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非晶合金的形成是固体物理和材料科学领域的基础问题。人们一直试图理解复杂多组元非晶合金的成分规律及其高非晶形成能力问题,这是发展大非晶形成能力、高性能和低成本非晶合金的重要基础。鉴于非晶合金以近程有序结构为特征,且近程有序主要体现在第一近邻配位多面体团簇结构上,团簇概念被大量用来探索非晶合金结构,并可用以此阐释和推断大非晶形成能力合金的成分特征。我们前期建立的“团簇加连接原子”模型将非晶合金可看作由基础团簇与占据团簇间空隙位置的连接原子两部分构成。相应的,非晶合金的结构与组分特征可用[团簇](连接原子)x描述,这里,X为连接原子数目与团簇的数目比。“团簇+连接原子”模型将非晶合金的结构与成分信息有机统一于团簇成分式中。如果我们合理地确定出非晶合金的团簇式,由其就可得到合金确切的化学成分。这就是基于“团簇+连接原子”模型的非晶合金团簇式定量成分设计方法,其实施主要包括二元非晶基础团簇式的确立及其合金化过程。Zr-Co-Al系为重要的非晶形成体系,本文将通过非晶合金的团簇式设计方法对其进行再研究。具体的,将从Zr-Co二元系出发,解析与阐释非晶相关的共晶化合物结构及共晶点成分,以其为基础建立Zr-Co-Al系的非晶团簇式,设计与制备具有大非晶形成能力的Zr-Co-Al合金,并测试分析Zr-Co-Al块体非晶的热学与力学等性能,为发展具有优良综合性能的Zr-Al-Co非晶合金提供理论与实验依据。论文主要研究结果如下：1.解析了tI12-Zr2Co与cP2-ZrCo共晶相的基础团簇,分别为以Co为心的Co3Zr8与以Zr为心的Zr7Co8团簇。以其为基础可将Co-Zr二元非晶系的主要共晶点成分——Zr46.6Co53.4、Zr65Co35和.Zr78.5Co21.5用团簇式精确解析成：[Zr7Co8](CoZr)=Zr47Co53、[Co3Zr8](Co2Zr)=Zr64.3Co35.7和[Co3Zr8]Zr3=Zr78.6CO21.402.本论文着重Zr基Zr-Co-Al非晶研究,因此将Co3Zr8作为构筑非晶团簇式的基础团簇；分别以Co/Zr为连接原子,结合非晶形成的原子尺寸与电子浓度判据,确定出Zr-Co二元非晶的四个基础团簇成分式：[Ci3qZr8]Co、[Co3Zr8]Co2、[Co3Zr8]Co3和[Co3Zr8]Zr;由于共晶点与非晶形成关系密切,我们将两富Zr共晶点的团簇式[Co3Zr8](Co2Zr)与[Co3Zr8]Zr3也作为Zr-Co二元基础非晶团簇式进行合金化,以作比较。3.引入第三组元A1,替换上述六基础团簇式中Co3Zr8团簇壳层上的Co和Zr,在原子尺寸上Co+Zr=2Al,由此获得六个Zr-Co-Al非晶成分：[Co2Zr7Al2]Cox[Co2Zr7Al2]Co2、[Co2Zr7Al2]Co3、[Co2Zr7Al2]Zr、[Co2Zr7Al2](Co2Zr)和[Co2Zr7Al2]Zr3,其对应的原子百分比成分分别为Zr58.3Co25Al16.7、 Zr53.8Co30.8Al15.4、Zr50Co35.7Al14.3、Zr66.6Co16.7Al16.7、Zr57.1Co28.6Al14.3和Zr71.4Co14.3Al14.3。水冷铜模吸铸实验表明：除Zr71.4Co14.3Al14.3与Zr66.6Co16.7Al16.7外,其余成分处都可得到临界直径大于2mm非晶棒：Zr58.3Co25Al16.7、Zr53.8Co30.8Al15.4和Zr57.1Co28.6Al14.3非晶的临界直径超过8mm；其中,[Co2Zr7Al2]Co2团簇式对应的Zr53.8Co30.8Al15.4成分处的非晶形成能力最大,临界尺寸达12mm,在同等制备条件下高于已报道的最好成分Zr56Co28Al16(临界尺寸10mm)。为检验团簇式设计方法在Zr-Co-Al非晶系中的准确性和有效性,本论文通过铜模铸造实验对最佳团簇式[Co2Zr7Al2]Co2成分周围的Zr85-xCoxAl15(x=24～34)、Zr54Co46-yAlyyy (y=14～18)、Zr84-x’Cox’Al16(x’=28～32)和Zr53Co47-yAly.(y’=15～17)系列合金进行了非晶形成能力评估,结果发现：Zr-Co-Al系合金的非晶形成能力峰值位于Zr54Co31Al15和Zr54Co30Al16成分点附近,与[Co2Zr7Al2]Co2团簇式表征的设计成分(即Zr53.8Co30.8Al15.4)一致,这充分说明了团簇式成分设计方法在Zr-Co-Al非晶系中的实用性与有效性。论文最后还检测了有关Zr-Co-Al块体非晶合金的室温力学性能。