journal article·2006-09

The efficient cluster packing model – An atomic structural model for metallic glasses

D.B. Miracle

Acta Materialia· Volume 54· Issue 16
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Abstract

Abstract A structural model is described for metallic glasses based on a new sphere packing scheme – the efficient filling of space by solute-centered clusters. This model combines random positioning of solvent atoms with atomic order of solutes. It shows that metallic glasses contain ⩽4 topologically distinct species and that solutes possess specific sizes relative to solvent atoms to produce efficient atomic packing. Validation is achieved by quantitative predictions of nearest-neighbor partial coordination numbers, medium-range solute ordering, density and metallic glass topologies. Good agreement is achieved in each of these areas. This model is able to reproduce compositions for a broad range of metallic glasses, provides specific guidance for the exploration of new bulk metallic glasses and may give new insights into other metallic glass studies. The new scheme introduced here for the efficient filling of space in extended systems of unequal spheres may have relevance to other fields.
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Research context

OpenAlex topics: Metallic Glasses and Amorphous Alloys · Theoretical and Computational Physics · Material Dynamics and Properties

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References (91)

Show source-provided references
1. Klement · Nature · 1960 · 187 · 86910.1038/187869b0 ↗
2. Models for the structure of amorphous solids
3. Miracle · Philos Magn A · 2003 · 83 · 240910.1080/1478643031000098828 ↗
4. Lamparter · Z Naturforsch · 1982 · 37a · 122310.1515/zna-1982-1102 ↗
5. Models for the structure of amorphous metals
6. Gaskell · J Phys C-Solid State Phys · 1979 · 12 · 433710.1088/0022-3719/12/21/004 ↗
7. Dubois · Acta Metall · 1984 · 32 · 210110.1016/0001-6160(84)90189-5 ↗
8. Cervinka · J Non-Cryst Solids · 1987 · 90 · 37110.1016/S0022-3093(87)80446-5 ↗
9. Petkov · J Non-Cryst Solids · 1990 · 122 · 26210.1016/0022-3093(90)90990-4 ↗
10. Lamparter · Z Naturforsch · 1983 · 38a · 121010.1515/zna-1983-1107 ↗
11. Cervinka · J Non-Cryst Solids · 1993 · 156–158 · 9410.1016/0022-3093(93)90137-M ↗
12. Dubois · Mater Sci Eng A · 1994 · 178 · 28510.1016/0921-5093(94)90555-X ↗
13. Hirotsu · Mater Sci Eng A · 1997 · 226–228 · 27410.1016/S0921-5093(96)10629-8 ↗
14. Zhang · J Phys-Condens Matter · 1999 · 11 · 7957
15. Zhang · J Non-Cryst Solids · 2000 · 262 · 16910.1016/S0022-3093(99)00699-7 ↗
16. Sietsma · J Non-Cryst Solids · 1991 · 135 · 14610.1016/0022-3093(91)90415-3 ↗
17. Structure of amorphous and molten alloys
18. Hufnagel · Phys Rev B · 2003 · 67 · 01420310.1103/PhysRevB.67.014203 ↗
19. Dougherty · Scr Metall Mater · 1994 · 30 · 10110.1016/0956-716X(94)90366-2 ↗
20. Yavari · Mater Sci Forum · 1998 · 269–272 · 53310.4028/www.scientific.net/MSF.269-272.533 ↗
21. Yavari · 1999 · vol. 554 · 21
22. Inoue · Mater Sci Eng A · 1999 · 267 · 17110.1016/S0921-5093(99)00089-1 ↗
23. Ramachandrarao · Z Metallkunde · 1980 · 71 · 172
24. Battezzati · J Less Common Metals · 1988 · 145 · 3110.1016/0022-5088(88)90259-7 ↗
25. Jin · 2000 · vol. 580 · 277
26. Mukherjee · Acta Mater · 2004 · 52 · 368910.1016/j.actamat.2004.04.023 ↗
27. Yavari · Phys Lett · 1983 · 95A · 16510.1016/0375-9601(83)90825-3 ↗
28. Miracle · J Non-Cryst Solids · 2004 · 242 · 8910.1016/j.jnoncrysol.2004.05.017 ↗
29. Polk · 1978 · 1
30. Egami · J Non-Cryst Solids · 1984 · 64 · 11310.1016/0022-3093(84)90210-2 ↗
31. Metallic glasses
32. Inoue · Mater Sci Eng A · 1997 · 226–228 · 35710.1016/S0921-5093(97)80049-4 ↗
33. Senkov · Mater Res Bull · 2001 · 36 · 218310.1016/S0025-5408(01)00715-2 ↗
34. Miracle · 2001 · vol. II · 2893
35. Senkov · J Non-Cryst Solids · 2003 · 317 · 3410.1016/S0022-3093(02)01980-4 ↗
36. Gaskell · Nature · 1978 · 276 · 48410.1038/276484a0 ↗
37. Gaskell · J Non-Cryst Solids · 1979 · 32 · 20710.1016/0022-3093(79)90073-5 ↗
38. Dubois · Proc Roy Soc A · 1985 · 402 · 32310.1098/rspa.1985.0121 ↗
39. Briant · Phys Stat Sol (b) · 1978 · 85 · 39310.1002/pssb.2220850144 ↗
40. Matsubara · J Mater Sci · 1988 · 23 · 75310.1007/BF01174716 ↗
41. Holland-Moritz · Mater Sci Eng A · 2004 · 375–377 · 9810.1016/j.msea.2003.10.056 ↗
42. Luo · Phys Rev Lett · 2004 · 92 · 14550210.1103/PhysRevLett.92.145502 ↗
43. Jonsson · Phys Rev Lett · 1988 · 60 · 229510.1103/PhysRevLett.60.2295 ↗
44. Qi · Phys Rev B · 1991 · 44 · 88410.1103/PhysRevB.44.884 ↗
45. Wang · Chin Phys Lett · 2003 · 20 · 89110.1088/0256-307X/20/6/332 ↗
46. Miracle · J Non-Cryst Solids · 2003 · 319 · 17410.1016/S0022-3093(02)01917-8 ↗
47. Miracle · Nat Mater · 2004 · 3 · 69710.1038/nmat1219 ↗
48. Miracle · Trans JIM · 2006 · 47 · 173710.2320/matertrans.47.1737 ↗
49. Mackay · Acta Crystallogr A · 1977 · 33 · 9810.1107/S0567739477000205 ↗
50. Clare · J Math Chem · 1991 · 6 · 32510.1007/BF01192589 ↗
51. The icosahedral glass model
52. Ramachandrarao · J Mater Sci · 1977 · 12 · 248810.1007/BF00553936 ↗
53. Amiya · Mater Trans JIM · 2002 · 43 · 8110.2320/matertrans.43.81 ↗
54. Amiya · Mater Trans JIM · 2002 · 43 · 257810.2320/matertrans.43.2578 ↗
55. Senkov · Scr Mater · 2004 · 50 · 44910.1016/j.scriptamat.2003.11.004 ↗
56. Senkov · Mater Lett · 2004 · 58 · 137510.1016/j.matlet.2003.09.030 ↗
57. Guo · Appl Phys Lett · 2004 · 84 · 3710.1063/1.1637940 ↗
58. Park · J Mater Res · 2004 · 19 · 68510.1557/jmr.2004.19.3.685 ↗
59. Fan · Acta Mater · 2000 · 48 · 382310.1016/S1359-6454(00)00195-6 ↗
60. Inoue · Metall Mater Trans · 1998 · 29A · 177910.1007/s11661-998-0001-9 ↗
61. Inoue · Mater Trans JIM · 1993 · 34 · 35110.2320/matertrans1989.34.351 ↗
62. Guo · Appl Phys Lett · 2003 · 83 · 257510.1063/1.1614420 ↗
63. Kim · Mater Trans JIM · 1990 · 31 · 92910.2320/matertrans1989.31.929 ↗
64. Louzguine · Mater Sci Forum · 2000 · 350–351 · 12310.4028/www.scientific.net/MSF.350-351.123 ↗
65. Inoue · Mater Trans JIM · 1992 · 33 · 93710.2320/matertrans1989.33.937 ↗
66. He · Metall Mater Trans · 1998 · 29A · 179510.1007/s11661-998-0002-8 ↗
67. Inoue · Acta Mater · 2000 · 48 · 27910.1016/S1359-6454(99)00300-6 ↗
68. Kramer · J Non-Cryst Solids · 2003 · 317 · 6210.1016/S0022-3093(02)01984-1 ↗
69. Ponnambalam · Appl Phys Lett · 2003 · 83 · 113110.1063/1.1599636 ↗
70. Ponnambalam · J Mater Res · 2004 · 19 · 132010.1557/JMR.2004.0176 ↗
71. Inoue · Prog Mater Sci · 1998 · 43 · 36510.1016/S0079-6425(98)00005-X ↗
72. Steeb · J Non-Cryst Solids · 1993 · 156–158 · 2410.1016/0022-3093(93)90123-F ↗
73. Fukunaga · J Non-Cryst Solids · 1984 · 61 and 62 · 34310.1016/0022-3093(84)90572-6 ↗
74. Lee · J Non-Cryst Solids · 1984 · 61–62 · 34910.1016/0022-3093(84)90573-8 ↗
75. Sheng · Nature · 2006 · 439 · 41910.1038/nature04421 ↗
76. Lamparter · Phys Scr · 1995 · T57 · 7210.1088/0031-8949/1995/T57/011 ↗
77. Frank · Acta Crystallogr · 1958 · 11 · 18410.1107/S0365110X58000487 ↗
78. Aste · 2000
79. Poon · J Non-Cryst Solids · 2003 · 317 · 110.1016/S0022-3093(02)02000-8 ↗
80. Pauling · 1960
81. Slater · J Chem Phys · 1964 · 41 · 319910.1063/1.1725697 ↗
82. Kittel · 1976
83. Daams · 1991
84. Cowlam · J Non-Cryst Solids · 1984 · 61 and 62 · 33710.1016/0022-3093(84)90571-4 ↗
85. Nold · Z Naturforsch · 1981 · 36a · 103210.1515/zna-1981-1003 ↗
86. Matsubara · Z Naturforsch · 1989 · 44a · 81410.1515/zna-1989-0907 ↗
87. Matsubara · Mater Sci Eng A · 2001 · 312 · 13610.1016/S0921-5093(00)01903-1 ↗
88. Pryds · Mater Trans JIM · 2000 · 41 · 143510.2320/matertrans1989.41.1435 ↗
89. Glade · J Appl Phys · 2000 · 87 · 724210.1063/1.372975 ↗
90. Pekarskaya · Acta Mater · 2003 · 51 · 404510.1016/S1359-6454(03)00225-8 ↗
91. Sietsma · Phys Rev B · 1995 · 52 · 324810.1103/PhysRevB.52.3248 ↗