混合焓、混合熵與原子尺寸差異對多元合金結構之影響

Effect of Mixing Enthalpy, Mixing Entropy and Atomic Size Difference on the Structure of Multicomponent Alloys

陳信璁(Shin-Tsung Chen)

指導教授 ： 葉均蔚

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2009年)

摘要

利用混合焓與混合熵設計熱力學參數ε，並利用元素莫耳體積之統計變異係數代表原子尺寸差異的參數δ，分析高熵合金、大塊金屬玻璃與傳統多元合金組成相的結構。

ε ≤ 1 之多元合金以介金屬化合物為主，ε ≥ 2 則為無序固溶相，ε在1和2之間為前二者的混合相或有序固溶相。

分析上發現金屬玻璃之δ皆在20%以上，此一臨界數值可利用原子緊密堆積模型、原子尺寸差異及非晶結構的定義加以推導，僅具有短程有序的非晶結構之δ須大於 21.72%；若具有中程有序則須大於18.87%。

除上述合金本質因素的證明外，對外在製程因素亦加以討論，發現可藉由擴充熱力學與原子尺寸差異參數的方式給予合理的解釋。以上理論對合金設計及製程設計有很大的助益，除可預測平衡相及非平衡相的結構外，亦可用於強韌合金、時效硬化合金與穩定非晶質合金的開發。

本研究更設計數種具有不同ε及δ組合的合金進行實驗及驗證，結果皆與前述之理論分析相符。

關鍵字

多元合金 ； 高熵合金 ； 金屬玻璃 ； 混合焓 ； 混合熵 ； 原子尺寸差異

參考文獻

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