Аморфные материалы

Аморфные вещества - вещества, в которых наблюдается отсутствие кристаллических областей (областей со структурой дальнего порядка) и которые в силу этого обладают изотропными свойствами. Это вещества с характерным строением, близким к структуре расплавленного металла или стекла. Аморфные вещества можно получить сверхбыстрым охлаждением расплава (до К)6 °С/с) за счет дисков, охлаждаемых жидким гелием. Другое название этому процессу - сверхбыстрая закалка расплава.

Известны материалы, способствующие получению аморфного состояния: Ве, В, С, Бц ве, Р, Бп и оксиды 8102, СеСЬ, В2О3, Р2О5, АэзОз (но аналогии со стеклом оксиды называют стеклообразующими; аморфные металлы называют металлическими стеклами или метглассами). Однако аморфное состояние чистых металлов неустойчиво - при нагревании начинается кристаллизация. Намного устойчивее сплавы, содержащие такие переходные элементы, как никель, палладий, цирконий, лантан, а также некоторые неметаллы - кремний, бор, углерод, фосфор. Сплавы могут находиться в аморфном состоянии десятки и согни лет, если их не нагревать до критической температуры, при которой они моментально переходят в кристаллическое состояние. У каждого аморфного вещества своя критическая температура.

В настоящее время в аморфном состоянии получены не только сплавы, но и чистые металлы: железо, алюминий, хром, никель, ванадий, германий и др.

Аморфные вещества обладают уникальными свойствами (рис. 8.4):

  • • высокая прочность и пластичность;
  • • высокая твердость;
  • • высокая износостойкость;
  • • исключительно высокая коррозионная стойкость, которая у некоторых металлических стекол на несколько порядков выше, чем у

лучнержавеющих сталей;

  • • высокое электрическое сопротивление;
  • • узкие петли матнитного гистерезиса.

Пределы прочности и упругости различных материалов [122]

Рис. 8.4. Пределы прочности и упругости различных материалов [122]

Это многообещающие материалы для техники будущего. Из них можно изготавливать новые высокопрочные композиты для применения их в авиации и космонавтике. Аморфные металлические материалы, обладающие высокой коррозионной стойкостью, используют для различных химических и магнитных фильтров, химических сосудов, электродов, в качестве защитных покрытий в установках для добычи и обработки природного газа и нефти.

Разработаны аморфные сплавы, обладающие необходимыми магнитными свойствами, но плохо проводящие электрический ток, поэтому в сердечнике трансформатора, изготовленного из такого сплава, не возникают вихревые токи, поглощающие энергию. Эго позволит вдвое сократить потери энергии в сердечниках трансформаторов.

Для улучшения линейности кривой намагниченности материала выполняют поверхностную (частичную) кристаллизацию аморфного материала. Частичную кристаллизацию получают прерыванием процесса на начальной стадии термической обработки. Кристаллизованный материал занимает меньший объем, чем этот же материал с аморфной структурой, из-за плотной упаковки атомов. В результате поверхностные слои толщиной не более 1 мкм, в которых вырастают кристаллиты на начальной стадии, сжимают центральный слой ленты с аморфной структурой. Такая слоеная структура ленты (кристаллическая - аморфная - кристаллическая) обеспечивает линейность кривой намагничивания материала.

Благодаря уникальной магнитомягкости, аморфные сплавы широко используются для изготовления магнитных накопителей (магнитная анизотропия у аморфных сплавов на два порядка меньше, чем в обычных сплавах).

Несколько лет назад И.В. Золотухин (Россия) писал, что имеется возможность создания на основе аморфных металлических сплавов принципиально новой запоминающей среды со сверхвысокой информационной плотностью (сплавы со свойствами спинового стекла).

Одно из важнейших применений аморфных металлов в микроэлектронике для создания диффузионных барьеров на границе металл-полупроводник. Исследователи из Yale University предложили использовать для наноштамповки аморфные металлы (или металлические стекла).

На их поверхности путем горячего выдавливания можно создавать элементы рельефа размером от 13 нм. Далее, после термической кристаллизации, материал становится твердым, сохраняя нанесенный рисунок, и может использоваться для текстурирования других аморфных образцов - полимеров или таких же аморфных металлов. Таким образом, становится возможным тиражировать нанорисунки в крупных масштабах без использования дорогостоящих ли гографических процессов.

Сегодняшняя технология позволяет получать только аморфные ленты небольшой толщины. Вопросы механической или какой-либо другой обработки изделий, сконструированных из сверхтонкой, и в тоже время сверхтвердой и прочной металлической ленты, с требуемой точностью и качеством, без влияния процесса обработки на уникальные свойства металла, остаются до настоящего времени открытыми. Эго сдерживает применение аморфных материалов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >