Σύγχρονες μέθοδοι απόκτησης άμορφων υλικών. Προοπτικές χρήσης άμορφων υλικών

Όταν ψύχεται αργά κάτω από το σημείο κρυστάλλωσης, το υγρό βρίσκεται σε υπερψυγμένη κατάσταση. Αυτή η κατάσταση του υγρού είναι μετασταθερή, δηλαδή μετά από κάποιο χρονικό διάστημα πρέπει να περάσει σε μια κρυσταλλική κατάσταση, η οποία είναι ενεργειακά ευνοϊκή κάτω από το σημείο κρυστάλλωσης. Εάν έχει γίνει η κρυστάλλωση του υγρού, τότε δεν μπορεί να παρατηρηθεί η υαλώδης μετάπτωση. Ωστόσο, εάν η κρυστάλλωση ενός υγρού είναι δύσκολη για κάποιο λόγο, δηλαδή η διάρκεια ζωής της μετασταθερής κατάστασης είναι αρκετά μεγάλη, τότε με αρκετά γρήγορη ψύξη του υπερψυκτικού υγρού, το ιξώδες του αυξάνεται γρήγορα και περνά σε στερεά άμορφη κατάσταση.

Η μετάβαση από την υαλώδη κατάσταση στην κρυσταλλική κατάσταση, αν και είναι δυνατή, συνδέεται με μεγάλους χρόνους αναμονής και σε πολλές περιπτώσεις είναι πρακτικά μη παρατηρήσιμη.

Η πιθανότητα απόκτησης μιας υαλώδους κατάστασης μιας ουσίας καθορίζεται από το πόσο εύκολο είναι να κρυσταλλωθεί. Σε αυτή τη βάση, οι ουσίες μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες. Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει πολλά οργανικά πολυμερή υγρά. Η κρυστάλλωση τέτοιων υγρών είναι δύσκολη λόγω της χαμηλής κινητικότητας των μακρών πολυμερών μορίων του, τα οποία βρίσκονται σε πολύπλοκη διαπλεκόμενη κατάσταση. Ακόμη και με πολύ αργή ψύξη ενός τέτοιου υγρού, δεν κρυσταλλώνεται και φτάνει σε θερμοκρασίες στις οποίες υαλοποιείται. Τέτοια υγρά μερικές φορές αναφέρονται ως φυσικά άμορφα. Πολλές εφαρμογές είναι φυσικά άμορφες.

αυτοφυείς ρητίνες. Η δεύτερη ομάδα σχηματίζεται από ουσίες που προσφέρονται τόσο για κρυστάλλωση (με αργό ρυθμό ψύξης) όσο και για υαλοποίηση. Η γλυκερίνη είναι ένα κλασικό παράδειγμα. Για τέτοιες ουσίες, είναι δυνατό να μετρηθούν τα χαρακτηριστικά τόσο ενός κρυστάλλου όσο και ενός υπερψυγμένου υγρού στις ίδιες θερμοκρασίες, κάτι που αποδεικνύεται σημαντικό για την κατανόηση της φύσης της μετάβασης γυαλιού. Τα υγρά της πρώτης και της δεύτερης ομάδας ονομάζονται υαλομορφοποίηση. Η τρίτη ομάδα περιλαμβάνει εύκολα κρυσταλλοποιούμενες ουσίες, για τις οποίες η ύπαρξη υαλώδους κατάστασης θεωρούνταν αδύνατη για μεγάλο χρονικό διάστημα. Τα καθαρά μέταλλα και τα διάφορα κράματα μπορούν να θεωρηθούν κλασικό παράδειγμα τέτοιων ουσιών. Πρόσφατα, ωστόσο, εμφανίστηκαν μέθοδοι για την επίτευξη υπερταχείας ψύξης έως 108 K/s. Με τόσο γρήγορη ψύξη, ήταν δυνατό να επιτευχθεί η άμορφη κατάσταση πολλών μετάλλων και κραμάτων.

4.2 Μέθοδοι λήψης άμορφων μεταλλικών υλικών

Οι μέθοδοι για τη λήψη άμορφων υλικών μπορούν να χωριστούν υπό όρους σε τρεις ομάδες:

Ψύξη σε εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες (10 5 -10 7 K/s) λιωμένου μετάλλου (σβήσιμο από την υγρή κατάσταση). Αυτά περιλαμβάνουν την εκτόξευση μιας σταγόνας τήγματος σε ένα θερμοαγώγιμο υπόστρωμα (ψυγείο), την ισοπέδωση μιας σταγόνας μεταξύ χάλκινων πλακών, τη χύτευση ενός πίδακα τήγματος μετάλλου σε έναν περιστρεφόμενο ψύκτη (δίσκο ή τύμπανο), την κύλιση ενός πίδακα τήγματος μεταξύ των κυλίνδρων, την κατάψυξη λεπτό στρώμα τήγματος στην άκρη ενός δίσκου υψηλής θερμικής αγωγιμότητας που περιστρέφεται γρήγορα σε κατακόρυφο επίπεδο.υλικό. Με τέτοιες μεθόδους, λαμβάνονται ταινία, σκόνες, ίνες από κράματα μετάλλων.

Εναπόθεση μετάλλων από τη φάση αερίου (ατμού) σε ψυχρό υπόστρωμα. Αυτά περιλαμβάνουν τη θερμική εξάτμιση, τον ψεκασμό ιόντων, τον ψεκασμό πλάσματος κ.λπ. Αυτές οι μέθοδοι χαρακτηρίζονται από υψηλό ρυθμό σβέσης, που καθιστά δυνατό το σχηματισμό μιας άμορφης κατάστασης και για κράματα που δεν αμορφώνονται κατά την απόσβεση από το τήγμα. Τα μειονεκτήματα αυτών των μεθόδων είναι η χαμηλή παραγωγικότητα, η πολυπλοκότητα και το υψηλό κόστος του εξοπλισμού.

Καταστροφή της κρυσταλλικής δομής ενός συμπαγούς σώματος λόγω εξωτερικών επιδράσεων. Εδώ, το μεγαλύτερο ενδιαφέρον είναι η εμφύτευση ιόντων, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη άμορφων στρωμάτων σε τελικά προϊόντα από ορισμένα μέταλλα.

Κοινό χαρακτηριστικό της 1ης μεθόδου είναι η δημιουργία τέτοιων συνθηκών για την ταχεία ψύξη του τήγματος, που θα εμπόδιζαν τη διαδικασία κρυστάλλωσης. Η πρακτική δείχνει ότι είναι δυνατό να αποτραπεί η κρυστάλλωση και να σταθεροποιηθεί η υαλώδης κατάσταση φέρνοντας σε επαφή το υγρό τήγμα με ένα μεταλλικό ψυχρό υπόστρωμα, το οποίο θα πρέπει να είναι κατασκευασμένο από υλικό με καλή θερμική αγωγιμότητα. Συνήθως, για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται χαλκός, μπρούντζος βηρυλλίου και ορείχαλκος. Το τήγμα θερμαίνεται από μια συσκευή επαγωγής θέρμανσης ή έναν κλίβανο αντίστασης.

Υπάρχουν πολλές κύριες προϋποθέσεις, η εκπλήρωση των οποίων καθιστά δυνατή τη λήψη ενός άμορφου κράματος με απόσβεση από υγρή κατάσταση σε θερμοκρασία δωματίου και κανονική ατμοσφαιρική πίεση:

Ο ρυθμός ροής όγκου του τήγματος μέσω του ανοίγματος του ακροφυσίου προς την επιφάνεια του περιστρεφόμενου δίσκου πρέπει να είναι σταθερός καθ' όλη τη διάρκεια του σχηματισμού του άμορφου κράματος.

Η ροή του λιωμένου πίδακα πρέπει να είναι σταθερή και να προστατεύεται από τις επιπτώσεις των σωματιδίων λεπτής σκόνης και των ανεξέλεγκτων ρευμάτων αέρα που δημιουργούνται από περιστρεφόμενα μέρη της συσκευής.

Η επιφάνεια διαμόρφωσης του δίσκου πρέπει να είναι καλά γυαλισμένη και να έχει καλή μηχανική και θερμική επαφή με το λιωμένο πίδακα.

Τα τελευταία χρόνια, για την απόκτηση άμορφων δομών, έχει χρησιμοποιηθεί η μέθοδος της υψηλής ταχύτητας ιόν-πλάσμα εκτόξευσης ενός υλικού σε ένα υπόστρωμα. Ο ρυθμός εκτόξευσης εξαρτάται τόσο από την τάση όσο και από την πυκνότητα του ρεύματος ιόντων που εφαρμόζεται στον στόχο. Τα διασκορπισμένα άτομα φεύγουν από τον στόχο. Μερικά από τα άτομα χτυπούν το υπόστρωμα και εναποτίθενται σε αυτό, και μερικά χάνονται σε ειδικές οθόνες. Ο ψεκασμός πραγματοποιείται σε 2 στάδια:

Προκαταρκτικός. Οι στόχοι του είναι: 1- αφαιρείται το ανώτερο μολυσμένο στρώμα του στόχου. 2- μια μεμβράνη της ψεκασμένης ουσίας εναποτίθεται στις οθόνες, η οποία μπορεί να χρησιμεύσει ως συλλέκτης και ούτω καθεξής. δημιουργείται μια περιοχή με μειωμένη περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες στην περιοχή του υποστρώματος. 3 - η διαδικασία εκτόξευσης γίνεται πιο ακίνητη και η σύνθεση του εναποτιθέμενου στρώματος θα αντιστοιχεί στη σύνθεση του στόχου μόνο μετά την πάροδο ορισμένου χρόνου, κατά τον οποίο η σύνθεση των επιμεταλλωμένων ατόμων εξισώνεται. Μετά την ολοκλήρωση της προεπιλογής, το υπόστρωμα καθαρίζεται ιοντικά για αρκετά λεπτά εφαρμόζοντας αρνητικό δυναμικό 100 V σε αυτό. Στη συνέχεια ξεκινά ο ψεκασμός στον τρόπο λειτουργίας. Αυτή η μέθοδος καθιστά δυνατή τη δημιουργία άμορφων δομών σύνθετης σύνθεσης πάχους έως 1 cm.

Επίσης, για τη λήψη άμορφων μετάλλων, χρησιμοποιείται επί του παρόντος ακτινοβολία λέιζερ, η οποία σας επιτρέπει να θερμάνετε γρήγορα το μέταλλο και παρέχει ψύξη του τήγματος με ρυθμό τουλάχιστον 10 5 - 10 6 K/s. Με τη γρήγορη τήξη σχηματίζεται ένα ομοιογενές υγρό, το οποίο μετά τη στερεοποίηση μετατρέπεται σε λεγόμενο. γυαλί με ασυνήθιστες φυσικές και μηχανικές ιδιότητες. Η διαδικασία σχηματισμού μιας παρόμοιας δομής στην επιφάνεια των μεταλλικών υλικών ονομάζεται «γυάλινη μετάβαση με λέιζερ».

Σύμφωνα με την αμοιβαία διάταξη των ατόμων και των μορίων, τα υλικά μπορεί να είναι κρυσταλλικά και άμορφα. Η άνιση δομή κρυσταλλικών και άμορφων ουσιών καθορίζει επίσης τη διαφορά στις ιδιότητές τους. Οι άμορφες ουσίες, που έχουν αχρησιμοποίητη εσωτερική ενέργεια κρυστάλλωσης, είναι χημικά πιο δραστικές από τις κρυσταλλικές της ίδιας σύνθεσης (για παράδειγμα, άμορφες μορφές πυριτίου: ελαφρόπετρα, τρίπολοι, διατομίτες σε σύγκριση με τον κρυσταλλικό χαλαζία).

Η ουσιαστική διαφορά μεταξύ άμορφων και κρυσταλλικών ουσιών είναι ότι οι κρυσταλλικές ουσίες, όταν θερμαίνονται (σε ​​σταθερή πίεση), έχουν ένα ορισμένο σημείο τήξης. Και άμορφο - μαλακώνει και σταδιακά περνά σε υγρή κατάσταση. Η αντοχή των άμορφων ουσιών, κατά κανόνα, είναι χαμηλότερη από τις κρυσταλλικές, επομένως, για να ληφθούν υλικά αυξημένης αντοχής, η κρυστάλλωση πραγματοποιείται ειδικά, για παράδειγμα, όταν λαμβάνεται ένα υαλοκεραμικό υλικό - υαλοκεραμικό.

Διαφορετικές ιδιότητες μπορούν να παρατηρηθούν σε κρυσταλλικά υλικά της ίδιας σύνθεσης εάν σχηματίζονται σε διαφορετικές κρυσταλλικές μορφές, που ονομάζονται τροποποιήσεις (το φαινόμενο του πολυμορφισμού). Για παράδειγμα, οι πολυμορφικοί μετασχηματισμοί του χαλαζία συνοδεύονται από αλλαγή όγκου. Η αλλαγή στις ιδιότητες ενός υλικού με την αλλαγή του κρυσταλλικού πλέγματος χρησιμοποιείται στη θερμική επεξεργασία των μετάλλων (σβέση ή σκλήρυνση).

- Επίδραση της σύνθεσης και της δομής των υλικών στις ιδιότητές τους. Τύποι δομών οικοδομικών υλικών.

Οι ιδιότητες των δομικών υλικών σχετίζονται σε μεγάλο βαθμό με τα χαρακτηριστικά της δομής τους και τις ιδιότητες των ουσιών από τις οποίες αποτελείται αυτό το υλικό. Με τη σειρά του, η δομή του υλικού εξαρτάται: για φυσικά υλικά - από την προέλευση και τις συνθήκες σχηματισμού τους, για τα τεχνητά - από την τεχνολογία παραγωγής και επεξεργασίας του υλικού. Επομένως, ο οικοδόμος, όταν μελετά την πορεία των οικοδομικών υλικών, πρέπει πρώτα απ 'όλα να αφομοιώσει αυτή τη σύνδεση. Ταυτόχρονα, η τεχνολογία και η επεξεργασία των υλικών θα πρέπει να εξετάζονται από την άποψη της επιρροής τους στη δομή και τις ιδιότητες του υλικού που προκύπτει.

Το δομικό υλικό χαρακτηρίζεται από χημικές, ορυκτές και φασικές συνθέσεις.

Ανάλογα με τη χημική σύσταση, όλα τα δομικά υλικά χωρίζονται σε: οργανικά (ξύλο, πίσσα, πλαστικά κ.λπ.), ορυκτά (σκυρόδεμα, τσιμέντο, τούβλο, φυσική πέτρα κ.λπ.) και μέταλλα (χάλυβας, χυτοσίδηρος, αλουμίνιο). Κάθε μία από αυτές τις ομάδες έχει τα δικά της χαρακτηριστικά. Έτσι, όλα τα οργανικά υλικά είναι εύφλεκτα και τα ορυκτά είναι ανθεκτικά στη φωτιά. Τα μέταλλα είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού και της θερμότητας. Η χημική σύνθεση καθιστά δυνατή την κρίση άλλων τεχνικών χαρακτηριστικών (βιοσταθερότητα, αντοχή κ.λπ.). Η χημική σύσταση ορισμένων υλικών (ανόργανα συνδετικά, πέτρινα υλικά) εκφράζεται συχνά από την ποσότητα των οξειδίων που περιέχουν.

Τα οξείδια, χημικά συνδεδεμένα μεταξύ τους, σχηματίζουν ορυκτά που χαρακτηρίζουν την ανόργανη σύνθεση του υλικού. Γνωρίζοντας τα μέταλλα και την ποσότητα τους στο υλικό, μπορεί κανείς να κρίνει τις ιδιότητες του υλικού. Για παράδειγμα, η ικανότητα των ανόργανων συνδετικών ουσιών να σκληραίνουν και να διατηρούν την αντοχή τους σε ένα υδατικό μέσο οφείλεται στην παρουσία πυριτικών, αργιλικών αλάτων, φερριτών ασβεστίου σε αυτά και με μεγάλη ποσότητα αυτών, η διαδικασία σκλήρυνσης επιταχύνεται και η αντοχή του αυξάνεται η τσιμεντοπέτρα.

Κατά τον χαρακτηρισμό της σύνθεσης φάσης του υλικού, διακρίνονται τα ακόλουθα: στερεές ουσίες που σχηματίζουν τα τοιχώματα των πόρων («πλαίσιο» του υλικού) και πόροι γεμάτοι με αέρα και νερό. Η σύνθεση φάσης του υλικού και οι μεταπτώσεις φάσης του νερού στους πόρους του επηρεάζουν όλες τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά του υλικού κατά τη λειτουργία.

Όχι λιγότερη επίδραση στις ιδιότητες του υλικού ασκείται από τη μακρο- και τη μικροδομή του και την εσωτερική δομή των ουσιών που συνθέτουν το υλικό σε μοριακό-ιοντικό επίπεδο.

Η μακροδομή ενός υλικού είναι μια δομή που είναι ορατή με γυμνό μάτι ή σε χαμηλή μεγέθυνση. Η μικροδομή ενός υλικού είναι η δομή που φαίνεται στο μικροσκόπιο. Η εσωτερική δομή της κρεμάστρας μελετάται με τις μεθόδους ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας κ.λπ.

Με πολλούς τρόπους, οι ιδιότητες του υλικού καθορίζουν τον αριθμό, το μέγεθος και τη φύση των πόρων. Για παράδειγμα, το πορώδες γυαλί (αφρός), σε αντίθεση με το συνηθισμένο γυαλί, είναι αδιαφανές και πολύ ελαφρύ.

Το σχήμα και το μέγεθος των στερεών σωματιδίων επηρεάζουν επίσης τις ιδιότητες του υλικού. Έτσι, αν βγάλετε λεπτές ίνες από το λιώσιμο του συνηθισμένου γυαλιού, θα πάρετε ελαφρύ και μαλακό υαλοβάμβακα.

Ανάλογα με το σχήμα και το μέγεθος των σωματιδίων και τη δομή τους, η μακροδομή των στερεών οικοδομικών υλικών μπορεί να είναι κοκκώδης (χαλαρόκοκκη ή συσσωματωμένη), κυτταρική (λεπτά πορώδης), ινώδης και πολυεπίπεδη.

Τα χαλαρά υλικά αποτελούνται από χωριστούς, άσχετους κόκκους (άμμος, χαλίκι, κονιοποιημένα υλικά για μαστίχα «θερμομόνωση και επιχώσεις κ.λπ.).

Η δομή του συσσωματώματος, όταν οι κόκκοι είναι σταθερά διασυνδεδεμένοι, είναι χαρακτηριστική για διάφορους τύπους σκυροδέματος, ορισμένους τύπους φυσικών και κεραμικών υλικών κ.λπ.

Η κυψελοειδής (λεπτώς πορώδης) δομή χαρακτηρίζεται από την παρουσία μακρο- και μικροπόρων χαρακτηριστικών του αερίου και του αφρώδους σκυροδέματος, των κυψελωτών πλαστικών και ορισμένων κεραμικών υλικών.

Τα ινώδη και στρωματοποιημένα υλικά, στα οποία οι ίνες (στρώσεις) είναι παράλληλες μεταξύ τους, έχουν διαφορετικές ιδιότητες κατά μήκος και κατά μήκος των ινών (στρώσεων). Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ανισοτροπία και τα υλικά με τέτοιες ιδιότητες ονομάζονται ανισότροπα. Η ινώδης δομή είναι εγγενής στο ξύλο, τα προϊόντα ορυκτοβάμβακα και η πολυεπίπεδη δομή είναι εγγενής σε ελασματοποιημένα, φύλλα, πλάκες υλικά με πολυστρωματικό υλικό πλήρωσης (βουμοπλάστη, τεστολίτης κ.λπ.).

Η λήψη άμορφων μετάλλων είναι δυνατή με σύνθλιψη του αρχικού κρυσταλλικού σώματος για να ληφθεί μια άμορφη δομή (ο τρόπος "από πάνω προς τα κάτω"). Η διαδρομή περιλαμβάνει παραβίαση της κανονικής διάταξης των ατόμων σε ένα κρυσταλλικό σώμα ως αποτέλεσμα εξωτερικών επιρροών στον κρύσταλλο και τη μετατροπή ενός στερεού κρυσταλλικού σώματος σε στερεό άμορφο.

Μέχρι σήμερα, είναι γνωστές αρκετές τεχνικές μέθοδοι για την υλοποίηση αυτών των διαδρομών (Εικ. 1). Δεδομένου ότι ένα άμορφο μέταλλο από θερμοδυναμική άποψη είναι ένα εξαιρετικά μη ισορροπημένο σύστημα με μεγάλη περίσσεια ενέργειας, η παραγωγή του, σε αντίθεση με την παραγωγή ενός κρυσταλλικού μετάλλου, απαιτεί διαδικασίες μη ισορροπίας. Σε αυτό το σχήμα, οι διεργασίες ισορροπίας των μετασχηματισμών φάσης του μετάλλου αντιπροσωπεύονται από συμπαγή βέλη και οι διαδικασίες μη ισορροπίας για τη λήψη ενός άμορφου μετάλλου είναι διακεκομμένες.

Εικ.1. Μέθοδοι για την επίτευξη καταστάσεων ισορροπίας και μη ισορροπίας μετάλλων

Όπως προκύπτει από το παραπάνω σχήμα, ένα θερμοδυναμικά μη ισορροπημένο άμορφο (και νανοκρυσταλλικό) μέταλλο μπορεί να ληφθεί από οποιαδήποτε φάση ισορροπίας:

συμπύκνωση από την αέρια φάση. Με ορισμένες επιφυλάξεις, μέθοδοι ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης άμορφων μεμβρανών από διαλύματα ηλεκτρολυτών μπορούν επίσης να συμπεριληφθούν σε αυτήν την ομάδα.

αμορφοποίηση της κρυσταλλικής κατάστασης με την εισαγωγή μεγάλου αριθμού ελαττωμάτων στους κρυστάλλους.

σβήνοντας την υγρή κατάσταση από τήγμα μετάλλου.

Οι δύο πρώτες μέθοδοι για τη λήψη άμορφων μετάλλων - από την αέρια φάση και τα κρυσταλλικά μέταλλα - εμφανίστηκαν το πρώτο μισό του περασμένου αιώνα και έχουν χρησιμοποιηθεί για σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά δεν ανήκουν σε μεταλλουργικές τεχνολογίες.

1.1 Μέθοδος ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης άμορφων μεμβρανών από διαλύματα ηλεκτρολυτών

Ειδικότερα, η μέθοδος εναπόθεσης υπό κενό, που βασίζεται στην αρχή της στοίβαξης ενός ατόμου ανά άτομο, χρησιμοποιείται για τη λήψη εξαιρετικά λεπτών φιλμ (10-1…101 nm). Το μέταλλο θερμαίνεται σε κενό σε πίεση 10-3...10-9 Pa (κατά προτίμηση στη χαμηλότερη δυνατή υπολειμματική πίεση). Σε αυτή την περίπτωση, μεμονωμένα άτομα εξατμίζονται από την επιφάνεια του τήγματος. Τα άτομα που κινούνται ευθύγραμμα στο κενό εναποτίθενται σε ένα τεράστιο ψυχρό υπόστρωμα πλάκας. Ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης μεμονωμένων ατόμων, η περίσσεια ενέργειά τους έχει χρόνο να απορροφηθεί από το υπόστρωμα με ρυθμό που αντιστοιχεί σε ρυθμό ψύξης 109–1013 K/s και επαρκής για να αποκτήσει μια άμορφη κατάσταση καθαρών μετάλλων. Σε αυτή την περίπτωση, για να ληφθούν άμορφα φιλμ από καθαρά μέταλλα μετάπτωσης, το υπόστρωμα πρέπει να ψυχθεί στη θερμοκρασία υγρού ηλίου.

Άμορφα φιλμ από σίδηρο, νικέλιο, κοβάλτιο, μαγγάνιο, χρώμιο, αλουμίνιο, βανάδιο, παλλάδιο, ζιρκόνιο, άφνιο, ρήνιο, βόριο, ταντάλιο, βολφράμιο, μολυβδαίνιο, τελλούριο, αντιμόνιο, γαδολίνιο, αρσενικό και άλλα στοιχεία λαμβάνονται με εναπόθεση κενού. Η θερμοκρασία κρυστάλλωσης και η θερμική σταθερότητα των εναποτιθέμενων μεμβρανών εξαρτώνται από το πάχος τους. Έτσι, ένα φιλμ σιδήρου πάχους 2,5 nm κρυσταλλώνεται ήδη στους 50...60 Κ και με πάχος φιλμ 15 nm δεν είναι καθόλου δυνατό να ληφθεί σίδηρος σε άμορφη κατάσταση.

Το μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι στο υπόστρωμα, ταυτόχρονα με τα άτομα του εναποτιθέμενου μετάλλου, συμπυκνώνονται τα άτομα των υπολειμματικών αερίων που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα του θαλάμου εναπόθεσης. Επομένως, η σύνθεση και οι ιδιότητες του εναποτιθέμενου φιλμ εξαρτώνται από τον βαθμό αραίωσης και τη σύνθεση των υπολειμματικών αερίων.

Οι εξαιρετικά υψηλοί ρυθμοί ψύξης του υγρού μετάλλου για τη λήψη μιας άμορφης δομής μπορούν να εφαρμοστούν με διάφορους τρόπους. Αυτό που έχουν κοινό είναι η ανάγκη εξασφάλισης ρυθμού ψύξης τουλάχιστον 10 K/s. Υπάρχουν γνωστές μέθοδοι για τον καταπέλτη μιας σταγόνας σε μια ψυχρή πλάκα, τον ψεκασμό ενός πίδακα με αέριο ή υγρό, τη φυγοκέντρηση μιας σταγόνας ή πίδακα, την τήξη μιας λεπτής μεμβράνης μεταλλικής επιφάνειας με λέιζερ με ταχεία απομάκρυνση θερμότητας από μια μάζα του βασικού μετάλλου , υπερταχεία ψύξη από αέριο μέσο κ.λπ. Η χρήση αυτών των μεθόδων καθιστά δυνατή τη λήψη ταινίας διαφόρων πλάτους και πάχους, σύρματος και σκόνης.

Λήψη ταινίας.

Οι πιο αποτελεσματικές μέθοδοι για τη βιομηχανική παραγωγή άμορφης ταινίας είναι η ψύξη ενός πίδακα υγρού μετάλλου στις εξωτερικές (σκλήρυνση σε δίσκο) ή οι εσωτερικές (φυγόκεντρη σκλήρυνση) επιφάνειες περιστρεφόμενων τυμπάνων ή η κύλιση του τήγματος μεταξύ ψυχρών κυλίνδρων από υλικά υψηλής θερμότητας. αγώγιμο.

Στο σχ. 1 δείχνει τα σχηματικά διαγράμματα αυτών των μεθόδων. Το τήγμα που λαμβάνεται σε έναν επαγωγικό κλίβανο συμπιέζεται από ένα ουδέτερο αέριο από ένα ακροφύσιο και στερεοποιείται κατά την επαφή με την επιφάνεια ενός περιστρεφόμενου ψυχρού σώματος (ψυγείο). Η διαφορά είναι ότι στις μεθόδους φυγοκεντρικής σκλήρυνσης και σκλήρυνσης σε δίσκο, το τήγμα ψύχεται μόνο από τη μία πλευρά. Το κύριο πρόβλημα είναι να επιτευχθεί επαρκής βαθμός καθαριότητας της εξωτερικής επιφάνειας, η οποία δεν έρχεται σε επαφή με το ψυγείο. Η μέθοδος έλασης τήξης καθιστά δυνατή την απόκτηση καλής ποιότητας και στις δύο επιφάνειες της ταινίας, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για άμορφες ταινίες που χρησιμοποιούνται για μαγνητικές κεφαλές εγγραφής. Κάθε μέθοδος έχει τους δικούς της περιορισμούς στο μέγεθος των ταινιών, αφού υπάρχουν διαφορές τόσο στην πορεία της διαδικασίας στερεοποίησης όσο και στον σχεδιασμό υλικού των μεθόδων.

Ρύζι. 1. Μέθοδοι για τη λήψη μιας λεπτής λωρίδας με τήξη:

ένα - φυγοκεντρική σκλήρυνση;σι - σκλήρυνση στο δίσκο.σε - κύλιση τήξης.σολ - φυγοκεντρική σκλήρυνση.ρε - πλανητική λήψη στο δίσκο

Ρύζι. 2 . Συσκευές για την αύξηση του χρόνου επαφής της ταινίας σκλήρυνσης με το δίσκο:ένα - χρήση πίδακες αερίου.

σι - χρήση ιμάντα σύσφιξης

Εάν, κατά τη διάρκεια της φυγοκεντρικής σκλήρυνσης, το πλάτος της ταινίας είναι έως 5 mm, τότε με κύλιση λαμβάνονται ταινίες με πλάτος 10 mm ή περισσότερο. Η μέθοδος σβέσης σε δίσκο, η οποία απαιτεί απλούστερη συσκευή, καθιστά δυνατή τη μεταβολή του πλάτους της ταινίας σε ένα ευρύ φάσμα, ανάλογα με το μέγεθος των χωνευτηρίων τήξης. Αυτή η μέθοδος καθιστά δυνατή την παραγωγή τόσο στενών ταινιών με πλάτος 0,1-0,2 mm, όσο και πλατιών έως 100 mm και η ακρίβεια διατήρησης του πλάτους μπορεί να είναι ± 3 μικρά. Αναπτύσσονται εγκαταστάσεις με μέγιστη χωρητικότητα χωνευτηρίου έως 50 kg.

Σε όλες τις εγκαταστάσεις σκλήρυνσης από υγρή κατάσταση, το μέταλλο στερεοποιείται γρήγορα, απλώνεται σε ένα λεπτό στρώμα στην επιφάνεια ενός περιστρεφόμενου ψυγείου. Με μια σταθερή σύνθεση του κράματος, ο ρυθμός ψύξης εξαρτάται από το πάχος του τήγματος και τα χαρακτηριστικά του ψύκτη. Το πάχος του τήγματος στον ψύκτη καθορίζεται από την ταχύτητα περιστροφής του και την ταχύτητα εκροής του τήγματος, δηλαδή εξαρτάται από τη διάμετρο του ακροφυσίου και την πίεση του αερίου στο τήγμα. Μεγάλη σημασία έχει η σωστή επιλογή της γωνίας παροχής τήγματος στον δίσκο, η οποία καθιστά δυνατή την αύξηση της διάρκειας επαφής μεταξύ του μετάλλου και του ψυγείου. Ο ρυθμός ψύξης εξαρτάται επίσης από τις ιδιότητες του ίδιου του τήγματος: θερμική αγωγιμότητα, θερμοχωρητικότητα, ιξώδες, πυκνότητα.

Η αύξηση της διάρκειας επαφής του σκληρυνόμενου μετάλλου με το δίσκο μπορεί να επιτευχθεί με τη βοήθεια ειδικών συσκευών: πίδακες αερίου που πιέζουν την ταινία στο δίσκο ή κινούνται με την ίδια ταχύτητα με το δίσκο, μια ζώνη από κράμα χαλκού και βηρύλλιο (Εικ. 13.34). Έτσι, το μέγιστο πάχος της άμορφης ταινίας εξαρτάται από τον κρίσιμο ρυθμό ψύξης του κράματος και τις δυνατότητες της εγκατάστασης σβέσης. Εάν ο ρυθμός ψύξης που εφαρμόζεται στην εγκατάσταση είναι μικρότερος από τον κρίσιμο, τότε δεν θα συμβεί αμορφοποίηση μετάλλου.

Ρύζι. 3 . Μέθοδοι για τη λήψη λεπτού σύρματος, σκληρυμένου από το τήγμα:

ένα - τράβηγμα του τήγματος μέσω του ψυκτικού υγρού (εξώθηση τήγματος).σι - τραβώντας το νήμα έξω από το περιστρεφόμενο τύμπανο.σε - τέντωμα του τήγματος σε γυάλινο τριχοειδές. 1 - λιώστε; 2 - ψυκτικό? 3 - γυαλί? 4 - ακροφύσιο? πέντε - περιέλιξη σύρματος

Λήψη καλωδίου.

Για να ληφθεί ένα λεπτό άμορφο σύρμα, χρησιμοποιούνται διαφορετικές μέθοδοι έλξης ινών από το τήγμα.

Στην πρώτη μέθοδο (Εικ. 3,ένα) τετηγμένο μέταλλο τραβιέται σε κυκλικό σωλήνα μέσω ενός υδατικού διαλύματος αλάτων. Στο δεύτερο (Εικ. 3.σι) - ένας πίδακας λιωμένου μετάλλου πέφτει σε ένα υγρό που συγκρατείται με φυγόκεντρη δύναμη στην εσωτερική επιφάνεια ενός περιστρεφόμενου τυμπάνου: το στερεοποιημένο νήμα ξετυλίγεται στη συνέχεια από το περιστρεφόμενο υγρό. Είναι γνωστή μια μέθοδος, η οποία συνίσταται στη λήψη ενός άμορφου σύρματος με το ταχύτερο δυνατό τέντωμα του τήγματος σε ένα τριχοειδές γυαλί (Εικ. 3,σε). Αυτή η μέθοδος ονομάζεται επίσης μέθοδος Taylor. Η ίνα λαμβάνεται τραβώντας το τήγμα ταυτόχρονα με ένα γυάλινο σωλήνα, ενώ η διάμετρος της ίνας είναι 2-5 μικρά. Η κύρια δυσκολία εδώ είναι ο διαχωρισμός της ίνας από το γυαλί που την καλύπτει, γεγονός που περιορίζει φυσικά τη σύνθεση των κραμάτων που αμορφώνονται με αυτή τη μέθοδο.

Λήψη σκονών.Για την παραγωγή σκονών από άμορφα κράματα, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει τις μεθόδους και τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για την παρασκευή σκονών χύδην μετάλλων.

Στο σχ. Το Σχήμα 4 δείχνει σχηματικά διάφορες μεθόδους για τη λήψη άμορφων σκονών σε μεγάλες ποσότητες. Μεταξύ αυτών, πρώτα απ 'όλα, πρέπει να σημειωθούν καθιερωμένες μέθοδοι ψεκασμού.

Γνωστή για την παρασκευή άμορφων σκονών με τη μέθοδο της σπηλαίωσης, που υλοποιείται με έλαση του τήγματος σε ρολά και με ψεκασμό του τήγματος με περιστρεφόμενο δίσκο. Στη μέθοδο της σπηλαίωσης (Εικ. 4,β) λιωμένο

Ρύζι. 4. Μέθοδοι για τη λήψη άμορφων σκονών:

ένα - μέθοδος ψεκασμού (μέθοδος ψεκασμού).σι - μέθοδος σπηλαίωσης.σε - μέθοδος ψεκασμού του τήγματος με περιστρεφόμενο δίσκο. 1 - σκόνη? 2 - πρώτη ύλη: 3 - ακροφύσιο? τέσσερις - ψυκτικό υγρό 5 - παγωμένο πιάτο

το μέταλλο συμπιέζεται στο διάκενο μεταξύ δύο κυλίνδρων (0,2-0,5 mm), κατασκευασμένα, για παράδειγμα, από γραφίτη ή νιτρίδιο βορίου. Εμφανίζεται σπηλαίωση - το τήγμα εκτοξεύεται με κυλίνδρους με τη μορφή σκόνης, η οποία πέφτει σε ψυχρή πλάκα ή σε διάλυμα ψύξης νερού. Η σπηλαίωση εμφανίζεται στο κενό μεταξύ των κυλίνδρων, με αποτέλεσμα να εξαφανίζονται οι φυσαλίδες αερίου που υπάρχουν στο μέταλλο. Μέθοδος ψεκασμού περιστροφικού δίσκου (Εικ. 4,σε) κατ 'αρχήν, είναι παρόμοια με την προηγουμένως περιγραφείσα μέθοδο κατασκευής ενός λεπτού σύρματος, αλλά εδώ το λιωμένο μέταλλο, που πέφτει στο υγρό, ψεκάζεται λόγω της ταραχώδους κίνησής του. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, λαμβάνεται μια σκόνη με τη μορφή κόκκων με διάμετρο περίπου 100 μικρά.

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ

πειθαρχία: Διαδικασίες για την απόκτηση νανοσωματιδίων και νανοϋλικών

με θέμα: "Λήψη νανοϋλικών με χρήση μετασχηματισμών στερεάς κατάστασης"

Ολοκληρώθηκε το:

Φοιτητικό γρ. 4301-11

Mukhamitova A.A.

Καζάν, 2014

	ΕΙΣΑΓΩΓΗ
1.
	1.1.	ΜΕΘΟΔΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗΣ ΕΝΠΟΘΕΤΗΣΗΣ ΑΜΟΡΦΩΝ ΜΙΝΜ ΑΠΟ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΩΝ
	1.2.	ΑΠΟΡΦΙΩΣΗ ΤΗΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΜΕ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΓΑΛΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ ΕΛΑΤΤΩΜΑΤΩΝ ΣΤΟΥΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΥΣ
	1.3.	ΕΝΤΟΝΗ ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΠΑΡΑΡΜΟΡΦΩΣΗ
	1.4.	ΥΓΡΟ ΣΚΛΗΡΥΝΣΗ
2.	ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΛΗΨΗΣ ΝΑΝΟΥΛΙΚΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΩΝ ΣΤΕΡΕΑΣ ΦΑΣΗΣ
	ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ
	ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΜΕΝΗΣ ΛΟΓΟΤΕΧΝΙΑΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Πρόσφατα, αναπτύχθηκε ένας αριθμός μεθόδων για τη λήψη νανοϋλικών, στις οποίες η διασπορά πραγματοποιείται σε στερεά ουσία χωρίς να αλλάζει η κατάσταση συσσωμάτωσης.

Ελεγχόμενη κρυστάλλωση από άμορφη κατάστασηείναι ένας από τους τρόπους απόκτησης ογκωδών νανοϋλικών. Η μέθοδος συνίσταται στη λήψη ενός άμορφου υλικού, για παράδειγμα, με απόσβεση από υγρή κατάσταση και στη συνέχεια κρυστάλλωσή του υπό ελεγχόμενες συνθήκες θέρμανσης.

Άμορφα ονομάζονται τα μέταλλα που βρίσκονται σε στερεή κατάσταση, στην οποία δεν υπάρχει σειρά μεγάλης εμβέλειας στη διάταξη των ατόμων, η οποία είναι χαρακτηριστική των μετάλλων στη συνήθη, δηλ. κρυσταλλική κατάσταση. Για τον χαρακτηρισμό των μετάλλων σε αυτή την κατάσταση, χρησιμοποιούνται επίσης οι όροι "μεταλλικό γυαλί", λιγότερο συχνά - "μη κρυσταλλικά μέταλλα". Η άμορφη κατάσταση είναι η οριακή περίπτωση θερμοδυναμικής αστάθειας συστημάτων στερεών μετάλλων, αντίθετη από τη θερμοδυναμική κατάσταση ενός κρυστάλλου χωρίς ελαττώματα.

Για χιλιάδες χρόνια, η ανθρωπότητα χρησιμοποιεί στερεά μέταλλα αποκλειστικά σε κρυσταλλική κατάσταση. Μόνο στα τέλη της δεκαετίας του 1930 έγιναν προσπάθειες για την απόκτηση μη κρυσταλλικών μεταλλικών επικαλύψεων με τη μορφή των λεπτότερων μεμβρανών με εναπόθεση κενού. Το 1950, ένα άμορφο φιλμ του κράματος Ni-P ελήφθη με τη μέθοδο της ηλεκτροαπόθεσης από διαλύματα. Τέτοιες μεμβράνες χρησιμοποιήθηκαν ως σκληρές, ανθεκτικές στη φθορά και ανθεκτικές στη διάβρωση επιστρώσεις.

Η κατάσταση άλλαξε σημαντικά όταν, το 1960, ανακαλύφθηκε μια μέθοδος για τη λήψη κραμάτων άμορφων μετάλλων με απόσβεση της υγρής κατάστασης, και το 1968, μια μέθοδος για την απόσβεση του τήγματος στην επιφάνεια ενός περιστρεφόμενου δίσκου για να ληφθεί μια άμορφη ταινία μεγάλων (εκατοντάδων των μέτρων) μήκος. Αυτό άνοιξε τη δυνατότητα παραγωγής άμορφων μετάλλων σε μεγάλη κλίμακα με το σχετικά χαμηλό κόστος τους και οδήγησε σε εκρηκτική ανάπτυξη της έρευνας στον τομέα των άμορφων κραμάτων.

Σήμερα, περίπου το 80% των βιομηχανικών άμορφων κραμάτων παράγονται για τις μοναδικές μαγνητικές τους ιδιότητες. Χρησιμοποιούνται ως μαλακά μαγνητικά υλικά που συνδυάζουν ισοτροπικές ιδιότητες, υψηλή μαγνητική διαπερατότητα, υψηλή επαγωγή κορεσμού και χαμηλή δύναμη καταναγκασμού. Χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μαγνητικών οθονών, μαγνητικών φίλτρων και διαχωριστών, αισθητήρων, κεφαλών εγγραφής κ.λπ. Οι πυρήνες μετασχηματιστών από άμορφα κράματα χαρακτηρίζονται από πολύ χαμηλές απώλειες επαναμαγνήτισης λόγω ενός στενού βρόχου υστέρησης, καθώς και από υψηλή ηλεκτρική αντίσταση και λεπτή άμορφη ταινία, η οποία μειώνει τις απώλειες που σχετίζονται με τα δινορεύματα.

Πρόσφατα, περίπου από τα μέσα της δεκαετίας του '90 του εικοστού αιώνα, υπήρξε σημαντική αύξηση του ενδιαφέροντος για τα δομικά στοιχεία διαφόρων υλικών, συμπεριλαμβανομένων των μετάλλων, που έχουν νανοκλίμακα (1...100 nm). Με τέτοια μεγέθη δομικών σχηματισμών, ιδιαίτερα κρυστάλλων, η αναλογία των επιφανειακών σωματιδίων, τα οποία έχουν διαφορετική αλληλεπίδραση από εκείνα που βρίσκονται μέσα στους όγκους των σωματιδίων, αυξάνεται σημαντικά. Ως αποτέλεσμα, οι ιδιότητες των υλικών που σχηματίζονται από τέτοια σωματίδια μπορεί να διαφέρουν σημαντικά από τις ιδιότητες των υλικών της ίδιας σύνθεσης, αλλά με μεγαλύτερα μεγέθη δομικών μονάδων. Για τον χαρακτηρισμό τέτοιων υλικών και μεθόδων παραγωγής τους, έχουν εμφανιστεί και χρησιμοποιούνται ευρέως ειδικοί όροι νανοϋλικά, νανοτεχνολογίες, νανοβιομηχανία.

Με τη σύγχρονη έννοια, τα νανοϋλικά είναι ένα είδος προϊόντων με τη μορφή υλικών που περιέχουν δομικά στοιχεία διαστάσεων νανομέτρων, η παρουσία των οποίων προσφέρει σημαντική βελτίωση ή εμφάνιση ποιοτικά νέων μηχανικών, χημικών, φυσικών, βιολογικών και άλλων ιδιοτήτων που καθορίζονται από εκδήλωση παραγόντων νανοκλίμακας. Και οι νανοτεχνολογίες είναι ένα σύνολο μεθόδων και τεχνικών που χρησιμοποιούνται στη μελέτη, το σχεδιασμό, την παραγωγή και τη χρήση δομών, συσκευών και συστημάτων, συμπεριλαμβανομένου του στοχευμένου ελέγχου και τροποποίησης του σχήματος, του μεγέθους, της ολοκλήρωσης και της αλληλεπίδρασης της νανοκλίμακάς τους (1 ... 100 nm) στοιχεία για τη λήψη αντικειμένων με νέες χημικές, φυσικές, βιολογικές ιδιότητες. Αντίστοιχα, η νανοβιομηχανία είναι η παραγωγή νανοϋλικών που εφαρμόζουν νανοτεχνολογίες. Σε σχέση με τα μέταλλα, ο όρος "νανοκρυσταλλικό" χρησιμοποιείται συνήθως για να αναφερθεί σε μέταλλα των οποίων τα μεγέθη κρυστάλλων εμπίπτουν στο εύρος των νανομέτρων που δίνεται παραπάνω.

Η ανάπτυξη νανοϋλικών, νανοτεχνολογιών και η χρήση αντικειμένων με ελεγχόμενες δομές νανοκλίμακας κατέστη δυνατή σε μεγάλο βαθμό λόγω της εμφάνισης ερευνητικών οργάνων και άμεσων μεθόδων για τη μελέτη αντικειμένων σε ατομικό επίπεδο. Για παράδειγμα, τα σύγχρονα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μετάδοσης με μεγέθυνση της τάξης του 1,5x10 6 καθιστούν δυνατή την οπτική παρατήρηση της ατομικής δομής.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι απόκτησης νανοδομικών υλικών, συμπεριλαμβανομένων των μετάλλων. Για παράδειγμα, μια νανοδομή μπορεί να ληφθεί σε ένα χύμα μεταλλικό τεμάχιο επεξεργασίας με άλεση συνηθισμένων κρυστάλλων σε νανοκλίμακα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί, ειδικότερα, με σοβαρή πλαστική παραμόρφωση. Ωστόσο, οι μέθοδοι τελειοποίησης της δομής με παραμόρφωση δεν καθιστούν δυνατή την απόκτηση νανοκρυσταλλικών μετάλλων σε βιομηχανική κλίμακα και δεν ανήκουν σε παραδοσιακές μεταλλουργικές τεχνολογίες.

Ταυτόχρονα, μια νανοκρυσταλλική, καθώς και μια άμορφη δομή ενός μετάλλου μπορεί επίσης να ληφθεί με παραδοσιακές μεταλλουργικές μεθόδους, ειδικότερα με ταχεία ψύξη του τήγματος. Ανάλογα με τις συνθήκες σβέσης της υγρής κατάστασης, υπάρχουν τρεις επιλογές για το σχηματισμό της δομής:

· Νανοκρυστάλλωση απευθείας στη διαδικασία σβέσης του τήγματος (η περιοριστική περίπτωση της συμβατικής επιταχυνόμενης κρυστάλλωσης, που οδηγεί στη λήψη όχι απλώς μιας λεπτόκοκκης, αλλά μιας νανοδομής).

· κατά τη διαδικασία της απόσβεσης τήγματος, λαμβάνει χώρα μερική κρυστάλλωση, έτσι ώστε να σχηματίζεται μια σύνθετη άμορφη-κρυσταλλική δομή.

· κατά τη σκλήρυνση, σχηματίζεται μια άμορφη δομή και μια νανοκρυσταλλική δομή σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της επακόλουθης ανόπτησης.

Τα νανοκρυσταλλικά, καθώς και τα άμορφα μέταλλα, που λαμβάνονται με σβέση σε υγρή κατάσταση, χρησιμοποιούνται επίσης κυρίως ως μαγνητικά και ηλεκτρικά υλικά με μοναδικές ιδιότητες. Χρησιμοποιούνται ως μαλακά και σκληρά μαγνητικά υλικά, αγωγοί, ημιαγωγοί, διηλεκτρικά κ.λπ.

Συγκεκριμένα, μαλακά μαγνητικά κράματα τύπου Finemet έχουν βρει ευρεία εφαρμογή. Πρόκειται για νανοκρυσταλλικά κράματα του συστήματος Fe–Si–B με προσθήκες Cu και Nb ή άλλων πυρίμαχων μετάλλων. Τα κράματα λαμβάνονται με μερική κρυστάλλωση της άμορφης κατάστασης. Η δομή τους αποτελείται από σιδηρομαγνητικούς κρυσταλλίτες μεγέθους 10...30 nm, κατανεμημένους σε μια άμορφη μήτρα, η οποία είναι από 20 έως 40% του όγκου. Τα κράματα τύπου Finemet έχουν πολύ χαμηλή δύναμη καταναγκασμού, υψηλή μαγνητική διαπερατότητα και μαγνήτιση, χαμηλές απώλειες επαναμαγνήτισης, ξεπερνώντας στα χαρακτηριστικά τους άλλα μαλακά μαγνητικά κράματα, συμπεριλαμβανομένων των άμορφων.

Τα μαγνητικά σκληρά νανοκρυσταλλικά κράματα των συστημάτων Fe–Nd–B, Fe–Sm–N χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως. Δεδομένου ότι πολλά μαγνητικά υλικά (Fe–Si, Fe–Nd–B) είναι εύθραυστα, η μείωση του μεγέθους των κόκκων όχι μόνο βελτιώνει τα μαγνητικά τους χαρακτηριστικά, αλλά αυξάνει και την πλαστικότητα.

ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΜΟΡΦΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ

Η λήψη άμορφων μετάλλων είναι δυνατή με σύνθλιψη του αρχικού κρυσταλλικού σώματος για να ληφθεί μια άμορφη δομή (ο τρόπος "από πάνω προς τα κάτω"). Η διαδρομή περιλαμβάνει παραβίαση της κανονικής διάταξης των ατόμων σε ένα κρυσταλλικό σώμα ως αποτέλεσμα εξωτερικών επιρροών στον κρύσταλλο και τη μετατροπή ενός στερεού κρυσταλλικού σώματος σε στερεό άμορφο.

Μέχρι σήμερα, είναι γνωστές αρκετές τεχνικές μέθοδοι για την υλοποίηση αυτών των διαδρομών (Εικ. 1). Δεδομένου ότι ένα άμορφο μέταλλο από θερμοδυναμική άποψη είναι ένα εξαιρετικά μη ισορροπημένο σύστημα με μεγάλη περίσσεια ενέργειας, η παραγωγή του, σε αντίθεση με την παραγωγή ενός κρυσταλλικού μετάλλου, απαιτεί διαδικασίες μη ισορροπίας. Σε αυτό το σχήμα, οι διεργασίες ισορροπίας των μετασχηματισμών φάσης του μετάλλου αντιπροσωπεύονται από συμπαγή βέλη και οι διαδικασίες μη ισορροπίας για τη λήψη ενός άμορφου μετάλλου είναι διακεκομμένες.

Εικ.1. Μέθοδοι για την επίτευξη καταστάσεων ισορροπίας και μη ισορροπίας μετάλλων

Όπως προκύπτει από το παραπάνω σχήμα, ένα θερμοδυναμικά μη ισορροπημένο άμορφο (και νανοκρυσταλλικό) μέταλλο μπορεί να ληφθεί από οποιαδήποτε φάση ισορροπίας:

συμπύκνωση από την αέρια φάση. Με ορισμένες επιφυλάξεις, μέθοδοι ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης άμορφων μεμβρανών από διαλύματα ηλεκτρολυτών μπορούν επίσης να συμπεριληφθούν σε αυτήν την ομάδα.

αμορφοποίηση της κρυσταλλικής κατάστασης με την εισαγωγή μεγάλου αριθμού ελαττωμάτων στους κρυστάλλους.

σβήσιμο της υγρής κατάστασης από τήγμα μετάλλου.

Οι δύο πρώτες μέθοδοι για τη λήψη άμορφων μετάλλων - από την αέρια φάση και τα κρυσταλλικά μέταλλα - εμφανίστηκαν το πρώτο μισό του περασμένου αιώνα και έχουν χρησιμοποιηθεί για σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά δεν ανήκουν σε μεταλλουργικές τεχνολογίες.