固态反应stateamorphization是不同金属或化合物通过固态互扩散反应的过程，主要用于制备非晶态薄膜或非晶粉末。与液体和气体的反应不同，固态反应依赖于固体的形状和运输性质，涉及物质在晶体中的流动和反应。固态反应可以分为均匀固态反应、单相分均匀固态反应和非均匀固态反应等类型。由于此法形成非晶态不需要从熔体急冷，理论上成品不受尺寸限制，可以制成大块非晶体。非晶体的形成是在远低于熔点温度下进行的，整个反应过程只涉及固相。固态反应非晶化研究始于1981年。

简介

由于此法形成非晶态不需要从熔体急冷，从理论上讲，成品不受尺寸限制，可以制成大块非晶体。非晶体的形成是在远低于熔点温度下进行的，整个反应过程只涉及固相。固态反应非晶化研究始于1981年。1983年由R.B.施瓦茨(Schwarz)等人在研究金(Au-La)多层膜时发现Au-La扩散偶在125℃以下退火产物为非晶。同年C.C.科克(Koek)等人用机械合金化法将Ni6、Nb4、金属粉末制成非晶质。固态反应非晶化的基本条件是：实验开始的亚稳晶态相与相应的非晶态相比，具有较高的自由能。

周期层片型结构

固态反应周期层片型结构是一类高度规则的微纳米级自生成复合多层膜结构，膜层界面结合良好，是未来功能薄膜材料制备技术的发展方向之一。“扩散应力模型”解释了固态反应周期层片型结构的形成机理，并对新体系的微观结构特征给出了预测。本工作利用扫描电镜与能谱仪(semEDS)，研究了Zn/Ni3Si固态反应体系的周期层片结构，证实了Zn/Ni3Si体系周期层片型结构的形成特征符合扩散应力模型的预测。

固态反应周期层片型结构是由K. Osinski等人在1982年发现的，目前己知能够形成周期层片结构的固态反应体系有:Zn/Fe3Si, Zn/Co2Si, Zn/Ni3SiZ, Mg/NiSOCozoFe3o, Ni/碳化硅, Pt/SiC, Co/SiC, Mg/Si02,AI/UoMo. AI/(Ni,W), Zn/Ni3Si，以及最近发现的Zn/CuxTiy反应体系。

实验方法

本实验所用样品CuXTiY合金采用纯度≥99.99wt.%的金属钦片和铜丝按一定比例真空熔炼配制而成。Ni3Si合金采用纯度≥99.99%的镍块和晶体晶圆真空熔炼配制后，封装真空石英管，在1073K保温14天后取出。为保证反应界面结合良好，采用瞬间液接法(melting contact method)制备Zn/CuxTiy扩散偶和Zn/Ni3Si扩散偶(Zn的纯度99.999wt.%)。各组扩散偶在663K保温不同时间段后取出空冷。金相处理后，采用场致发射扫描电镜((sem, 蔡司公司 SIGMA)观察扩散偶的反应区形貌，并利用能一潜分析仪(EDS, TEAM EDS)分析相区成份。

结果与分析

通过高倍扫描电镜观察和能谱分析，证实了Zn/Ni3Si体系周期层片型结构在最初形成的阶段是由单相层片和双相层片交替构成的，符合扩散应力模型的预测。在反应扩散的过程中，Zn/Ni3Si体系周期层片型结构会进一步发生相变，逐渐由单双相交替结构转变成由两类成份不同的单相层片交替构成。在Zn/CuxTi、固态反应体系中，我们也发现了类似的相变过程。

总结

综述了固态反应周期层片型结构的最新研究工作进展。实验证实了Zn/Ni3Si体系周期层片型结构在最初形成的阶段是由单相层片和双相层片交替构成的，符合扩散应力模型的预测。

参考资料