非晶態物質被認為是和氣態、液態、固態相并立的第四種常規物質狀態，而玻璃是最典型、傳統的非晶固體，因此人們習慣用玻璃來代稱非晶固體。

作為兼有玻璃、金屬，固體和液體特性的新型金屬材料，非晶合金，即“金屬玻璃”，具備多種優異性能及其他固體材料不具備的特殊性質，已成為發展潛力很大的新材料。

非晶合金帶材

什么是非晶？

宏觀的固體材料是由大量的微觀粒子組合在一起形成的，于是學術界就按照固體材料中微觀粒子的排列方式將材料分成兩大類：粒子排列十分規則的晶態物質（其粒子就好比士兵排成的方陣那樣整齊，這個特點被稱為長程有序）和粒子排列不具有長程有序性的非晶物質（其粒子排列好比大街上熙熙攘攘、無序聚集在一起的人群）中國建材網cnprofit.com。

晶態和非晶態原子結構的對比圖

無序非晶態結構（左）、有序晶態結構（右）

非晶合金就是由超急冷凝固，原子來不及有序排列結晶得到的固態合金，是長程無序結構，沒有晶態合金的晶粒、晶界存在。

把高溫下熔化了的液體金屬，以極快的速度冷卻，使金屬原子來不及按它的常規編排結晶，還處于不整齊、雜亂無章的狀態便被“凍結”了，因此，出現了類似玻璃的奇異特性。非晶合金雖然從技術特點上講是一種“玻璃”，但它比氧化物玻璃和陶瓷更堅韌且更不易碎。

制備非晶金屬的方法包括：物理氣相沉積、固相燒結法、離子輻射法、甩帶法（連續鑄造法其中一種）和機械法。

普通金屬與非晶合金的微觀排列對比

在非晶合金的開發方面，目前已在包括Pd、Pt、Au、Mg、Ca、Zr、Ti、Hf、Cu、Fe、Co、Ni、和稀土（如La、Nd、Ce）基等在內的數十種合金體系，目前非晶合金一共有非晶薄帶、非晶粉末、塊體非晶這幾種形式。

目前應用較廣的非晶合金常見分類為：

結構材料：鋯基大塊非晶，用于高強結構件的替代，實現不銹鋼的壓鑄效果，替代鋁、鎂、鋅合金壓鑄件及不銹鋼粉末冶金、鑄造+CNC產品。

磁性材料：以鐵基非晶、納米晶為代表的磁性功能材料，主要應用于替換磁性材料鐵氧體和硅鋼片，提高變壓器或者感應線圈轉換效率，降低發熱能耗。

非晶合金的性能特點

01

軟磁性能

與傳統的金屬磁性材料相比，由于非晶合金原子排列無序，沒有晶體的各向異性，而且電阻率高，因此具有高的磁導率、低的損耗，是優良的軟磁材料，此外，還具有高飽和磁感應強度、高磁導率、低矯頑力和低損耗等特性。

目前比較成熟的非晶軟、磁合金主要有鐵基、鈷基和鐵鎳基3大類，它們都具,有比較優異的軟磁性能，可作為高頻變壓器、傳感器、扼流器和互感器等廣泛應用于電力電子領域；

02

力學性能

與晶體材料相比，非晶合金的強度、硬度、韌性和耐磨性較好，抗拉強度也較高，其硬度（HV）的大小與所添加元素種類、數量有密切的關系，可高達1400，并且一些非晶合金的強度可達到3920MPa。此外，因為非晶合金內部無序排列的原子，使得它具有高強度同時又具有高塑性和沖擊韌性。

由于非晶合金具有優異的力學性能，因此可以用它制造一些耐磨器件，考慮到它是條帶狀或者薄片狀的，可以用來制作渦輪材料、彈簧材料和切削刀具等。

03

化學性能

（1）耐蝕性

由于非晶合金中不存在晶界、沉淀相相界和位錯等容易引起局部腐蝕的部位，也不存在晶態合金容易出現的成分偏析，所以非晶合金在結構和成分上都比晶態合金更均勻，具有更高的耐腐蝕性。非晶合金不僅在一般情況下不易發生腐蝕，而且還能抑制在特殊情況下誘發的縫隙腐蝕和點蝕的發展。

由于非晶合金具有耐腐蝕性這一優異特性，可以利用它來制造電池電極、海底電纜屏蔽、耐腐蝕管道及磁分離介質等。

（2）催化性能

非晶合金表面能高，可以連續改變成分，具有明顯的催化性能。主要應用于催化劑加氫、催化脫氫、催化氧化及電催化反應等。

（3）儲氫性能

某些非晶合金通過化學反應可以吸收和釋放出氫，可以用作儲氫材料。儲氫后非晶態的結構也相當穩定，但原子間距膨脹，非晶合金的吸氫量是隨氫原子能占據的場所的數目以及易產生氫化物的元素含量的增加而增加。因此若在氫原子能占據的場所填入了類金屬元素的原子，那么將不能貯氫。如在TiNi合金中添加硼、硅時，吸氫量減少。

04光學性能

金屬材料的光學特性受其金屬原子的電子狀態所支配，某些非晶合金由于其特殊的電子狀態而其有十分優異的對太陽光能的吸收能力。所以利用某些非晶態材料能夠制造出高效率的太陽能吸收器。

非晶合金具有良好的抗輻射（中子、y射線等）能力，使其在火箭、宇航、核反應堆、受控熱核反應等領域具有良好的應用前景。

非晶合金的應用

01

磁性領域

Fe、Ni、Co基非晶合金具有高磁飽和強度，高磁導率，低矯頑力，具有低的飽和磁致伸縮，使其能夠制成各種復雜結構的微型鐵芯，然后制成變壓器或電感器，應用于計算機、網絡、通信和工業自動化等行業。

非晶帶材在變壓器中的節能效果

溫區更寬、溫度更低、使用壽命更長的非晶合金作為新型蓄冷材料應用于低溫制冷機，非晶合金有望在低溫磁性蓄冷材料領域中得到應用。

非晶電機也可應用于無人機、機器人等產業。

非晶磁芯

02

生物醫用領域

Ca基、Mg基非晶合金具有生物兼容性、可降解性和不會引起過敏，這在醫學上可用于修復移植和制造外科手術器件，如外科手術刀，人造骨頭，用于電磁刺激的體內生物傳感材料，人造牙齒等。鎂基非晶合金因為其可降解性、較高的強度、接近骨頭的彈性模量可能成為新一代為體內支架類材料。

金屬玻璃的耐腐蝕性能可成為固定骨折夾板和釘的首選材料。

非晶合金電子皮膚具有很好的導電性，良好地穩定性（電阻和靈敏度系數），還具有抗菌性，而且彈性范圍高，其在仿生領域有一定的應用前景。

電子皮膚

03

3C行業

非晶合金最顯著的優勢，就是高強度、高硬度、高耐磨性，而且既輕又薄，恰好滿足3C產品的核心特質。

非晶合金注塑、壓鑄的塑形方式，可以滿足時尚、美觀的外形訴求形狀訴求。液態金屬在工藝上接近“凈成形”，所需要的后期加工較少，可以有效降低后加工成本。還可通過改變表面結構來改變顏色，后期裝飾工藝豐富，顏色更自然，同時耐磨損，不易刮擦掉色。

一次成型的非晶合金外框

04汽車行業

利用非晶合金高硬度、高耐磨的特性，可制造汽車發動機中的液壓油缸、活塞等耐磨零部件，并大幅提高使用壽命；對于汽車應用，一些常見的關鍵屬性包括精密度，耐蝕性，表面光潔度和彈性。非晶合金有著接近于零的收縮，從模型中注射成型的零部件常常能夠超越最精準的CNC（數控加工）技術，在無研磨和拋光的情況下，可以實現接近光學的表面光潔度。

鐵基非晶合金作為電子變壓器、電感器、電抗器的鐵芯，具有較高的能量轉化效率，在新能源汽車充電樁產業具有廣闊的市場前景。

05

其他技術領域

在航空航天領域，利用非晶合金高比強度、比剛度、高抗磨損的特性，可制造航空航天器的主框架、軸承等結構材料，大比例地減輕重量，相當于提高了航空發動機的推力比；由于非晶合金中的原子沒有晶體結構中存在的通道效應，因而能夠有效地截留住太陽風高能粒子。

在軍事方面，鈷基非晶目前在軍事方面可以用來制作穿甲彈；Fe基非晶合金（又稱非晶鋼）的高硬度、抗磨損、無磁和腐蝕特性是高性能涂層材料，可在航母等艦艇防腐、隱身、高耐磨表面硬化和輕量化部件、抗腐蝕部件和電子器件保護套等方面的應用。

新型的鎢纖維/鋯合金金屬玻璃（非晶合金）基復合材料作為穿甲彈的彈芯，其性能優于鎢合金穿甲彈

在微機電器件領域，非晶合金薄膜和微齒輪具有更獨特的性能，在生物醫藥、納米壓印、微機電系統、光電等領域有所應用。借助離子束沉積的方法制備的非晶合金薄膜具有很好的熱穩定性和力學性能，具有較好的柔性有望應用于微機電器件領域。

在環境領域，Pd基非晶合金催化劑不僅具有優異的催化活性，而且具有獨特的自穩定性，鐵基非晶粉末可在短時間內處理染料污水。

在體育用品方面，非晶合金用于體育用品所能提供的高性能主要體現在高強度、高抗永久變形能力，高彈性，優異的固有低頻振動阻尼，耐腐蝕。非晶合金已經在高爾夫球、滑雪、棒球、滑冰、網球拍、自行車和潛水裝置等許多體育項目中得到應用。

非晶合金球桿

在半導體應用領域，用As（砒）、Bi（鉍）、Ga（鎵），Ge（鍺）、S（硫），Se（硒）、Si（硅）、Sb（銻）、Pb（鉛）、Te（碲）可以形成二元的或多元的非晶態合金，它們一般都具有良好的半導體性質?，F在研究出來的非晶態合金半導體材料有幾十種，非晶態合金半導體材料在微電子技術中的應用極其廣泛。