在日常生活中人们接触的材料一般有两种：一种是晶态材料，而另一种则是非晶态材料。晶态材料，是材料内部的原子遵循一定的规律排列；而非晶态则指内部原子排列处于无规则状态。科学家发现，金属被熔化后，内部原子处于活跃状态。一旦金属开始冷却，原子就会随着温度的下降而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来，形成晶体。如果冷却过程很快，原子还来不及重新排列就被凝固住，那么会产生非晶态合金。制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺（见图7-1）。

图7-1　制备非晶合金的原理

（图中①是缓慢冷却曲线；②是快速冷却曲线）

与晶态合金相比，非晶态合金在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例，它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性，非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间，如：被用于航空航天领域，可以减轻电源、设备重量，增加有效载荷；被用于民用电力、电子设备，可大大缩小电源体积，提高效率，增强抗干扰能力。

正是因为非晶材料具有一系列优良特性，所以国内外均对其开展了系统性的理论与应用研究。国际上，美、日等西方发达国家也开展了大量的基础性研究。经过几十年的科研攻关，非晶材料的产业化应用取得了长足的进步。国内安泰科技股份有限公司、日本日立公司在非晶材料生产方面具有较强优势。同时，在下游产业，采用美国通用电气技术的置信电气已经成为国内目前最大的非晶合金变压器生产企业。

展望未来，非晶合金具有广阔的发展空间。

我国对非晶合金的研究从1976年开始。国家科委一直将非晶合金的研究、开发、产业化列入重大科技攻关项目。“九五”期间，组建了“国家非晶微晶合金工程技术研究中心”，建立了“千吨级非晶带材生产线”，非晶态合金的产业化进程大大加快，现已初步形成非晶态合金科研开发和应用体系。国内关于大块非晶合金的研究主要集中于中科院物理所、金属所。现在各大学也加大了对非晶的研究力度。

近年来，在非晶的研究领域中，中国科学家已成为该领域的一支重要力量。国内许多研究组一直在从事非晶以及相关物理问题的研究，在结构、物性、设备、应用研究等方面有较雄厚的实力。现在已经可以制备出多种有自主知识产权的大尺寸块体非晶体，并在块体非晶结构、形成规律、力学和物理性能，以及应用开发等方面做出了很多有特色的工作，引起国际同行的广泛关注和重视。

目前国外关于大块非晶合金的研究主要集中在日本和美国，尤其是日本东北大学材料研究所的井上明久和美国的Johnson研究小组。合金系列已涉及过渡金属一类金属系、锆基、钼基、镁基等。研究方法覆盖了从模铸法到水淬、粉末冶金、区域熔炼等多种方法。

基于非晶独特的组织结构和优异的性能，以及高效的制备工艺和广阔的应用前景，自诞生以来就一直受到广泛重视，人们也逐渐加大了对其应用技术的研究。短短的几十年，非晶已经在很多领域得到广泛应用。目前，非晶主要被用作磨具材料、切削工具材料、电极材料、耐腐蚀材料、储氢材料、运动器材材料、软磁材料等。其在汽车工业、化学工业、运动器材，乃至国防军事上已经表现出巨大的应用潜力。

在物理性质方面的应用主要基于其卓越的软磁性。这是由于与传统的晶态合金磁性材料相比，由于其原子排列无序，故没有晶体的各向异性，电阻率高，具有高的磁导率。由于非晶能减少涡流，因而可被应用在高频设备中。现代工业多用它制造配电变压器，具有显著的节能效果。非晶态合金铁芯还被广泛地应用在各种高频功率器件、传感器、高耐磨音频视频磁头和高频逆变焊机上。这使得电源工作频率和效率大大提高，焊机的体积成倍减少。目前，一种体积小、重量轻的非晶态软磁材料以损耗低、导磁高的优异特性正逐步取代一部分传统的硅钢、坡莫合金和铁氧体材料，成为目前越来越引人注目的新型功能材料之一。专家预计，到2050年，全球的能源消耗将会是目前消费水平的3倍。由于经济发展与电力供应的不匹配，电力短缺代价也越来越大，因此急需新的技术，以提高电力供应的灵活性，改变当前电网能源利用率低，发电、传输、使用过程都存在大量能量损失的现象。电力行业可以采取诸如使用非晶合金变压器代替硅钢配电与启用需求响应程序，增加电力需求管理等解决方法。

非晶合金与硅钢的主要物理性能比较见表7-1。

表7-1　非晶合金与硅钢的主要物理性能比较

注：铁损测量是在50Hz的工作磁场下测试的。

目前我国工业能耗约占总能耗的70%。其中，电机能耗占工业能耗的60%～70%。理论上用非晶材料做成定子铁芯的非晶电机运行效率可达95%以上，最高可达98%。特别是在一些中高频的应用场合，传统硅钢片电机效率很低，而非晶电机的运行效率也在90%以上，所蕴含的节能潜力非常可观。这就为非晶材料在高效电机上的应用提供了广阔的舞台。

与传统材料电机相比，非晶电机具有卓越性能和优势。表7-2以DW47和Metglas2605SA1为例列出了硅钢片与非晶材料定子铁心的不同特性。(www.daowen.com)

表7-2　硅钢片与非晶材料定子铁心的不同特性

由此推断出非晶电机高效节能、功率密度和扭矩密度大的特点。

非晶电机的研发始于20世纪90年代初。1996年美国的Light Engineering，Inc。（LE公司）成功地将非晶材料应用在电机上并实现产业化。经过10多年的研发累积，湘电莱特电气有限公司开发出系列非晶永磁同步电机及发电机产品，在北美、欧洲及亚洲地区批量销售，并在国内建立第一条非晶电机生产流水线，成为国内非晶材料应用于高效电机的典范。

在化学性质方面，非晶对某些化学反应具有明显的催化作用，可被用作化工催化剂；某些非晶通过化学反应可吸收或释放出氢，可被用作储能材料。由于没有晶粒、晶界等缺陷，非晶比晶态合金更加耐腐蚀，可被用作腐蚀环境中工作的设备的首选材料。

表7-3列出了非晶合金带材的典型性能和一些主要应用。

表7-3　非晶纳米晶带材的典型性能及主要应用领域

在电子信息领域，随着计算机、网络和通信技术的迅速发展，对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪声的开关电源和网络接口设备的需求日益增长，要求也越来越高，如：为了减小体积，计算机开关电源的工作频率已经从20kHz提高到500kHz；为了实现CPU的低电压、大电流供电方式，采用磁放大器稳定输出电压；为了消除各种噪声，采用抑制线路滋生干扰的共模和差模扼流圈。因此，在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件，而非晶合金再次大有用武之地。

在电子防窃系统中，早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点，应用市场已经扩展到超市。

在民用产品中，变频技术有利于节约电能，并减少体积和重量，正在大量普及，但负面效应不可忽视。如果变频器中缺少必要的抑制干扰环节，就会有大量高次谐波注入电网，使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的方法之一是在变频器中加入功率因数校正缓解装置。其中，关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁芯。铁基非晶合金在此类应用中有明显优势，将在变频零电绿色方面发挥重要作用。

虽然非晶作为一种新型材料具有许多优异的性能，近年来对它的制备技术、非晶形成能力的研究都取得了一定的进展，但是对于它能否得到实际应用还有许多问题亟待解决：

首先是如何取得更大的尺寸。虽然目前所制备的块体非晶截面尺寸可以达到几十毫米，但是尺寸因素仍是制约其应用的一个重要因素。

其次是如何提高稳定性。非晶是一种亚稳材料，在某些条件下将发生结构弛豫，向稳定结构转变。

再次是如何降低成本。目前制备的大块非晶的母合金中大部分含有稀有金属，成本很高。

最后是如何改进制备工艺。熔体水淬法操作简单，但有一定的局限性，对于那些与石英管壁有强烈反应的合金熔体不宜采用此法。