4aP2o的p为330μ2cm,W,Sia。B1的p为340μ2cm。目 前对高电阻非晶材料的研究还是很不够的，故开发新型高电阻非晶材料还大有潜力。 为获得高电阻非晶材料原则上可以从如下途径进行研制。首先设计成分使其能带结构发 生强烈改变，直至把导体性质变成半导体性质，这类非晶材料定会具有高电阻特性。其次在设 计成分时有意地加入一些合金元素，特别注意选择原子尺寸及价差与基体原子相差大的元素 作为合金元素，这样会更有效地减小电子的平均自由程，从而使非晶电阻值增大。 目前非晶电阻材料可以作成带材、丝材及薄膜材料。带材与丝材非晶电阻材料一般均有 一定塑性，因此提高这类材料电阻，以采用合金化的办法为宜。若应用中仅需要高电阻值， 不要求塑性，则以用薄膜非晶电阻为宜，为大幅度提高电阻率，调整成分以强烈改变非晶能 带结构，甚至可以制成半导体性质的非晶薄膜。高电阻非晶材料的使用温度不能太高，否则 发生结构变化，失去原有电子特性，这是非晶材料的局限性之一。 2.低TCR非晶材料 晶态合金中能作成低TCR电阻合金仅有少数合金系列，如Ni-Cr,Mn-Cu等。而非晶 合金系中则有大量的合金系列可以找到低TCR成份。有的还可以找到负TCR值，这类合金 可用作补偿材料。低TCR电阻合金属于精密电阻材料，一般使用温度都不太高，这就避开 了非晶材料的一个弱点。国内已研制成 C17.1+C2: (Fe。.Ni。.zCro.4),2Si2a溅射非晶薄 1.2 1.4 1,6 20 膜电阻材料，经过适当热处理后可得到极 200 低的TCR,已小批量生产。 180 15 为寻找TCR-→O的非晶电阻合金，在 160 10 成分设计时，首先在具有高阻值的固溶体 中寻找，另外若在合金系中找到正值TCRC 110 2X) 合金与负值TCR合金时，则在该合金系定&1 0 可找到TCR+0的合金成分。如图13所示 的为Ni-P非晶系p与TCR与成分关系。 100 图中还标出合金的电子浓度，合金的电子 80 10 15 20 25 浓度可用下式表述： P% C。=C1Z1+C2Z2 (5) 图13Ni-P非晶系的P与TCR与成分关系曲线 119

三 、 非晶 电性材 料 非 晶电性材料 目前尚处于 研究 阶段 。 非 晶材料在 电学性能 上展 现出若 干特 点 ， 如 高电阻 值 ， 低 电阻 温度系数 有的 为负值 以及某 些超导特性 。 这 些特点使非 晶很 有可 能在 电性 材 料方面获得实际 应用 。 从使 用 角度考虑 ， 电性 材料一 方面是 高电导材料 ， 这 对于 常导 状态 下 的非晶若与 晶态 材料相 比 显然非 晶不 具备优势 。 若 在超导状态下非 晶作为导 体材料还 是 具备 一定特点与优点的 。 作为高 电阻 材料非 晶与 晶态 相 比 有明显的优势 。 在这 方面 非 晶最有希望 获得实际 应用 。 离 电阻非晶材料 一般非 晶合 金的 电阻 率 比 晶态 的 高几 倍 到 一 个数量 级 。 一般 晶态金属 的 仅 为几 到 几 。 · 。 而一 般非 晶的 均 在 · 以 上 。 有的可 达 百 林 · 。 例 如 ， 。 。 的 为 卜 一 ， 。 。 。 的 为 林 一 ， 。 。 。 的 为 林 。 。 目 前对高 电阻非 晶材料的研究还 是很 不够 的 ， 故开发新型 高 电阻非 晶材料还大有潜力 。 为获得高 电阻非 晶材料原则 上可 以从如下 途径 进行研 制 。 首先设计 成分 使 其能带 结 构发 生强 烈改变 ， 直 至把导体性质变成半导体 性质 ， 这类非 晶材料 定会具有高 电阻特性 。 其 次在设 计 成分 时有意地加入一 些合金元 素 ， 特别 注 意选 择原 子尺寸 及价差 与 基体原 子相差大 的元 素 作为合金 元 素 ， 这样会更有效 地减小 电子的平均 自由程 ， 从而使非 晶电阻 值增大 。 目前非 晶电阻 材料可 以作成带材 、 丝 材及薄膜 材料 。 带材与丝 材非 晶电阻 材料一般 均有 一 定塑 性 ， 因此提 高这类 材料电阻 ， 以采用 合 金 化的办法为宜 。 若 应用 中仅需要 高电阻 值 ， 不 要求塑 性 ， 则 以 用 薄膜 非 晶电阻 为宜 ， 为大幅度提 高 电阻 率 ， 调 整成分 以强 烈改变非 晶能 带结 构 ， 甚至 可 以 制成半导 体性质 的非 晶薄膜 。 高 电阻 非 晶材料的使用 温度不 能太高 ， 否则 发生结 构变 化 ， 失 去原有 电子特 性 ， 这是非 晶 材料 的局 户 限性之一 。 低 非品材料 晶态 合金 中能作成低 电阻 合 金仅有少数合金系列 ， 如 一 ， 一 等 。 而非 晶 合金系中则有大量 的 合 金系列 可 以找 到低 成份 。 有的还可 以找 到负 值 ， 这类合金 可用作争嗜材料 。 低 电阻合 金 属于精 密 电阻 材料 ， 一般使 用 温度都 不太 高 ， 这就 避 开 上匆 甲 一 一 艺 ︵么、 。 。“。﹄ 心 了非 晶 材料的 一 个 弱点 。 国内巳研 制成 。 ‘ 。 。 ‘ ， 。 溅射非 晶薄 膜 电阻 材料 ， 经过适 当热处理后 可得到极 低 的 ， 已小批 量生 产 。 为寻找 、 。 的非 晶 电阻 合 金 ， 在 ， 成分设计 时 ， 首 先在具有高阻 值 的 固溶 体 息 中寻找 ， 另外若 在合金系 中找到正值 吸 合 金 与负值 合金 时 ， 则 在该合金系定 瓦 可找 到 ， 的 合金成分 。 如图 所示 的 为 一 非 晶系 与 与成分关系 。 图中还标出合金的 电子浓度 ， 合 金 的 电子 浓度可用下 式 表述 ， 一 … 一 一 … 一 ，乡尸 一 ” 一 一 一，丈丁二二 一 万 ， 二 一 一 图 一 非晶 系的 与 与成 分 关 系 曲线

(5)式中C,C,为二组元的浓度，2,2，为二组 20 元的价电子数。测定几组成分与TCR关系之后，便 C,=0 Ni-Si-B 可画出TCR与成分关系曲线，从图中便可找出C。= 15 1.5成分处TCR→0。 =-20(×10-10 另外在一定成分下，还可以用热处理办法调整 TCR,例如合金具有负的TCR,则采局部晶化热 处理法便可以使TCR增大。直至TCR+0。 盖c=0x0k 3.应变片用非屬材料 非晶材料作为应变片用材料有它的优点。例如 10 20 253035 与晶态相比具有高电阻值与低的TCR,而且应变因 Boron (at%> 图14在室温下Ni-Si-B系非晶电 子K3大体为常数（约等于2），应变系数e:不依赖 阻温度系数Cf与Si,B含量 于应变速度，对铜热电势小，一般非晶对铜热电势 的关系 在1一2微伏/K。非晶的应变系数e:可用下式表述： e1=C,+K,(a-a。) (6) (6)式中C:为应变材料的电阻温度系数，a为被测材料的热膨胀系数，a。为应变材料的热 膨胀系数，K:为应变因子。K,可用下式表述： K,==△R (7) 如Ni-Si-B系非晶在室温下可以找到C,=0的成分区。如图14所示。 表2 Ni-Si-B及Cu-Ag-P非晶合金性能与晶态合金比较 合金状态 合 金 C (10-/K)(μ2cm) K: E (10-8/KKμV./K) (K) Ni-Si-B NissSi16B17 0 152 2.0 11.3 2.0 771 非晶系 Nica Si1oBa2 3.9 142 2.1 9.8 1.9 791 NiorSiaB2o 4.2 139 2.1 10.7 1.9 784 NierSiB:e -2.6 155 2.0 10.9 1.9 805 Nies Si12B2o -2.3 154 1.9 10.9 1.9 793 Cu-Ag-P Cu77AgsP18 -123 136 3.1 1.02 383 非晶系 Cu7oAgoP18 97 137 2.5 1.07 388 CusoAgoP1 90 137 1.8 1.07 398 普通晶态 CussNias 20 49 2.1 -43 合 金 NiabCr20 70 108 2.1~2.3 4 Ni。Cr1Fe2s 180 110 2.5 表中C:为电阻温度系数，p为电阻率，K,为应变因子，a。为应变材料的热膨胀系数， Em为对铜热电势，T:为晶化温度。 由表2所列数据不难看出，非晶作为应变片材料还是大有希望的，在C,P,E:方面与 晶态相比有明显的仇越性。 120

伽 月占 ， 次公︾产 侧书叫。目。 式中 、 ， 为二组元的浓度 ， 、 ， 为二组 元 的价 电子数 。 测 定几 组成分 与 关系之后 ， 便 可画 出 与成分关 系曲线 ， 从图 中便可找 出 。 成分 处 ， 。 另外 在一 定成分下 ， 还可 以用 热处理办法调 整 ， 例 如 合金 具有 负的 ， 则采局 部晶 化热 处理法便可 以使 增大 。 直 至 。 应 变 片用 非 昌材料 非 晶材料作为应变片用 材料有它 的优点 。 例 如 与 晶态 相 比 具有高 电阻 值 与低 的 ， 而且 应变 因 子 大体为常数 约等于 ， 应变系数 ，不依赖 于 应变速 度 ， 对铜热电势小 ， 一般非 晶对铜热 电势 在 一 微 伏 。 非 晶的 应变系数 可用下 式表述 ， ‘ 一 。 “卜了一丽 笼可一飞。 ‘ ， 时 肠 、 图 在 室温 下 卜 一 系非晶 电 阻温度 系数 与 ， 含量 的关 系 沙 式 中 ，为应变 材料的 电阻 温度系数 ， 为被测 材料的热 膨胀 系数 ， 膨胀 系数 ， 为应变 因 子 。 可用 下 式 表述 。 为应变材料 的 热 △ △ 了 △ 如 一 一 系非 晶在室温下 可 以找到 ， 的成分 区 。 如 图 所示 。 表 一 一 及 一 一 非 晶合金 性能 与晶态 合金 比较 二二万丁二尸一万门二厂下万节下厂 竺鹰盘 一圃三 一 岁止一到盆 兰 表中 为 盆 电阻 温度系 剑 数 ， 为电 立 阻 率 ， 为 丝 应变 因 子 ， 卫。 为应变 材 二 料的热 膨 二 胀 系数 ， ，为对铜热 电势 ， 为晶化温度 。 由表 所列数据不难看出 ， 非 晶作为应变片材料还是大有希望 的 ， 在 ， ， 。 方 厄与 晶态 相 比有明显的优越 性

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〔 毋 今 考 文 献 一 一 一 一 ， 一 李华瑞 等 ， 北京钢 铁学院学报 年 ， 第 期 一 ‘ 一 一 价 文 山 等 第三 届 全 国非 晶态 材料 与 物理讨论会论文集 仁晶合金 的 犷 一 一 非均 匀磁特性 ， 一 、沪、，‘ 、护护、护夕沪、 、尹护几 产、产‘ ，且 沪、尹产 ‘产‘矛、 、 扮 〔 〕 〔 〕 知 门 每 ‘ 矛