一种低电导率非晶合金材料及其制备方法

本发明属于增材制造领域，更具体地，涉及一种低电导率非晶合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、非晶合金由于其独特的非晶态结构，不存在晶态合金中常见的晶界、位错和偏析等缺陷，同时还比各种传统材料具有更为优异的力学性能、良好的加工性能、耐腐蚀和优良的软磁、硬磁以及导热导电等物理性能，在航空航天、精密器械、军事化工等诸多领域具有广阔的潜在前景。

2、在材料科学领域，研究人员对于降低非晶合金的电导率进行了广泛的探讨，这一研究背景源于多个关键应用领域的需求。首先，非晶合金被广泛应用于磁性应用，如变压器和电感器的铁芯，其中降低电导率有助于减少涡流损耗，提高电子设备的效率。其次，在电磁屏蔽领域，通过降低非晶合金的电导率，可以增强其屏蔽效果，从而有效地隔离电磁干扰，保护敏感电子设备免受外部干扰。此外，对于一些电子器件而言，精确控制材料的电导率是必要的，以满足电路的特定性能需求。在热管理应用中，非晶合金的低热导率通常与降低电导率一起使用，以减少热传导，维持温度稳定性，降低能量损失或防止热传导到敏感部件。最后，在光学应用中，通过降低非晶合金的电导率，可以影响其光学性质，实现对光的控制和调制。这些应用需求推动了对低电导率非晶合金的研究和开发，以实现材料在不同工程领域的多功能性应用。因此，降低非晶合金的电导率已经成为一个具有广泛潜力的研究领域，旨在满足多种应用的工程需求。

3、降低非晶合金的电导率通常采用以下常用手段，但这些方法也存在一些缺点和不足：首先，合金化和掺杂是一种广泛采用的方法，通过引入杂质元素，如磷、砷或锑，来增加非晶合金的电阻率，这样可以降低电导率，但可能导致其他性能的变化，并且需要仔细控制杂质的浓度和比例。其次，非晶化处理是通过控制非晶合金的冷却速度来影响电导率的方法，较快的冷却速度通常会导致非晶结构，具有较低的电导率；然而，非晶化处理可能需要特殊的制备条件，且材料可能会更加脆弱。另外，压力处理是一种通过施加高压来改变非晶合金电导率的方法，其可以改变电子结构，但需要高压设备，并且可能对材料的机械性能产生负面影响。温度控制也可以用来调节非晶合金的电导率，但是其需要在特定温度范围内维持材料的工作温度，这在一些应用中存在较多不便。表面处理是改变非晶合金表面电导性能的一种方法，但其影响通常有限，而且可能需要额外的处理步骤。纳米结构和纳米合金可以显著改变电导率，但制备和控制纳米结构通常更具挑战性，需要复杂的制备技术。

4、综上所述，虽然有多种方法可以调控非晶合金的电导率，但每种方法都伴随着一些挑战和不足之处。因此，寻找能够在不降低非晶合金机械性能且保证完全非晶态结构的前提下调控非晶合金的电导率成为当前研究工作的热点。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种低电导率非晶合金材料及其制备方法，旨在解决现有的调控非晶合金电导率的方法无法同时保证不降低机械性能的问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种低电导率非晶合金材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

3、s1将非晶合金粉末置于氧化性气氛下进行预氧化处理，使得非晶合金粉末表面形成非晶态氧化层，以此获得预处理后的非晶合金粉末；

4、s2对所述预处理后的非晶合金粉末进行成形以获得低电导率非晶合金材料。

5、作为进一步优选地，所述非晶合金粉末的粒径不超过100μm、非晶形成临界尺寸不小于10mm、过冷液相温度区间大于50k、热塑成形能力指标大于0.15。

6、作为进一步优选地，步骤s1中，预氧化处理的温度不高于非晶合金粉末的玻璃转变温度。

7、作为进一步优选地，步骤s1中，预氧化处理的时间低于预氧化处理温度下的孕育时间。

8、作为进一步优选地，步骤s1中，进行预氧化处理前，将所述非晶合金粉末进行平铺，平铺厚度不超过非晶合金粉末粒径的5倍。

9、作为进一步优选地，所述非晶态氧化层的厚度为0.05μm～200μm。

10、作为进一步优选地，步骤s2中，采用放电等离子体烧结工艺对非晶合金粉末进行成形，烧结温度为非晶合金粉末的玻璃转变温度及其以下50k，升温速率为50k/min～100k/min。

11、作为进一步优选地，步骤s2中，采用放电等离子体烧结工艺对非晶合金粉末进行成形，保温时间为2min～10min。

12、作为进一步优选地，步骤s2中，采用放电等离子体烧结工艺对非晶合金粉末进行成形，烧结压力为100mpa～500mpa。

13、按照本发明的又一方面，提供了一种利用上述制备方法获得的低电导率非晶合金材料。

14、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

15、1.本发明通过对非晶合金粉末进行预氧化处理，并结合后续成形工艺将氧化物界面层引入到非晶合金材料中，从而形成网络状的非晶态氧化物界面，不仅能够有效降低非晶合金材料的电导率，同时还能够促进剪切转变区的形核，避免剪切变形的局域化，并且该非晶态氧化物界面上金属原子与氧原子的强键合作用使得剪切转变区很难通过氧化物界面扩张，从而不仅不需要为降低电导率牺牲材料的强度，反而还可以促使材料强度的提高；

16、2.尤其是，本发明采用放电等离子体烧结工艺对非晶合金粉末进行成形，能够在相对短的时间和较低温度内完成非晶合金粉末成形，从而避免了非晶合金的晶化，并在整个非晶合金材料中实现均匀的温度分布，有助于保持非晶结构的均匀性，同时烧结过程中粉末颗粒几乎在原位变形，可以引入均匀分布的氧化物界面，并实现对尺寸和形状的有效控制；

17、3.此外，本发明通过在高压下进行成形，可以减少孔隙率、提高材料的密度和硬度，从而提高非晶合金材料的致密性和物理性能；

18、4.本发明提供的非晶合金材料尺寸可控，并且具有良好的机械性能和任意调控的导电性能，可在电子技术、电磁屏蔽和热管理领域中大规模应用，同时通过引入氧化物界面层，不仅可以调控非晶合金材料的导电性能，还可以调控非晶合金材料的导热性能，从而可以在需要具有较低热导率的电子设备中发挥重要作用。

技术特征：

1.一种低电导率非晶合金材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的低电导率非晶合金材料的制备方法，其特征在于，所述非晶合金粉末的粒径不超过100μm、非晶形成临界尺寸不小于10mm、过冷液相温度区间大于50k、热塑成形能力指标大于0.15。

3.如权利要求1所述的低电导率非晶合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，预氧化处理的温度不高于非晶合金粉末的玻璃转变温度。

4.如权利要求1所述的低电导率非晶合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，预氧化处理的时间低于预氧化处理温度下的孕育时间。

5.如权利要求1所述的低电导率非晶合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，进行预氧化处理前，将所述非晶合金粉末进行平铺，平铺厚度不超过非晶合金粉末粒径的5倍。

6.如权利要求1所述的低电导率非晶合金材料的制备方法，其特征在于，所述非晶态氧化层的厚度为0.05μm～200μm。

7.如权利要求1～6任一项所述的低电导率非晶合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，采用放电等离子体烧结工艺对非晶合金粉末进行成形，烧结温度为非晶合金粉末的玻璃转变温度及其以下50k，升温速率为50k/min～100k/min。

8.如权利要求1～6任一项所述的低电导率非晶合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，采用放电等离子体烧结工艺对非晶合金粉末进行成形，保温时间为2min～10min。

9.如权利要求1～6任一项所述的低电导率非晶合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，采用放电等离子体烧结工艺对非晶合金粉末进行成形，烧结压力为100mpa～500mpa。

10.一种利用如权利要求1～9任一项所述制备方法获得的低电导率非晶合金材料。

技术总结
本发明提供了一种低电导率非晶合金材料及其制备方法，属于增材制造领域，该制备方法包括如下步骤：将非晶合金粉末置于氧化性气氛下进行预氧化处理，使得非晶合金粉末表面形成非晶态氧化层，以此获得预处理后的非晶合金粉末；对预处理后的非晶合金粉末进行成形以获得低电导率非晶合金材料。本发明通过对非晶合金粉末进行预氧化处理，并结合后续成形工艺将氧化物界面层引入到非晶合金材料中，从而形成网络状的非晶态氧化物界面，不仅能够有效降低非晶合金材料的电导率，同时还能够促进剪切转变区的形核，避免剪切变形的局域化，并且该非晶态氧化物界面上金属原子与氧原子的强键合作用使得剪切转变区很难通过氧化物界面扩张，以促使材料强度的提高。

技术研发人员：张茂,马云飞,张嘉城,蔡洪钧,王婷玉,王新云,金俊松,邓磊,龚攀,唐学峰
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16