Abstract
本研究利用熔旋法與經驗法則，製作多元高熵非晶質合金。合金系統主要為三元至五元以CuTiZr為基礎的AlxCoyCuNbzSiuTiZr註一，以及七元及八元的同族與化性相似「取代」的AgvAlCuHfNbwNiTiZr (以Nb、Hf「取代」Ti、Zr，及Ni、Ag「取代」Cu) 註二。合金內各成分均不為主元素(單一組成 < 35 at. %)。將各合金噴製成薄帶後，即探討熔旋薄帶的熔點、再結晶溫度、退火性質、微硬度、室溫磁性、4.2 K – 300 K電阻率、晶格扭曲率及混合焓等課題，以了解其性質。製作出的CuTiZr, Co0.5CuTiZr, Co0.5CuNb0.5TiZr, AlCuHfNbNiTiZr及Ag0.5AlCuHfNbNiTiZr「熔旋薄帶」等五種為「完全非晶質相」，其餘大部分為「半非晶質相」。為了解合金的玻璃形成能力，再將此五種合金製作出直徑0.5 mm的「熔旋圓柱」，但均無法得到完全非晶質相，故可斷言此五種合金的玻璃形成能力仍屬於「薄帶等級」。相較於三元至五元的非晶質薄帶而言，七元AlCuHfNbNiTiZr及八元Ag0.5AlCuHfNbNiTiZr具有較大的微硬度值，但相對地也較脆。其中七元AlCuHfNbNiTiZr具有最大的硬度值，達Hv 772。CuTiZr、Co0.5CuTiZr及Co0.5CuNb0.5TiZr非晶質熔旋薄帶在室溫時均為順磁。而此三種非晶質薄帶中，以CuTiZr具有最大的電阻率，室溫電阻率ρ300 K = 465.6 μΩ-cm，電阻溫度係數在4.2 K – 300 K溫度區間內均為負值(-0.76 × 10-4 ~ -1.71 × 10-4 K-1)。亦即，當溫度上升時，電阻率下降。由於電阻溫度係數值相當小，故電阻率對溫度不敏感，一如其他金屬玻璃之性質一樣。研究發現此三種非晶質薄帶的導電模式可滿足ρ(T) = A + BT + CT2之關係。Co0.5CuNb0.5TiZr在70 K附近存在一反曲點，但4.2 K – 70 K及70 K – 300 K兩溫度區間內，仍可各自用上述二次多項式表示之。本研究的結果指出，理論晶格扭曲率及混合焓與玻璃形成能力之間無確定的相關性。利用既有的經驗法則，設計出的合金，符合經驗法則的有之，而相違背的仍多。金屬玻璃的形成機制仍不清楚。此外，高熵效應影響熔旋薄帶的高溫退火時間。註一：0 ≦ x, y, z, u ≦ 1.5，當x = y = z = u = 0時，合金為三元；當x = z = u = 0，y ≠ 0時，合金為四元；當y = 0.5，x, z, u三者中有兩個為0時，合金為五元。註二：當v = 1時，w = 0；當w = 1時，0 ≦ v ≦ 1。