Amorfa materiāla piliena sabrukšanas metode. Amorfo materiālu izmantošanas perspektīvas. Amorfo sakausējumu ražošanas metodes

3.1. Amorfie materiāli. Metāla materiāli ir vienkārši vai polikristāliski sakausējumi. Tērauds, čuguns, duralumīnijs, misiņš utt. cilvēki to izmanto jau ilgu laiku, bet tikai jauni materiāli var apmierināt jaunas vajadzības. Materiālu bāze bieži vien ir tāda pati kā polikristāliskiem materiāliem, bet sagatavoti, izmantojot citu tehnoloģiju, iegūst jaunas īpašības. Tagad mēs apsvērsim dažas tehnoloģijas

Lai no gāzes fāzes iegūtu amorfu materiālu, ir nepieciešams, lai nogulsnētā atoma kinētiskā enerģija nepārsniegtu atomu saistīšanas enerģiju uz substrāta. Zemas mobilitātes atomi uz substrāta tiek novietoti nejauši un tāpēc bez struktūras. Mobilie atomi varētu pārvietoties un radīt enerģētiski labvēlīgāku struktūru. Priekšrocības: augsts dzesēšanas ātrums, kas nodrošina amorfā stāvokļa saglabāšanu. Trūkumi: zems amorfā slāņa augšanas ātrums, augsta vakuuma prasības un iespēja evakuētās atmosfēras atomiem nokļūt uz pamatnes. Specifiskās tehnoloģijas: Termiskā iztvaicēšana vakuumā Lāzera vai elektronu staru iztvaikošana Plazmas iztvaicēšana Katodsputdināšana Plazmas ķīmija, t.i. sadalīšanās kvēlslānī Sagatavošana no gāzes fāzes

Amorfās vielas iegūst no šķīduma izgulsnēšanas reakcijās. Ja apstākļi mainās ļoti ātri, tad kristāliskajai struktūrai var nebūt laika sakārtoties un tā būs amorfa. Metodes: Iztvaicēšana. Nogulsnētāju pievienošana, piemēram, polāram šķīdinātājam - nepolāram vai nepolāram - polāram. Elektrolītiskā nogulsnēšanās. Šeit elektrolīta vannai pievieno fosforu vai boru. Tie veicina nekristālisko metālu veidošanos. Gela termiskā sadalīšanās. Sagatavošana no šķīdumiem.

Sagatavošana no kristāliskās fāzes 1. Visnopietnākā lieta ir ātri uzsildīt un ātri atdzesēt. Vai citas spēcīgas ietekmes, kuru ietekmē atomi var atstāt savas līdzsvara pozīcijas. 2. Cietās fāzes reakcijas. 3. Spēcīga mehāniska ietekme, piemēram, planētu vai vibrācijas dzirnavās, kad virsmas mehāniski traucējumi var izplatīties dziļi materiālā. Piemēram, dislokācijas, kuru ir tik daudz, ka nav jēgas runāt par kristālisku materiālu. 4. Virsmas apstarošana ar neitroniem vai bombardēšana ar joniem (piemēram, jonu implantācija). Trieciena viļņa ietekme.

Sagatavošana no kausējumiem Lai iegūtu glāzes no kausējumiem, nepieciešama augsta viskozitāte. Kā mēs runājām iepriekš, kristalizācija notiek, veidojot un augot jaunas fāzes kodoliem. Ja viskozitāte ir augsta, molekulām ir nepieciešams ievērojams laiks, lai izveidotu kristālus. Ja jūs to ātri atdzesējat, kristāliskajai struktūrai nav laika sakārtoties. Piemērs ar silīcija dioksīdu SiO 2. Kušanas temperatūra 1722 C, stikls T 1222 C, viskozitāte kausējumā 1 MPa.s. (Skābeklis, sērs, selēns-halkogēni). Halkogenīda glāzes - savienojumi ar citiem elementiem. Tipiski sastāvi: Ge S, Ge Se, As S, As Se, Ge S P, Ge As Se, Ge Se Te, As Se Te, Ge As Se Te uc Augsta viskozitāte padara savienojumus amorfus vai stiklveida.

Metāla brilles Metāla stiklus ražo: īpaši ātra rūdīšana; ļoti ātra dzesēšana; gāzes izsmidzināšana K/s; Centrifugēšana Dispersija Dzesēšana gāzē ir lēna, šķidrumā līdz 10 5 K/s, uz metāla – līdz 10 8 K/s. Izsmidzināšana ar skrotīm, plazmas izsmidzināšana, cilindru liešana, centrifūgas liešana, rotējošais cilindrs vannā. Ritināšana starp diviem ruļļiem. Iesūkšana kapilārā vakuumā, izspiežot caur veidni ar dzesēšanu čaulā. Metināšanas metodes ar lāzera apstarošanu, izmantojot augstsprieguma dzirksteli, gāzizlādi, elektronu staru - līdz K/S

Nanomateriāli Nanozinātne, nanotehnoloģijas, nanostrukturēti materiāli un objekti. Tie nosaka prioritārās zinātnes un tehnoloģiju politikas jomas attīstītajās valstīs. Tādējādi ASV ir programma ar nosaukumu National Nanotechnology Initiative (budžets ~500 miljoni USD). Eiropas Savienība nesen pieņēma Sesto zinātnes pamatprogrammu, kurā nanotehnoloģija ieņem vadošo pozīciju. Krievijas Federācijas Rūpniecības un zinātnes ministrijai un Krievijas Zinātņu akadēmijai ir arī prioritāro, revolucionāro tehnoloģiju saraksti ar prefiksu nano-. Pašreizējā situācija daudzējādā ziņā ir līdzīga tai, kas bija pirms totālās datoru revolūcijas, taču nanotehnoloģiju revolūcijas sekas būs vēl lielākas.

Nanotehnoloģiju pamati nanos, tulkots kā punduris Nanoobjektu diapazons - no atsevišķiem atomiem (R

"Virsmas" un "masas" atomu attiecība Atomu daļa, kas atrodas plānā virsmas slānī (~1 nm), palielinās, samazinoties daļiņu izmēram R, jo a ~ S/V ~ R 2 /R 3 ~ 1/ R (šeit S ir daļiņas virsma, V ir tās tilpums). Ir labi zināms, ka virsmas atomiem ir īpašības, kas atšķiras no lielapjoma atomiem, jo ​​tie ir saistīti ar saviem kaimiņiem citādā veidā nekā lielākā daļa. Virsmas slāni var uzskatīt par jaunu vielas stāvokli.

Paskaidrojumi iepriekšējam slaidam Vielas specifiskās uzvedības piemēri submikronu mēroga līmenī un galvenie nanoobjektu specifikas cēloņi. 1 - īpašību izmaiņu svārstīgais raksturs, 2 - raksturlieluma pieaugums ar piesātinājumu, 3 - raksturlieluma pieaugums ar maksimumu. Visbeidzot, ja objektam ir atomu skala vienā, divos vai trīs virzienos, tā īpašības var krasi atšķirties no tā paša materiāla lielapjoma īpašībām, jo ​​uzvedībā izpaužas kvantu likumi.

Biofiziķi ir radījuši nanoelektronisku ierīci, kuras pamatā ir viena organiska molekula.Arizonas štata universitātē viņi ir radījuši elektronisku ierīci, kas sastāv no vienas organiskas molekulas. Septiņu anilīna fragmentu ķēde darbojas kā negatīvs diferenciālais rezistors. Biofiziķu darba rezultāts var tikt izmantots nanoelektronikā.

Ko un kā iegūst Augstas stiprības nanokristāliskie un amorfie materiāli, nākamās paaudzes mikroelektronikas un optotronikas plānslāņa un heterostruktūras komponenti, mīkstie un cietie magnētiskie materiāli, nanoporaini materiāli ķīmijas un naftas ķīmijas rūpniecībai, integrētas mikroelektromehānikas ierīces, kurināmā elementi, elektriskās baterijas un citi enerģijas pārveidotāji, bioloģiski saderīgi audi transplantācijai, ārstnieciskās zāles.

Nanotehnoloģijas acis un pirksti Zonde, labi asināta adata ar virsotnes rādiusu ~10 nm) un skenēšanas mehānisms, kas spēj to pārvietot pa parauga virsmu trīs dimensijās. Aptuvena pozicionēšana tiek veikta, izmantojot trīs asu motorizētus galdus. Smalkā skenēšana tiek realizēta, izmantojot trīs koordinātu pjezo aktuatorus, kas ļauj pārvietot adatu vai paraugu ar angstroma frakciju precizitāti par desmitiem mikrometru x un y un ar mikrometru vienībām z.

Pašlaik zināmās metodes ir skenējošā tunelēšanas mikroskopija; tajā starp elektriski vadošo galu un paraugu pieliek nelielu spriegumu (~ V) un fiksē spraugā esošo strāvu atkarībā no atomu īpašībām un izvietojuma uz pētāmā parauga virsmas; – atomu spēka mikroskopija; tas reģistrē izmaiņas adatas pievilkšanās spēkā pret virsmu no punkta uz punktu. Adata atrodas konsoles sijas (konsoles) galā, kurai ir zināma stingrība un kas spēj saliekties mazu spēku ietekmē, kas rodas starp pētāmo virsmu un gala galu. Konsoles deformāciju reģistrē, novirzot lāzera staru, kas krīt uz tā aizmugurējo virsmu, vai izmantojot pjezorezistīvo efektu, kas rodas pašā konsolē; – tuvā lauka optiskā mikroskopija; tajā zonde ir optiskais viļņvads (šķiedra), kura galā, kas ir vērsta pret paraugu, sašaurinās līdz diametram, kas ir mazāks par gaismas viļņa garumu.
Kas vēl priekšā? Pirmais solis šajā virzienā ir mikro-nano-elektromehānisko sistēmu (MEMS/NEMS) izveide. Nanouzgaļi, nanokonsoli un vienkārši nanovadītāji var būt ļoti jutīgi un selektīvi sensori, kas atrodas vienā mikroshēmā ar elektroniku. Tiem var pievienot nanosūkņus, un rezultātā tiks izveidota analītiskā ķīmiskā laboratorija, kas atrodas uz šķīvja ar platību ~1 cm2. Jau ir ķīmisko kaujas vielu analizatori, bioloģiskie ieroči, mākslīgais deguns un mākslīgā mēle. pārtikas produktu (vīnu, sieru, augļu, dārzeņu) sertifikācijai.

Militārie pielietojumi ASV Aizsardzības departaments, piemēram, finansē programmu Smart dust - smart dust, t.i. liela mikrorobotu saime, putekļu plankuma lielumā, kas, izkaisīta pa ienaidnieka teritoriju, var iekļūt visās plaisās un sakaru kanālos, izveidot savu tīklu, vākt un pārraidīt operatīvo informāciju, veikt īpašas operācijas utt.

Medicīna Ir arī humānistiskāki projekti: izveidot īpašus mikrorobotus ārstus, kas apvienos diagnosta, terapeita un ķirurga funkcijas, pārvietojoties pa cilvēka asinsrites, limfātisko vai citu sistēmu. Jau ir izgatavoti šādu robotu paraugi, kuru visas funkcionālās sastāvdaļas un izmēri ir aptuveni 1 mm (šobrīd, 2008. gadā - 0,2 mm), un ir reālas izredzes to izmērus samazināt līdz mikronu un submikronu līmenim.

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Publicēts http:// www. viss labākais. ru/

Amorfie materiāli: to īpašības, pielietojums mūsdienu tehnoloģijās, ražošanas metodes

Pabeigts:

HFMM 206. grupas audzēknis

Dorožkins A.P.

Pārbaudīts:

Nodaļas vadītājs

fizikālā ķīmija

Tomilins O.B.

Ievads

Ilgu laiku šķita, ka visinteresantākā lieta fizikā ir mikrokosma un mikrokosma izpēte. Tieši tur viņi mēģināja rast atbildes uz svarīgākajiem, fundamentālajiem jautājumiem, kas izskaidro apkārtējās pasaules uzbūvi. Un tagad ir parādījusies trešā pētniecības fronte - cietvielu izpēte.

Kāpēc ir tik svarīgi pētīt cietvielas?

Protams, praktiska cilvēka darbība šeit spēlē milzīgu lomu. Cietie elementi ir metāli un dielektriķi, bez kuriem elektrotehnika nav iedomājama, tie ir pusvadītāji, kas veido mūsdienu elektronikas pamatu, magnēti, supravadītāji un konstrukciju materiāli. Īsāk sakot, var apgalvot, ka zinātnes un tehnoloģiju progress lielā mērā balstās uz cietvielu izmantošanu.

Taču, pētot tos, svarīga ir ne tikai lietas praktiskā puse. Zinātnes attīstības pati iekšējā loģika – cietvielu fizika – noveda pie izpratnes par lielu sistēmu kolektīvo īpašību nozīmi.

Ciets ķermenis sastāv no miljarda daļiņu, kas mijiedarbojas viena ar otru. Tas izraisa noteiktas kārtības parādīšanos sistēmā un īpašas īpašības visam mikrodaļiņu skaitam. Tādējādi elektronu kolektīvās īpašības nosaka cietvielu elektrovadītspēju, un ķermeņa spēja absorbēt siltumu - siltumietilpība - ir atkarīga no atomu kolektīvo vibrāciju rakstura termiskās kustības laikā. Kolektīvās īpašības izskaidro visus cieto vielu uzvedības pamatmodeļus.

Cieto vielu struktūra ir daudzveidīga. Tomēr tos var iedalīt divās lielās klasēs: kristāli un amorfās cietās vielas.

1. Amorfo ķermeņu vispārīgie raksturojumi

Ne visas cietās vielas ir kristāli. Ir daudz amorfu ķermeņu.

Amorfos ķermeņos nav stingras kārtības atomu izkārtojumā. Tikai tuvākie kaimiņu atomi atrodas kaut kādā secībā. Bet nav stingras virzības visos viena un tā paša konstrukcijas elementa virzienos, kas raksturīga kristāliem amorfos ķermeņos.

Bieži vien vienu un to pašu vielu var atrast gan kristāliskā, gan amorfā stāvoklī. Piemēram, kvarca SiO2 var būt kristāliskā vai amorfā formā (silīcija dioksīds). Kvarca kristālisko formu shematiski var attēlot kā regulāru sešstūru režģi. Kvarca amorfajai struktūrai ir arī režģa izskats, bet neregulāra forma. Kopā ar sešstūriem tajā ir piecstūri un septiņstūri.

1959. gadā angļu fiziķis D. Bernāls veica interesantus eksperimentus: viņš paņēma daudzas mazas tāda paša izmēra plastilīna bumbiņas, sarullēja tās krīta pulverī un iespieda lielā bumbiņā. Rezultātā bumbiņas tika deformētas daudzskaldņos. Izrādījās, ka šajā gadījumā pārsvarā veidojās piecstūra sejas, un daudzskaldnim bija vidēji 13,3 sejas. Tātad amorfajās vielās noteikti ir kāda kārtība.

Pie amorfiem ķermeņiem pieder stikls, sveķi, kolofonija, cukurkonfektes uc Atšķirībā no kristāliskām vielām amorfās vielas ir izotropas, tas ir, to mehāniskās, optiskās, elektriskās un citas īpašības nav atkarīgas no virziena. Amorfiem ķermeņiem nav noteikta kušanas temperatūra: kušana notiek noteiktā temperatūras diapazonā. Amorfas vielas pāreju no cietas uz šķidru stāvokli nepavada pēkšņas īpašību izmaiņas. Amorfā stāvokļa fiziskais modelis vēl nav izveidots.

Amorfās cietās vielas ieņem starpstāvokli starp kristāliskām cietām vielām un šķidrumiem. To atomi vai molekulas ir sakārtotas relatīvā secībā. Cietvielu (kristālisko un amorfo) struktūras izpratne ļauj izveidot materiālus ar vēlamām īpašībām.

Ārējās ietekmēs amorfiem ķermeņiem piemīt gan elastīgas īpašības, piemēram, cietām vielām, gan plūstamība, piemēram, šķidrumiem. Tādējādi īstermiņa ietekmē (triecienu) tie uzvedas kā cieti ķermeņi un spēcīga trieciena rezultātā sadalās gabalos. Bet ar ļoti ilgu ekspozīciju amorfie ķermeņi plūst. Sekosim sveķu gabalam, kas atrodas uz gludas virsmas. Pamazām sveķi izkliedējas pa to, un jo augstāka ir sveķu temperatūra, jo ātrāk tas notiek.

Amorfie ķermeņi zemā temperatūrā pēc savām īpašībām atgādina cietas vielas. Tiem gandrīz nav plūstamības, bet, paaugstinoties temperatūrai, tie pamazām mīkstina un to īpašības kļūst arvien tuvākas šķidrumu īpašībām. Tas notiek tāpēc, ka, paaugstinoties temperatūrai, atomu lēcieni no vienas pozīcijas uz otru pakāpeniski kļūst biežāki. Amorfajiem ķermeņiem, atšķirībā no kristāliskajiem, nav noteiktas ķermeņa temperatūras.

Kad šķidra viela tiek atdzesēta, tā ne vienmēr kristalizējas. noteiktos apstākļos var veidoties nelīdzsvarots ciets amorfs (stiklveida) stāvoklis. Stiklveida stāvoklī var būt vienkāršas vielas (ogleklis, fosfors, arsēns, sērs, selēns), oksīdi (piemēram, bors, silīcijs, fosfors), halogenīdi, halkogenīdi, daudzi organiskie polimēri. Šādā stāvoklī viela var būt stabila uz ilgu laiku, piemēram, daži vulkāniskie stikli ir miljoniem gadu veci. Vielas fizikālās un ķīmiskās īpašības stiklveida amorfā stāvoklī var būtiski atšķirties no kristāliskas vielas īpašībām. Piemēram, stiklveida germānija dioksīds ir ķīmiski aktīvāks nekā kristāliskais. Šķidrā un cietā amorfā stāvokļa īpašību atšķirības nosaka daļiņu termiskās kustības raksturs: amorfā stāvoklī daļiņas spēj veikt tikai svārstības un rotācijas kustības, bet nevar pārvietoties vielas iekšienē.

Mehāniskas slodzes vai temperatūras izmaiņu ietekmē var kristalizēties amorfie ķermeņi. Vielu reaktivitāte amorfā stāvoklī ir daudz augstāka nekā kristāliskā stāvoklī. Amorfā (no grieķu valodas “amorphos” - bezformas) vielas stāvokļa galvenā iezīme ir atomu vai molekulārā režģa neesamība, tas ir, kristāliskajam stāvoklim raksturīgā struktūras trīsdimensiju periodiskums.

Ir vielas, kas var pastāvēt tikai cietā veidā amorfā stāvoklī. Tas attiecas uz polimēriem ar neregulāru vienību secību.

2. Amorfo metālu sakausējumi

Amorfie metālu sakausējumi (metāla stikli) ir metāliskas cietas vielas, kurās atomu izkārtojumā nav liela attāluma kārtības. Tas tiem piešķir vairākas būtiskas atšķirības no parastajiem kristāliskajiem metāliem.

Pirmo reizi amorfos sakausējumus 1960. gadā ieguva P. Duvezs, taču to vērienīga izpēte un rūpnieciska izmantošana sākās desmit gadu vēlāk – pēc vērpšanas metodes izgudrošanas 1968. gadā. Šobrīd ir zināmi vairāki simti amorfizējošo sakausējumu sistēmu, pietiekami detalizēti izpētīta metālisko stiklu uzbūve un īpašības, paplašinās to pielietojuma iespējas rūpniecībā.

2.1. Amorfo sakausējumu ražošanas metodes

Īpaši augstu šķidrā metāla dzesēšanas ātrumu, lai iegūtu amorfu struktūru, var realizēt dažādos veidos. Viņiem kopīgs ir nepieciešamība nodrošināt dzesēšanas ātrumu vismaz 106 grādi/s. Ir zināmas metodes piliena katapultēšanai uz aukstas plāksnes, strūklas izsmidzināšanai ar gāzi vai šķidrumu, piliena vai strūklas centrifugēšanai, plānas metāla virsmas plēves kausēšanai ar lāzeru ar ātru siltuma noņemšanu pēc parastā metāla masas. , īpaši ātra dzesēšana no gāzveida vides utt. Šo metožu izmantošana ļauj iegūt dažāda platuma un biezuma lenti, stiepli un pulverus.

Visefektīvākās metodes amorfās lentes rūpnieciskai ražošanai ir šķidra metāla strūklas dzesēšana uz rotējošo trumuļu ārējām (disku rūdīšana) vai iekšējām (centrbēdzes dzesēšanas) virsmām vai kausējuma velmēšana starp aukstiem veltņiem, kas izgatavoti no materiāliem ar augstu siltumvadītspēju.

1. att. Metodes plānas sloksnes iegūšanai, sacietējot no kausējuma: a) centrbēdzes rūdīšana; b) cietināšana uz diska; c) kausējuma velmēšana; d) centrbēdzes rūdīšana; e) planētu sacietēšana

1. attēlā parādītas šo metožu shematiskas diagrammas. Indukcijas krāsnī iegūtais kausējums ar neitrālu gāzi tiek izspiests no sprauslas un, saskaroties ar rotējoša atdzesēta ķermeņa (ledusskapja) virsmu, sacietē. Atšķirība ir tāda, ka centrbēdzes rūdīšanas un diska dzēšanas metodēs kausējums tiek atdzesēts tikai vienā pusē.

Galvenā problēma ir panākt pietiekamu ārējās virsmas tīrības pakāpi, kas nesaskaras ar ledusskapi. Izkausētā velmēšanas metode nodrošina labu kvalitāti uz abām lentes virsmām, kas ir īpaši svarīgi amorfajām lentēm, ko izmanto magnētiskajām ierakstīšanas galviņām. Katrai metodei ir savi ierobežojumi attiecībā uz lentu izmēru, jo pastāv atšķirības gan sacietēšanas procesā, gan metožu aparatūras dizainā. Ja centrbēdzes rūdīšanas laikā sloksnes platums ir līdz 5 mm, tad velmējot tiek iegūtas sloksnes ar platumu 10 mm vai vairāk.

Diska cietināšanas metode, kas prasa vienkāršāku aprīkojumu, ļauj mainīt sloksnes platumu plašā diapazonā atkarībā no kausēšanas tīģeļu izmēra. Šī metode ļauj izgatavot gan šauras lentes ar platumu 0,1-0,2 mm, gan platas - līdz 100 mm, un platuma uzturēšanas precizitāte var būt ± 3 mikroni. Tiek izstrādātas iekārtas ar maksimālo tīģeļa ietilpību līdz 50 kg.Visās iekārtās cietināšanai no šķidra stāvokļa metāls ātri sacietē, plānā kārtā izkliedējot pa rotējoša ledusskapja virsmu. Ja sakausējuma sastāvs ir nemainīgs, dzesēšanas ātrums ir atkarīgs no kausējuma biezuma un ledusskapja īpašībām. Kausējuma biezumu uz ledusskapja nosaka tā griešanās ātrums un kausējuma plūsmas ātrums, t.i., tas ir atkarīgs no sprauslas diametra un gāzes spiediena uz kausējumu. Liela nozīme ir pareizai kausējuma padeves leņķa izvēlei diskam, kas ļauj palielināt metāla saskares ilgumu ar ledusskapi. Dzesēšanas ātrums ir atkarīgs arī no paša kausējuma īpašībām: siltumvadītspējas, siltumietilpības, viskozitātes, blīvuma.

Lai iegūtu plānu amorfu stiepli, tiek izmantotas dažādas šķiedru vilkšanas metodes no kausējuma.

2. att. Metodes plānas stieples iegūšanai, kas rūdīta no kausējuma: a) kausējuma izvilkšana caur dzesēšanas šķidrumu (kausējuma ekstrūzija); b) vītnes izvilkšana no rotējošās trumuļas; c) kausējuma izvilkšana stikla kapilārā; 1 - izkausēt; 2 -- dzesēšanas šķidrums; 3 -- stikls; 4 -- sprausla; 5 -- tinuma stieple

Pirmajā metodē (2. att., a) izkausētu metālu ievelk apaļā mēģenē caur sāļu ūdens šķīdumu.

Otrajā (2. att., b) izkausēta metāla straume iekrīt šķidrumā, ko centrbēdzes spēks tur uz rotējoša trumuļa iekšējās virsmas: sacietējušais pavediens pēc tam tiek attīts no rotējošā šķidruma. Zināma metode sastāv no amorfas stieples iegūšanas, pēc iespējas ātrāk ievelkot kausējumu stikla kapilārā (2. att., c).

Šo metodi sauc arī par Teilora metodi. Šķiedru iegūst, izvelkot kausējumu vienlaikus ar stikla cauruli, un šķiedras diametrs ir 2-5 mikroni. Galvenās grūtības šeit ir atdalīt šķiedru no stikla, kas to pārklāj, kas dabiski ierobežo ar šo metodi amorfēto sakausējumu sastāvu.

2.2. Mehāniskās īpašības

Pirmā amorfo sakausējumu mehānisko īpašību iezīme, kas jāatzīmē, ir to ļoti augstā izturība. Kā zināms, teorētiskā izturība, tas ir, spriegums, kas nepieciešams, lai pārrautu visas starpatomiskās saites lūzuma plaknē, ir 1 ~ 10E? (E ir Janga modulis). Īsto metālu stiprums ir par divām līdz trim kārtām mazāks - tikai ūsu (ūsu) stiprums tuvojas teorētiskajam.

Amorfajiem sakausējumiem raksturīgas arī vērtības 0,040,05Ey?… tuvu teorētiskajai stiprībai. Tas, pirmkārt, ir saistīts ar zemākiem elastības moduļiem, salīdzinot ar kristāliem, un, otrkārt, ar specifiskiem deformācijas un lūzuma mehānismiem. Amorfo sakausējumu Puasona koeficients parasti ir tuvu 0,4 – tā ir starpvērtība starp kristāliskajiem metāliem (0,3) un šķidrumiem (0,5). Diezgan negaidīta amorfo sakausējumu īpašība ir to spēja iziet plastmasas plūsmu. Kristālos, kā zināms, plastisko uzvedību nodrošina dislokāciju kustība. Bet ķermenī bez translācijas simetrijas dislokācijas klasiskajā izpratnē nav iespējamas, un varētu sagaidīt, ka amorfās vielas būtu absolūti trauslas. Neorganiskie stikli uzvedas šādi, bet amorfajos metālos joprojām notiek plastiskā deformācija.

Spēja deformēties, tāpat kā kristāliem, ir saistīta ar metāliskās saites ceļojošo, nevirziena raksturu. Šajā gadījumā ir iespējams realizēt lielo izturību, kas raksturīga amorfiem ķermeņiem, ja trausls lūzums tiek nomākts pie spriegumiem, kas ir mazāki par tecēšanas robežu. Amorfo sakausējumu plastiskā deformācija var būt viendabīga, kad tiek deformēts katrs tilpuma elements un paraugs piedzīvo vienmērīgu deformāciju, un nehomogēna, ja plastmasas plūsma ir lokalizēta plānās bīdes joslās.

Homogēna deformācija notiek augstā temperatūrā (tuvu kristalizācijas temperatūrai) un zemos spriegumos (0,01 Gf<, где G -- модуль сдвига). При этом скорость деформации пропорциональна приложенному напряжению. Вязкость з по мере развития деформации непрерывно растёт, и с повышением температуры этот рост ускоряется по аррениусовскому закону. Степень пластической деформации при гомогенном течении практически неограничена, и при правильно подобранных условиях можно добиться эффекта сверхпластичности с деформацией в сотни процентов. По-видимому, гомогенная деформация происходит за счёт непрерывной релаксации структуры, хотя она может протекать и после предварительного отжига при более высокой температуре.

Rezultātā sakausējumi pēc viendabīgas deformācijas parasti strauji trausls. Neviendabīga plastmasas plūsma notiek pie zemām temperatūrām un lieliem spriegumiem (cr0.8TT<0,02Gф>). Tas ir maz jutīgs pret slodzes ātrumu, un to praktiski nepavada deformācijas sacietēšana. Pretstatā viendabīgai deformācijai, neviendabīga deformācija izraisa sakārtotības pakāpes samazināšanos amorfajā struktūrā. Nehomogēnās deformācijas laikā plūsma koncentrējas bīdes joslās, kuru skaits nosaka sakausējuma plastiskumu. Plastiskums ļoti atšķiras atkarībā no iekraušanas modeļa. Stiepjot tas parasti ir mazs - destrukcija notiek pēc 1...2% deformācijas, savukārt velmējot var sasniegt 50...60% deformācijas un liecot rādiusu var pielīdzināt biezumam lente (30...40 mikroni).

Amorfo sakausējumu, tāpat kā parasto kristālisko sakausējumu, lūzums var būt trausls un izturīgs. Trausls lūzums rodas šķelšanās rezultātā bez ārējām makroskopiskās plūsmas pēdām un pa plaknēm, kas ir perpendikulāras stiepes asij. Kaļamais lūzums notiek pēc plastiskas deformācijas vai vienlaikus ar to. Tas attīstās pa plaknēm, kurās darbojas maksimālie tangenciālie spriegumi. Amorfo sakausējumu kaļamā lūzuma raksturīga iezīme ir divu zonu klātbūtne uz lūzuma virsmas: gandrīz gludas šķelšanās zonas un apgabali, kuros tiek novērota savītu “vēnu” sistēma - ļoti lokalizētas plastmasas plūsmas zonu rašanās pēdas. ar biezumu ~0,1 μm.

2.3. Fizikālās īpašības

Pirmkārt, mums vajadzētu pakavēties pie amorfo sakausējumu magnētiskajām īpašībām. Amorfā stāvoklī, neskatoties uz nesakārtoto atomu izvietojumu, var rasties sakārtots magnētisko momentu izvietojums. Tāpēc daudzi amorfie sakausējumi, kuru pamatā ir dzelzs, kobalts, niķelis un arī daži retzemju metāli, ir feromagnētiski. To uzvedība ir kvalitatīvi līdzīga kristālisko feromagnētu uzvedībai: tajos parādās magnētiskie domēni, magnetizācijas apvērses laikā ir histerēzes cilpa, ir Kirī punkts, virs kura pazūd spontānā magnetizācija utt. Amorfajos sakausējumos nav šķēršļu domēna sienu kustībai magnetizācijas maiņas laikā, piemēram, dislokācijas vai graudu robežas; tomēr vietējās neviendabības, magnetostrikcija no iekšējiem spriegumiem utt. var darboties kā barjeras. Atlaidināšana zem kristalizācijas temperatūras, kas noved pie amorfās struktūras relaksācijas un iekšējo spriegumu samazināšanās, parasti samazina piespiedu spēku. Tomēr dažos gadījumos, gluži pretēji, tas var izraisīt histerēzes cilpas paplašināšanos domēna robežu stabilizēšanās dēļ.

Amorfo sakausējumu elektriskā pretestība ir ievērojami augstāka nekā kristāliskajiem sakausējumiem, jo ​​trūkst liela attāluma kārtības. Turklāt to elektriskā pretestība nedaudz mainās atkarībā no temperatūras. Ir arī amorfie supravadītāji.

2.4. Amorfo sakausējumu pielietošana

1. Aptuveni 80% rūpniecisko amorfo sakausējumu tiek ražoti to magnētisko īpašību dēļ. Tos izmanto kā mīkstus magnētiskus materiālus, kas apvieno izotropās īpašības, augstu magnētisko caurlaidību, augstu piesātinājuma indukciju un zemu piespiedu spēku. Tos izmanto magnētisko ekrānu, magnētisko filtru un separatoru, sensoru, ierakstīšanas galviņu u.c. ražošanai. Transformatoru serdeņiem, kas izgatavoti no amorfiem sakausējumiem, raksturīgi ļoti zemi magnetizācijas maiņas zudumi šauras histerēzes cilpas dēļ, kā arī augsta elektriskā pretestība un mazs biezums, kas samazina ar virpuļstrāvu saistītos zudumus.

Lai gan amorfie materiāli ir ķīmiski aktīvāki nekā kristāliskie, ja tie satur hromu un citus elementus, kas veicina pasivējošas plēves veidošanos, tiem var būt īpaši augsta izturība pret koroziju un tie var tikt izmantoti agresīvā vidē; piemēram, sakausējums Fe45Cr25Mo10P13C7 ir pat pārāks par tantalu ar izturību. Amorfie sakausējumi tiek izmantoti arī kā augstas stiprības sakausējumi (piemēram, kā kompozītmateriālu sastāvdaļa un pat automašīnu riepu kords). Dažiem amorfiem sakausējumiem piemīt invar un elinvar īpašības (tas ir, to termiskās izplešanās koeficients ir tuvu nullei vai elastības moduļi, kas ir vāji atkarīgi no temperatūras), un tos var izmantot precīzās ierīcēs. Visbeidzot, nanokristālisku materiālu ražošanai tiek izmantoti amorfie sakausējumi. Amorfo sakausējumu izmantošanu apgrūtina gan tehnoloģiskie ierobežojumi (mazs iegūto pusfabrikātu biezums, pilnīga metināšanas nespēja), gan zemā īpašību stabilitāte - to struktūra un īpašības būtiski mainās ne tikai sildot, bet arī ekspluatējot telpā. temperatūra.

Čeļabinskas apgabalā ir uzņēmums, kas rūpnieciskā mērogā ražo amorfos metālu sakausējumus - tas ir Ashinsky Metallurgical Plant OJSC. Pirmie darbi pie amorfo sakausējumu ražošanas tur sākās 1984. gadā, bet amorfās lentes (ESPTs-1) ražošanas cehs tika uzcelts 1989. gadā.

Amorfā lente tiek ražota uz Ural-100 vienībām, izlejot plakanu šķidra metāla strūklu uz rotējošas atdzesētas cilindra virsmas, kuras diametrs ir aptuveni 1000 mm un platums 200 mm (sk. 1. att., a). Iegūtās lentes platums ir no 3 līdz 80 mm un biezums 20...30 mikroni. Tiek ražoti mīksti magnētiski amorfie sakausējumi uz dzelzs 2NSR, 9KSR, 30KSR un kobalta 71KNSR, 86KGSR, 82K3KHSR, 84KKHSR bāzes, kā arī 5BDSR tipa “finmet” nanokristāliskais sakausējums. (Leģēto kategoriju elementu apzīmējumi ir tādi paši kā leģētajiem tēraudiem.) Patērētājiem sakausējumi tiek piegādāti gan lentes veidā, kas satīti ruļļos, ​​gan gatavās produkcijas veidā - magnētiskās ķēdes. Papildus savītām magnētiskajām shēmām no amorfās lentes var izgatavot magnētiskos ekrānus, magnētisko sensoru un transformatoru serdeņus, pretestības elementus utt.

Lentu piegādā bez termiskās apstrādes, tomēr gatavajiem izstrādājumiem no vairuma sakausējumu nepieciešama obligāta termomagnētiskā apstrāde (retāk termiskā apstrāde bez magnētiskā lauka) 400...460 °C temperatūrā 10...60 minūtes. 5BDSR sakausējuma termomagnētiskā apstrāde, ko pavada nanokristalizācija, tiek veikta 520...550 °C temperatūrā. Bez termiskās apstrādes magnētiskajiem vairogiem tiek izmantots tikai 71KNSR sakausējums. Katrai lentes partijai tiek kontrolēts ne tikai ķīmiskais sastāvs, bet arī viss magnētisko raksturlielumu komplekts pēc termiskās (termomagnētiskās) apstrādes.

Amorfos elinvārus izmanto seismisko sensoru, manometru membrānu, ātruma, paātrinājuma un griezes momenta sensoru ražošanai; pulksteņu mehānismu atsperes, svari, ciparnīcas indikatori un citas precīzas atsperu ierīces. Vācijā tika izstrādāts Vitrovac-0080 zīmola sakausējums, kas satur 78% niķeļa, bora un silīcija. Sakausējuma stiepes izturība = 2000 MPa, Janga modulis 1,5*105 MPa, blīvums 8 g/cm3, elektriskā pretestība 0,9 Ohm*mm2/m, lieces izturības robeža aptuveni 800 MPa, pamatojoties uz 107 cikliem. Sakausējums ir ieteicams atsperu, membrānu un kontaktu ražošanai.

Amorfos materiālus izmanto augstspiediena cauruļu armēšanai, riepu tērauda kordu izgatavošanai u.c. Nākotnē spararatu izgatavošanai iespējams izmantot amorfos sakausējumus. Šādus spararatus var izmantot enerģijas uzkrāšanai un maksimālās slodzes segšanai spēkstacijās, transportlīdzekļu veiktspējas uzlabošanai utt.

AMC uz dzelzs bāzes tiek izmantoti kā materiāli dažādiem mērķiem paredzētu augstfrekvences transformatoru serdeņiem, droseles un magnētiskajiem pastiprinātājiem. Tas ir saistīts ar zemajiem kopējiem zudumiem, kas labākajos šīs klases AMS ir par vienu pakāpi mazāki nekā silīcija elektrotēraudos.

Ir ierosināti Fe-Si-B sakausējumi ar augstu magnētisko piesātinājumu, lai aizstātu parasto kristālisko Fe-Si sakausējumu transformatoru serdeņos, kā arī augstas caurlaidības Ni-Fe sakausējumus. Magnetokristāliskās anizotropijas trūkums apvienojumā ar diezgan augstu elektrisko pretestību samazina virpuļstrāvas zudumus, īpaši augstās frekvencēs. Zudumi serdeņos, kas izgatavoti no Japānā izstrādātā amorfā sakausējuma Fe81B13Si4C2, ir 0,06 W/kg, t.i., aptuveni divdesmit reizes mazāki nekā zudumi uz graudainiem transformatora tērauda loksnēm. Ietaupījumi histerēzes enerģijas zudumu samazināšanas dēļ, izmantojot Fe83B15Si2 sakausējumu transformatoru tēraudu vietā, ASV vien sasniegs 300 miljonus USD gadā. Šai metālisko stiklu pielietojuma jomai ir plaša perspektīva.

Papildus ārkārtīgi augstajai sākotnējai magnētiskajai caurlaidībai, īpaši augstās frekvencēs (10 kHz), kā arī nulles magnetostrikcijai, kobalta bāzes metāla stikliem ir augsta cietība un labas korozijas īpašības, tāpēc tos izmanto kā materiālus magnētiskajām ierakstīšanas galviņām. Japānā izstrādātais Fe5Co70Si10B15 sakausējums ir atradis augstu veiktspēju un plašu pielietojumu. Ar ruļļu sacietēšanas metodi tiek iegūta 50 µm bieza un 15 mm plata sloksne ar izcilu kvalitāti uz abām virsmām (raupjums ± 3 µm). Pateicoties augstajam magnētiskās plūsmas blīvumam un augstajai nodilumizturībai, no šīs lentes izgatavotajām ierakstīšanas galviņām ir labāka kopējā veiktspēja nekā ferīta galviņām un permalloy galviņām. Šie materiāli tiek izmantoti audio, video, datoru un citās ierakstu iekārtās.

Lentas, kas izgatavotas no amorfā kobalta sakausējumiem, tiek izmantotas maza izmēra augstfrekvences transformatoru serdeņos dažādiem mērķiem, jo ​​īpaši sekundārajiem barošanas avotiem un magnētiskajiem pastiprinātājiem. Tos izmanto strāvas noplūdes detektoros, telekomunikāciju sistēmās un kā sensorus (tostarp fluxgate tipus), magnētiskiem ekrāniem un temperatūras jutīgiem sensoriem, kā arī ļoti jutīgiem magnētiskajiem pārveidotājiem. Augsta izturība apvienojumā ar izturību pret koroziju ļauj izmantot amorfus sakausējumus kabeļu ražošanai, kas darbojas saskarē ar jūras ūdeni, kā arī izstrādājumus, kuru darbības apstākļi ir saistīti ar agresīvas vides iedarbību.

Augstas izturības, korozijas un nodilumizturības, kā arī mīksto magnētisko īpašību kombinācija ļauj izmantot citus lietojumus. Piemēram, šādas brilles ir iespējams izmantot kā indukcijas magnētiskās atdalīšanas ierīcēs. No lentes austi izstrādājumi tika izmantoti kā magnētiskie ekrāni. Šo materiālu priekšrocība ir tā, ka tos var sagriezt un saliekt vēlamās formās, neapdraudot to magnētiskās īpašības.

Tā kā stikli ir ļoti pārdzesēti šķidrumi, to kristalizācija karsējot parasti notiek ar spēcīgu kodolu veidošanos, kā rezultātā veidojas viendabīgs, ļoti smalki graudains metāls. Šādu kristālisko fāzi nevar iegūt ar parastajām apstrādes metodēm. Tas paver iespēju iegūt īpašus lodmetālus tievas sloksnes veidā. Šī lente viegli izliecas, un to var griezt un apzīmogot, lai iegūtu optimālu konfigurāciju. Lodēšanai ir ļoti svarīgi, lai lente pēc sastāva būtu viendabīga un nodrošinātu drošu kontaktu visos lodējamo izstrādājumu punktos. Lodmetāliem ir augsta izturība pret koroziju. Tos izmanto aviācijas un kosmosa tehnoloģijās.

Nākotnē supravadošus kabeļus ir iespējams iegūt, kristalizējot sākotnējo amorfo fāzi.

Ir zināms arī amorfu sakausējumu izmantošana kā ķīmisko reakciju katalizatori. Piemēram, amorfais Pd-Rh sakausējums izrādījās katalizators NaCl sadalīšanai NaOH un C12, un sakausējumi uz dzelzs bāzes nodrošina augstāku iznākumu (apmēram 80%), salīdzinot ar dzelzs pulveri (apmēram 15%). sintēzes reakcija

4H2 + 2CO = C2H4 + 2H2O — (12.1)

Amorfos metālus bieži sauc par nākotnes materiāliem to īpašību unikalitātes dēļ, kas nav sastopami parastajos kristāliskajos metālos. Informācija par galvenajām amorfo metālu materiālu pielietojuma jomām ir sniegta 12.4. tabulā.

Amorfo metālu plašo izmantošanu kavē augstās izmaksas, salīdzinoši zemā termiskā stabilitāte, kā arī iegūto lentu, stiepļu un granulu mazie izmēri. Turklāt amorfo sakausējumu izmantošana konstrukcijās ir ierobežota to zemās metināmības dēļ.

3. Amorfie un stiklveida pusvadītāju materiāli

Amorfas un stiklveida vielas, kurām piemīt pusvadītāju īpašības. Tiem ir raksturīga neliela diapazona kārtība un liela attāluma kārtības neesamība. Stiklveida pusvadītāju materiālam, ko var uzskatīt par īpašu amorfas vielas veidu, ir raksturīgs telpiskais režģis, kurā bez kovalenti saistītiem atomiem ir arī polāras jonu grupas. Šādos materiālos saite starp atomu un jonu grupām tiek veikta maza attāluma kovalento van der Vālsa spēku dēļ. Neorganiskiem stiklveida pusvadītājiem ir elektroniska vadītspēja.

Atšķirībā no kristāliskajiem pusvadītājiem, stiklveida pusvadītājiem nav piemaisījumu vadītspējas. Stiklveida pusvadītāju piemaisījumi ietekmē novirzi no stehiometrijas un tādējādi maina to elektriskās īpašības. Šie pusvadītāji ir krāsaini un necaurspīdīgi biezos slāņos. Stiklveida pusvadītāju materiāliem ir raksturīga nepareiza struktūra un nepiesātinātas ķīmiskās saites.

Amorfos un stiklveida pusvadītājus pēc sastāva un struktūras iedala oksīdu, halkogenīdu, organisko un tetraedrisko.

Oksīdu skābekli saturoši stikli tiek ražoti, sakausējot metālu oksīdus ar mainīgu valenci, piemēram, V2O5-P2O5-ZnO. Metāla oksīdiem, kas veido šos stiklus, vienlaikus ir vismaz divi viena un tā paša elementa dažādi valentie stāvokļi, kas nosaka to elektronisko vadītspēju. Bezskābekļa halkogenīda stikli tiek ražoti, sakausējot halkogēnus (S, Se, Te) ar periodiskās sistēmas III, IV, V grupu elementiem. Halkogenīda stiklveida pusvadītājus ražo galvenokārt vai nu atdzesējot kausējumu, vai iztvaicējot vakuumā. Tipiski pārstāvji ir arsēna sulfīds un selenīds. Tajos ietilpst arī dažādu metālu halkogenīdu (sulfīdu, selenīdu un telurīdu) divkomponentu un daudzkomponentu stiklveida sakausējumi (piemēram, Ge-S, Ge-Se, As-S, As-Se, Ge-SP, Ge-As-Se , As -S-Se, As-Ge-Se-Te, As-Sb-S-Se, Ge-S-Se, Ge-Pb-S). Halkogenīda glāzēm ir augsta caurspīdīgums spektra IS apgabalā no 1 līdz 18 mikroniem. Sarežģītu halkogenīdu savienojumu amorfajām plēvēm ir liels potenciāls mainīt to fizikāli ķīmiskās īpašības.

Si, Ge, GaAs un citu pusvadītāju vielu amorfās plēves to īpašību dēļ praktiski neinteresē. Tā kā šajos pusvadītājos nav liela attāluma kārtības un ir liels skaits defektu, piemēram, mikroporu, daudzos atomos ir nepiesātinātas karājas saites. Tā sekas ir liels lokalizētu stāvokļu blīvums (1020 cm-3) joslas spraugā. Sakarā ar elektrovadītspējas procesa specifiku amorfajos pusvadītājos ir gandrīz neiespējami kontrolēt šādu materiālu elektriskās īpašības.

Ūdeņraža ievadīšana amorfās silīcija plēvēs būtiski maina tā elektriskās īpašības. Izšķīdinot amorfā silīcijā, ūdeņradis aizver karājās saites (piesātina tās), kā rezultātā šādā “hidrogenētā” materiālā, ko sauc par Si:H, stāvokļu blīvums joslas spraugā strauji samazinās (līdz 1016-1017 cm-3). ). Šādu materiālu var leģēt ar tradicionālajiem donoru (P, As) un akceptoru (B) piemaisījumiem, piešķirot tam elektronisku vai cauruma tipa vadītspēju un veidojot tajā p-n savienojumus. Uz silīcija bāzes ir sintezēta virkne hidrogenētu amorfu pusvadītāju ar interesantām elektriskām un optiskām īpašībām Si1-xCx:H, Si1-xGex:H, Si1-xNx:H, Si1-xSnx:H.

Amorfo un stiklveida pusvadītāju praktiskie pielietojumi ir dažādi. Amorfais silīcijs ir kļuvis par lētāku alternatīvu monokristāliskajam silīcijam, piemēram, uz tā bāzes izgatavotu saules bateriju ražošanā. Amorfā silīcija optiskā absorbcija ir 20 reizes lielāka nekā kristāliskā silīcija absorbcija. Tāpēc ievērojamai redzamās gaismas absorbcijai dārgu 300 μm silīcija substrātu vietā pietiek ar -Si:H plēvi ar biezumu 0,5-1,0 μm. Salīdzinot ar polikristāliskā silīcija elementiem, produkti uz -Si:H bāzes tiek ražoti zemākā temperatūrā (300 °C).

Hidrogenēts silīcijs ir lielisks materiāls gaismjutīgu elementu izveidei kserogrāfijā, primārajos attēla sensoros (sensoros), videokonu mērķos televīzijas lampu pārraidīšanai. Optiskie sensori, kas izgatavoti no hidrogenēta amorfā silīcija, tiek izmantoti video informācijas ierakstīšanai atmiņā, defektu noteikšanas nolūkos tekstilrūpniecībā un metalurģijas nozarē, automātiskās ekspozīcijas un spilgtuma kontroles ierīcēs.

Stikla pusvadītāji ir fotovadoši pusizolatori un tiek izmantoti elektrofotogrāfijā, informācijas ierakstīšanas sistēmās un vairākās citās jomās. Pateicoties to caurspīdīgumam spektra garo viļņu garumā, halkogenīda stiklveida pusvadītājus izmanto optiskajos instrumentos utt.

4. Vispārīgās metodes amorfo materiālu iegūšanai

Vispārējas metodes amorfo materiālu iegūšanai var attēlot attēla veidā.

amorfs metālisks kristālisks fizikāls

Secinājums

Amorfo materiālu divējāda daba tiek augstu novērtēta no rūpnieciskā viedokļa. Eksperimentālais un teorētiskais darbs ar amorfām cietām vielām ir ļāvis labāk izprast šo materiālu cietās struktūras paradoksālo raksturu. Kā arī, kāpēc radās interese par amorfo metālu sakausējumiem? Pirmkārt, tāpēc, ka metālu sakausējumi ar maza attāluma secību atomu izkārtojumā līdz mūsdienām ir ļoti interesanti objekti kondensētās vielas fizikā.

Pēdējos gados ir gūti nozīmīgi rezultāti amorfo metālu materiālu mehānisko, elektrisko un magnētisko īpašību izpētē. Tomēr pilnīga amorfo struktūru pētījumu pabeigšana vēl tikai priekšā. Jautājums par īstermiņa kārtības struktūru atbilstoši realitātei prasa nepārprotamu risinājumu. Bet nākamās rindā ir amorfas struktūras, kurās nav pat neliela attāluma kārtības. Tātad amorfo materiālu derīgo īpašību izpēte turpinās līdz pat šai dienai.

Izmantotās literatūras saraksts

1. A. West Solid State Chemistry, 2. daļa, M.: Mir, 1988. gads

2. Zolotuhins I.V. Amorfo metālu materiālu fizikālās īpašības. M.: Metalurģija, 1986. 176 lpp.

3. B.V.Ņekrasovs, Vispārējās ķīmijas pamati, M.: Ķīmija, 1973.g.

4. Filcs A. Amorfas un stiklveida neorganiskas cietvielas / A. Filcs. - M.: Mir, 1986. - 556 lpp.

5. Henney N. Solid State Chemistry / N. Henney. - M.: Mir, 1971. -223 lpp.

6. Amorfie metālu sakausējumi / V.V. Ņemoškaļenko un citi / resp. ed. V.V. Ņemoškaļenko. - Kijeva: Naukova Dumka, 1987. - 248 lpp.

7. Suzuki, K. Amorfie metāli / K. Suzuki, H. Fujimori, K. Hashimoto; rediģēja Ts Masumoto. - M.: Metalurģija, 1987. - 328 lpp.

8. Rjabovs, A.V. Mūsdienu tērauda kausēšanas metodes loka krāsnīs: mācību grāmata / A.V. Rjabovs, I.V. Čumanovs, M.V. Šišimirovs. - Čeļabinska: SUSU izdevniecība, 2007. - 188 lpp.

9. OJSC "Asha Metallurgical Plant" vietne: http://www.amet.ru.

10. Vietne "Wikipedia": http://ru.wikipedia.org

Ievietots vietnē Allbest.ru

...

Līdzīgi dokumenti

Polimēri kā organiskas un neorganiskas, amorfas un kristāliskas vielas. To molekulu struktūras iezīmes. Termina "polimērs" vēsture un tā nozīme. Polimēru savienojumu klasifikācija, to veidu piemēri. Pielietojums ikdienā un rūpniecībā.

prezentācija, pievienota 10.11.2010


Poliuretānu (PU) īpašību daudzveidība. Poliola un izocianāta komponentu variācijas. Izejvielas poliuretānu ražošanai: izocianāti un daudzvērtīgie spirti. PU krāsu un laku un starpproduktu sintēzes metodes. Mūsdienu modifikācijas metodes.

abstrakts, pievienots 30.03.2009


Vielu gāzveida, kondensētās, šķidrās un amorfās fāzes. Kristālisko fāžu struktūras apraksts. Kristālu struktūru stabilitātes robežas. Cietie korpusa defekti. Punktu defektu mijiedarbība. Metodes nekristālisko cieto fāžu iegūšanai.

tests, pievienots 20.08.2015


Nanokompozītu materiālu vispārīgie raksturojumi: metafizisko īpašību analīze, galvenās pielietošanas jomas. Metamateriālu īpašību apsvēršana, veidošanas metodes. Ievads nanodaļiņu fizikālajās, elektroniskajās un fotofizikālajās īpašībām.

abstrakts, pievienots 27.09.2013


Butilkaučuka fizikāli ķīmisko īpašību radīšanas un analīzes vēsture - svarīgs materiāls, ko izmanto dažādu gumijas un citu materiālu ražošanai automobiļu un ķīmiskajā rūpniecībā. Tehnoloģija butilgumijas ražošanai suspensijā.

abstrakts, pievienots 21.10.2010


Izplatītas polimēru fizikālās modificēšanas metodes, lai piešķirtu tiem specifiskas īpašības. Magnetoplastu termogravimetriskā analīze. Materiālu uz kaolīna bāzes salīdzinošās īpašības. Siltumizolācijas materiālu īpašības.

raksts, pievienots 26.07.2009


Metālu fizikālo un ķīmisko īpašību izpēte, to mijiedarbības īpatnības ar vienkāršām un sarežģītām vielām. Metālu loma cilvēka dzīvē un sabiedrībā. Elementu izplatība dabā. Metālu īpašību izmaiņu modelis grupā.

prezentācija, pievienota 08.02.2013


Polimēru maisījumu fizikālo un mehānisko īpašību izpēte. Gumijas maisījumu liešanas pamatmetožu izpēte. Polimēru materiālu sajaukšana kausējumā un šķīdumā. Iekārtas polimēru maisījumu ražošanai. Miksēšanas kvalitātes novērtējums.

abstrakts, pievienots 20.12.2015


Poliolefīnu struktūras iezīme. Poliolefīnu salīdzinošā ķīmiskā izturība dažādās agresīvās vidēs. Poliolefīnu ķīmisko, fizikālo, termisko, mehānisko, elektrisko īpašību izpēte. Polibutilēna raksturojums un struktūra.

kursa darbs, pievienots 14.01.2012


Degvielu un smērvielu būtība un vispārīgā klasifikācija. Degvielu un eļļu raksturojums. Smērvielu īpašību un pielietojuma apjoma novērtējums. Optimāli uzglabāšanas apstākļi dažāda veida degvielām un smērvielām. Jaunu tehnoloģiju izstrāde un pielietošana to ražošanā.

Amorfo metālu ražošana ir iespējama, sasmalcinot sākotnējo kristālisko ķermeni, lai iegūtu amorfu struktūru (ceļš no augšas uz leju). Ceļš ietver atomu regulārā izvietojuma izjaukšanu kristāliskā ķermenī ārējas ietekmes rezultātā uz kristālu un cieta kristāliska ķermeņa pārvēršanos amorfā cietā vielā.

Līdz šim ir zināmas vairākas tehniskās metodes šo ceļu ieviešanai (1. att.). Tā kā amorfs metāls no termodinamiskā viedokļa ir ārkārtīgi nelīdzsvarota sistēma ar lielu enerģijas pārpalikumu, tā ražošanai, atšķirībā no kristāliska metāla ražošanas, ir nepieciešami nelīdzsvaroti procesi. Šajā attēlā metāla fāzu pārvērtību līdzsvara procesi ir attēloti ar cietām bultiņām, bet amorfā metāla iegūšanas nelīdzsvarotie procesi ir attēloti ar punktētām bultiņām.

1. att. Metālu līdzsvara un nelīdzsvara stāvokļu sasniegšanas metodes

Kā izriet no iepriekš minētās diagrammas, termodinamiski nelīdzsvarotu amorfu (un nanokristālisku) metālu var iegūt no jebkuras līdzsvara fāzes:

kondensāts no gāzes fāzes. Ar dažām atrunām šajā grupā var iekļaut arī amorfo kārtiņu elektrolītiskās nogulsnēšanas metodes no elektrolītu šķīdumiem;

kristāliskā stāvokļa amorfizācija, ieviešot kristālos lielu skaitu defektu;

šķidrā stāvokļa dzēšana no metāla kausējuma.

Pirmās divas metodes amorfo metālu iegūšanai - no gāzveida un kristāliskajiem metāliem - parādījās pagājušā gadsimta pirmajā pusē un ir izmantotas salīdzinoši ilgu laiku, taču tās neattiecas uz metalurģijas tehnoloģijām.

1.1.Amorfo kārtiņu elektrolītiskās nogulsnēšanas metode no elektrolītu šķīdumiem

It īpaši ultraplānas (10-1...101 nm) plēvju ražošanai tiek izmantota vakuuma pārklāšanas metode, kuras pamatā ir atomu-atomu sakraušanas princips. Metālu karsē vakuumā ar spiedienu 10-3...10-9 Pa (vēlams ar minimālo iespējamo atlikušo spiedienu). Šajā gadījumā atsevišķi atomi iztvaiko no kausējuma virsmas. Atomi, kas vakuumā pārvietojas taisni, tiek nogulsnēti uz masīva atdzesēta plāksnes substrāta. Atsevišķu atomu kondensācijas rezultātā to liekajai enerģijai ir laiks absorbēt substrātu ar ātrumu, kas atbilst dzesēšanas ātrumam 109...1013 K/s un ir pietiekams, lai iegūtu tīru metālu amorfo stāvokli. Šajā gadījumā, lai iegūtu tīru pārejas metālu amorfās plēves, substrāts jāatdzesē līdz šķidrā hēlija temperatūrai.

Ar vakuuma pārklāšanas metodi tiek iegūtas amorfas dzelzs, niķeļa, kobalta, mangāna, hroma, alumīnija, vanādija, palādija, cirkonija, hafnija, rēnija, bohrija, tantala, volframa, molibdēna, telūra, antimona, gadolīnija, arsēna un citu elementu plēves. Izsmidzināmo plēvju kristalizācijas temperatūra un termiskā stabilitāte ir atkarīga no to biezuma. Tādējādi dzelzs plēve ar biezumu 2,5 nm kristalizējas jau pie 50...60 K, un ar plēves biezumu 15 nm vispār nav iespējams iegūt dzelzi amorfā stāvoklī.

Metodes trūkums ir tāds, ka izsmidzināšanas kameras atmosfērā esošo gāzu atlikuma atomi kondensējas uz pamatnes vienlaikus ar izsmidzinātā metāla atomiem. Tāpēc izsmidzinātās plēves sastāvs un īpašības ir atkarīgas no retināšanas pakāpes un atlikušo gāzu sastāva.

V S Sučkovs, A N Imatovs

Kamas Valsts Politehniskais institūts

Naberežnije Čelnijs

Amorfo materiālu izmantošanas perspektīvas

Mūsdienu tehnoloģiju attīstība rada nepieciešamību meklēt un attīstīt jaunus metāliskus materiālus, kuriem ir ne tikai augstākas fizikālās un ķīmiskās īpašības, bet arī pēc būtības atšķirīgu īpašību kombinācija, ko nevar sasniegt uz tradicionālo materiālu bāzes. Amorfie metālu sakausējumi ir tik jauna materiālu klase.

Amorfie sakausējumi ir materiāli ar augstu izturību un izturību pret koroziju; tie ir mīksti magnētiski materiāli, kuriem piemīt histerēzes magnētiskās īpašības, kuru līmenis ir raksturīgs labākajiem kristāliski mīkstajiem magnētiskajiem materiāliem (permalloy, sendust); tie ir materiāli ar invar īpašībām; tie ir materiāli ar īpašām elastīgām (elinvar) un magnetomehāniskām īpašībām (materiāli ar augstu magnetomehānisko sakabes koeficientu un pjezomagnētisko koeficientu); Tie ir arī materiāli ar īpašām elektriskām īpašībām.

Ir iespējams izmantot amorfos mīkstus magnētiskos sakausējumus lielā mērogā:

Izstrādājumu kvalitātes uzlabošana, izmantojot amorfos sakausējumus, kuriem ir augstākas veiktspējas īpašības nekā tradicionālajiem kristāliskajiem materiāliem;

kristālisku materiālu, kuru pamatā ir ierobežoti metāli, aizstāšana ar amorfiem sakausējumiem, kas sastāv vai nu no vieglāk pieejamiem elementiem, vai satur ierobežotus elementus mazākos daudzumos;

Pāreja no tradicionālās daudzpakāpju, darbietilpīgas un energoietilpīgas tehnoloģijas galaprodukta iegūšanai uz jaunu materiālu - un enerģijas taupīšanas tehnoloģiju produktu iegūšanai ar kausējuma cietināšanu, kam daudzējādā ziņā piemīt bezatkritumu īpašības. un videi draudzīga tehnoloģija.

Galvenās amorfo pulveru ražošanas metodes ir balstītas uz ātru dzēšanu no kausējumiem, kas klasificēti pēc siltuma izlietnes atrašanās vietas:

Šķidra materiāla veidošanas metode saskarē ar siltuma izlietni. Šīs pieejas priekšrocība ir tāda, ka produkts tiek veidots secīgi pilienam pa pilienam (izsmidzināšanas metodes). Izsmidzināšanas sacietēšana var notikt vairākos posmos, un konkrētu paraugu zonu termiskā vēsture var būt diezgan sarežģīta.

Metode, kurā kausējums tiek nepārtraukti, vienmērīgi novadīts uz siltuma izlietni, nesasmalcinot (lejot uz dzesēšanas virsmas).

Metode (kas ietver visus metināšanas procesus), kas saistīta ar ātru lokalizētu kušanu un sekojošu ātru sacietēšanu, vienlaikus saglabājot pastāvīgu kontaktu ar siltuma izlietni (parasti tā paša materiāla neizkusušo daļu). Aukstā siltuma izlietne parasti ir ciets metāls ar augstu siltumvadītspēju (piemēram, varš). Izsmidzināšanas laikā, kad pilienu dzesēšana un sacietēšana notiek brīvā lidojuma procesā caur gāzveida vidi, un, izspiežot kausējuma pavedienu šķidrā dzesēšanas vidē, gāze vai šķidrums kalpo kā siltuma izlietne.

Katram materiālam var izveidot tā saukto C veida kristalizācijas sākuma diagrammu. Tas ir balstīts uz laika atkarības aprēķiniem t, kas nepieciešams noteiktas kausējuma tilpuma daļas kristalizācijai X, par hipotermijas apjomu Δ T = (Tm- T) Šo diagrammu sauc par TTT — diagrammu (angļu valodas vārdu sākuma burti: temperatūra-laika transformācija). Parāda kritisko dzesēšanas ātrumu Rc. TTT līknes specifisko formu nosaka divu pretējos virzienos darbojošos faktoru superpozīcija, proti, kristalizācijas procesa dzinējspēka palielināšanās, palielinoties pārdzesēšanai un atomu difūzijas mobilitātes samazināšanās. Pirmkārt, palielinoties pārdzesēšanai, laiks kristalizācijas sākumam t samazinās pie noteiktas temperatūras TN tas sasniedz savu minimālo vērtību tN. Turpinot kausējuma pārdzesēšanu, pakāpenisku kristalizācijas sākuma laika palielināšanos galvenokārt nosaka kausējuma viskozitātes palielināšanās.

Rc = (Tm- TN)/ tN

https://pandia.ru/text/77/508/images/image002_184.gif" width="294" height="301 src=">

Šķidruma brīvā tilpuma temperatūras atkarības shēma bez tā pārejas amorfā stāvoklī (1) un pārejas gadījumā uz amorfu stāvokli plkst. Tg(2). Tiek parādītas tikai brīvā tilpuma izmaiņas, neņemot vērā termisko izplešanos, ko izraisa atomu vibrāciju anharmoniskums: Vo– īpatnējais pārdzesēta šķidruma tilpums pie absolūtās nulles

temperatūra; Δ V- pārpalikums (“iesaldēts”) brīvais tilpums amorfā fāzē

Bezmaksas apjoms. Ar brīvo tilpumu, pirmkārt, mēs varam domāt atšķirību starp kausējuma tilpumu V izvēlētajā temperatūrā T un tā apjoms Vo pie absolūtās nulles. Otrkārt, brīvā tilpuma definīciju var formulēt šādi: brīvais tilpums ir starpība starp kausējuma tilpumu. V izvēlētajā temperatūrā un to veidojošo atomu kopējā tilpumā. Parasti tiek ievērota pirmā definīcija. Saskaņā ar šķidruma “caurumu” teoriju, kuras fizikālos pamatus formulējis J. Frenkels, šķidrums tiek attēlots kā nehomogēna, pārtraukta sistēma, kurā ir līdzsvara mikroporas (“caurumi”) ar vidējo tilpumu ν h un kura numurs Nh mainās atkarībā no temperatūras. Šo poru kopējais tilpums Nh" ν h un nosaka brīvo tilpumu Δ Vf. . Ja kausējums zaudē spēju veidot mikroporas pietiekamā daudzumā (brīvais tilpums Δ Vf sasniedz zemas vērtības), tad kausējuma viskozitāte η attiecīgi tas strauji palielinās un notiek tā amorfizācija.

Pamatojoties uz šo metožu izpēti, ir izstrādāta metode amorfa pulvera iegūšanai elektriskās izlādes plazmā.

PREZENTĀCIJA

disciplīna: Nanodaļiņu un nanomateriālu iegūšanas procesi

par tēmu: “Nanomateriālu sagatavošana, izmantojot cietfāzes transformācijas”

Pabeigts:

Studentu gr. 4301-11

Mukhamitova A.A.

Kazaņa, 2014

	IEVADS
1.
	1.1.	METODE NO ELEKTROLĪTU ŠĶĪDUMIEM AMORFĀS PĀRVĒS ELEKTROLĪTISKAS NOKLĀŠANAS METODE
	1.2.	KRISTĀLA STĀVOKĻA AMORFIZĀCIJA, IEVADOT LIELU Defektu skaitu KRISTĀLOS
	1.3.	INTENSĪVA PLASTMASAS DEFORMĀCIJA
	1.4.	ŠĶIDRĀ STĀVOKĻA DZĒŠANA
2.	NANOMATERIĀLU IEGŪŠANAS METODES PRIEKŠROCĪBAS UN TRŪKUMI, IZMANTOJOT CIETFĀZES PĀRVĒRTĪBAS
	SECINĀJUMS
	IZMANTOTO ATSAUCES SARAKSTS

IEVADS

Nesen ir izstrādātas vairākas metodes nanomateriālu ražošanai, kurās dispersiju veic cietā vielā, nemainot agregācijas stāvokli.

Kontrolēta kristalizācija no amorfā stāvokļa ir viena no metodēm lielapjoma nanomateriālu ražošanai. Metode sastāv no amorfa materiāla iegūšanas, piemēram, rūdīšanas no šķidrā stāvokļa un pēc tam kristalizējot to kontrolētos karsēšanas apstākļos.

Amorfie ir metāli, kas atrodas cietā stāvoklī, kuros atomu izkārtojumam nav liela attāluma kārtības, kas raksturīga metāliem parastajā stāvoklī, t.i. kristāliskais stāvoklis. Lai raksturotu metālus šādā stāvoklī, tiek lietoti arī termini “metāla stikls” un retāk “nekristāliski metāli”. Amorfais stāvoklis ir cieto metālu sistēmu termodinamiskās nestabilitātes ierobežojošais gadījums, kas ir pretējs bezdefektu kristāla termodinamiskajam stāvoklim.

Tūkstošiem gadu cilvēce ir izmantojusi cietos metālus tikai kristāliskā stāvoklī. Tikai 20. gadsimta 30. gadu beigās parādījās mēģinājumi iegūt nekristāliskus metāla pārklājumus plānu kārtiņu veidā, izmantojot vakuuma uzklāšanu. 1950. gadā no šķīdumiem elektropārklājot tika iegūta Ni-P sakausējuma amorfa plēve. Šādas plēves tika izmantotas kā cieti, nodilumizturīgi un korozijizturīgi pārklājumi.

Situācija būtiski mainījās, kad 1960. gadā tika atklāta metode amorfu metālu sakausējumu iegūšanai, sacietējot šķidrā stāvoklī, bet 1968. gadā tika atklāta metode kausējuma sacietēšanai uz rotējoša diska virsmas, lai iegūtu liela garuma (simtiem) amorfu lenti. metri). Tas pavēra iespēju plašā mērogā ražot amorfos metālus par salīdzinoši zemām izmaksām un izraisīja strauju pētījumu pieaugumu amorfo sakausējumu jomā.

Mūsdienās aptuveni 80% rūpniecisko amorfo sakausējumu tiek ražoti to unikālo magnētisko īpašību dēļ. Tos izmanto kā mīkstus magnētiskus materiālus, kas apvieno izotropās īpašības, augstu magnētisko caurlaidību, augstu piesātinājuma indukciju un zemu piespiedu spēku. Tos izmanto magnētisko ekrānu, magnētisko filtru un separatoru, sensoru, ierakstīšanas galviņu u.c. ražošanai. Transformatoru serdeņiem, kas izgatavoti no amorfiem sakausējumiem, ir raksturīgi ļoti zemi magnetizācijas maiņas zudumi šauras histerēzes cilpas dēļ, kā arī augsta elektriskā pretestība un neliels amorfās lentes biezums, kas samazina ar virpuļstrāvu saistītos zudumus.

Pēdējā laikā, aptuveni kopš 20. gadsimta 90. gadu vidus, būtiski pieauga interese par dažādu materiālu, tai skaitā metālu, strukturālajiem elementiem ar nanomērogu (1...100 nm). Ar šāda izmēra struktūras veidojumiem, jo ​​īpaši kristāliem, ievērojami palielinās virsmas daļiņu īpatsvars, kuru mijiedarbība atšķiras no tām, kas atrodas daļiņu tilpumos. Rezultātā šādu daļiņu veidoto materiālu īpašības var būtiski atšķirties no tāda paša sastāva materiālu īpašībām, bet ar lielākiem struktūrvienību izmēriem. Lai raksturotu šādus materiālus un to ražošanas metodes, ir parādījušies un plaši lietoti īpaši termini nanomateriāli, nanotehnoloģija un nanoindustrija.

Mūsdienu izpratnē nanomateriāli ir produktu veids, kas satur nanometru izmēru konstrukcijas elementus, kuru klātbūtne nodrošina būtisku uzlabojumu vai kvalitatīvi jaunu mehānisko, ķīmisko, fizikālo, bioloģisko un citu īpašību rašanos, ko nosaka nanomēroga faktoru izpausme. Un nanotehnoloģija ir metožu un paņēmienu kopums, ko izmanto konstrukciju, ierīču un sistēmu izpētē, projektēšanā, ražošanā un izmantošanā, tostarp mērķtiecīgi kontrolējot un modificējot tos veidojošo nanomērogu formu, izmēru, integrāciju un mijiedarbību (1...100). nm) elementi, lai iegūtu objektus ar jaunām ķīmiskām, fizikālām, bioloģiskām īpašībām. Attiecīgi nanoindustrija ir nanomateriālu ražošana, kas īsteno nanotehnoloģijas. Lietojot metāliem, termins "nanokristālisks" parasti attiecas uz metāliem, kuru kristālu izmēri ietilpst iepriekš minētajā nanometru diapazonā.

Nanomateriālu, nanotehnoloģiju attīstība un objektu ar kontrolētu nanoizmēra struktūru izmantošana ir kļuvusi iespējama, lielā mērā pateicoties pētniecības instrumentu un tiešu metožu parādīšanās objektu izpētei atomu līmenī. Piemēram, mūsdienu transmisijas elektronu mikroskopi ar aptuveni 1,5x10 6 palielinājumu ļauj vizuāli novērot atomu struktūru.

Ir dažādi veidi, kā iegūt nanostrukturētus materiālus, tostarp metālus. Piemēram, nanostruktūru var iegūt lielapjoma metāla sagatavē, sasmalcinot parastos kristālus līdz nanoizmēra kristāliem. To jo īpaši var panākt ar intensīvu plastisko deformāciju. Taču struktūras pilnveidošanas metodes ar deformāciju neļauj ražot nanokristāliskos metālus rūpnieciskā mērogā un nepieder pie tradicionālajām metalurģijas tehnoloģijām.

Tajā pašā laikā nanokristālisku, kā arī amorfu metāla struktūru var iegūt ar tradicionālajām metalurģijas metodēm, jo ​​īpaši, ātri atdzesējot kausējumu. Atkarībā no šķidrā stāvokļa dzēšanas apstākļiem ir iespējamas trīs struktūras veidošanas iespējas:

· nanokristalizācija tieši kausējuma dzēšanas procesā (parastās paātrinātās kristalizācijas ierobežojošais gadījums, kas noved pie ne tikai smalkgraudainas, bet arī nanostruktūras veidošanās);

· kausējuma rūdīšanas procesā notiek daļēja kristalizācija, līdz ar to veidojas salikta amorfi-kristāliska struktūra;

· rūdīšanas laikā veidojas amorfa struktūra, un sekojošās atkausēšanas laikā veidojas nanokristāliska struktūra.

Nanokristāliskos, kā arī amorfos metālus, kas iegūti, cietinot šķidrumā, galvenokārt izmanto arī kā magnētiskus un elektriskus materiālus ar unikālām īpašībām. Tos izmanto kā mīkstus un cietus magnētiskus materiālus, vadītājus, pusvadītājus, dielektriķus utt.

Īpaši plaši tiek izmantoti Finemet tipa mīkstie magnētiskie sakausējumi. Tie ir Fe-Si-B sistēmas nanokristāliski sakausējumi ar Cu un Nb vai citu ugunsizturīgu metālu piedevām. Sakausējumus iegūst, daļēji kristalizējot amorfu stāvokli. To struktūru veido feromagnētiski kristalīti ar izmēru 10...30 nm, kas sadalīti amorfā matricā, kas veido no 20 līdz 40% no tilpuma. Finemet tipa sakausējumiem ir ļoti mazs piespiedu spēks, augsta magnētiskā caurlaidība un magnetizācija, kā arī zemi magnetizācijas apvērsuma zudumi, kas pēc to īpašībām pārspēj citus mīkstos magnētiskos sakausējumus, tostarp amorfos.

Plaši tiek izmantoti arī Fe – Nd – B un Fe – Sm – N sistēmu magnētiski cietie nanokristāliskie sakausējumi. Tā kā daudzi magnētiskie materiāli (Fe–Si, Fe–Nd–B) ir trausli, graudu izmēra samazināšana ne tikai uzlabo to magnētiskās īpašības, bet arī palielina elastību.

AMORFĪGO METĀLU RAŽOŠANAS METODES

Amorfo metālu ražošana ir iespējama, sasmalcinot sākotnējo kristālisko ķermeni, lai iegūtu amorfu struktūru (ceļš no augšas uz leju). Ceļš ietver atomu regulārā izvietojuma izjaukšanu kristāliskā ķermenī ārējas ietekmes rezultātā uz kristālu un cieta kristāliska ķermeņa pārvēršanos amorfā cietā vielā.

Līdz šim ir zināmas vairākas tehniskās metodes šo ceļu ieviešanai (1. att.). Tā kā amorfs metāls no termodinamiskā viedokļa ir ārkārtīgi nelīdzsvarota sistēma ar lielu enerģijas pārpalikumu, tā ražošanai, atšķirībā no kristāliska metāla ražošanas, ir nepieciešami nelīdzsvaroti procesi. Šajā attēlā metāla fāzu pārvērtību līdzsvara procesi ir attēloti ar cietām bultiņām, bet amorfā metāla iegūšanas nelīdzsvarotie procesi ir attēloti ar punktētām bultiņām.

1. att. Metālu līdzsvara un nelīdzsvara stāvokļu sasniegšanas metodes

Kā izriet no iepriekš minētās diagrammas, termodinamiski nelīdzsvarotu amorfu (un nanokristālisku) metālu var iegūt no jebkuras līdzsvara fāzes:

· kondensāts no gāzes fāzes. Ar dažām atrunām šajā grupā var iekļaut arī amorfo kārtiņu elektrolītiskās nogulsnēšanas metodes no elektrolītu šķīdumiem;

· kristāliskā stāvokļa amorfizācija, ieviešot kristālos lielu skaitu defektu;

· šķidrā stāvokļa sacietēšana no metāla kausējuma.

Pirmās divas metodes amorfo metālu iegūšanai - no gāzveida un kristāliskajiem metāliem - parādījās pagājušā gadsimta pirmajā pusē un ir izmantotas salīdzinoši ilgu laiku, taču tās neattiecas uz metalurģijas tehnoloģijām.