文档介绍：硕 士 学 位 论 文
块体金属玻璃团簇式的特征
Characteristics of cluster formulas for bulk metallic glasses
作 者 姓 名： 王子鉴
学科、 专业： 材料物理与化学
学 号： 21405001
指 导 教 师： 董 闯 教授
完 成 日 期： 2017 年 5 月 21 日
大连理工大学
Dalian University of Technology
大连理工大学学位论文独创性声明
作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究
工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，
本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请
学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献
均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。
大连理工大学硕士学位论文
摘 要
块体金属玻璃具有突出的玻璃形成能力和很多优异的性能，如高强度、高硬度，耐
磨、耐腐蚀，可在过冷液相区成型等。尽管在几十年的发展过程中，大量的块体金属玻
璃成分被探索出来，但是所依靠的主要还是耗时、费力、昂贵的试错法，人们对于块体
金属玻璃的成分规律仍不清楚。由于材料的成分和结构有紧密的联系，揭示成分规律有
赖于对结构的深入认识。金属玻璃的原子排列虽然不具有晶体那样的长程周期性，但却
表现出一定的短程序和中程序。短程序常用原子第一近邻配位多面体团簇表示，中程序
则指团簇间的组织方式。本课题组提出的团簇加连接原子模型将金属玻璃的原子结构看
成由团簇和团簇间的连接原子两部分构成，从而在复杂的原子结构中提炼出“结构单
元”，即团簇式 – [团簇](连接原子)x，x 为每个团簇对应的连接原子数，已经发现对于具
有较强玻璃形成能力的成分，x = 1 或 3。在此基础上，本课题组提出共晶液体的结构可
看成由共晶点两侧相对稳定的液体按 1:1 混合而成，每一个都可以表示为[团簇](连接原
子)1 或 3，从而指出可通过双团簇式 – [团簇 a+团簇 b](连接原子)2，4 或 6 解析共晶成分。本
论文以该工作为基础展开，主要内容如下：
(1) 采用基于径向体原子密度和 Friedel 振荡的方法定义共晶相中的团簇。根据该方
法，第一近邻的截断位置应设在 范围内（rS 为中心原子与最近邻壳层原子间的距
离），径向体原子密度首次低于平均密度前最远的壳层处。
(2) 采用团簇孤立度和密堆性判据选取共晶相中的主团簇。主团簇的孤立度应较大，
体现在共享后的有效团簇与团簇的原子个数比应较大；主团簇内的原子还应具有较好的
密堆性，体现在团簇密堆性参量 εc ≈ 1，或者团簇具有较大的体原子密度。
(3) 利用共晶点双团簇式分解法构建了典型的二元块体和非块体金属玻璃的团簇
式，并在二元块体金属玻璃团簇式的基础上利用相似元素替换法构建了典型的多元块体
金属玻璃的团簇式。
(4) 通过从结构密堆性和有序性两个角度比较块体和非块体金属玻璃的团簇式，发
现块体金属玻璃的团簇式应具备如下三点特征：团簇式密堆性参量 ε ≈ 1，团簇式所包含
的电子数 e/u ≈ 24，以及团簇式具有[M-shell]M1 or 3 的形式，即中心原子位置和连接原子
位置包含相同的元素。块体金属玻璃团