Kaedah moden untuk mendapatkan bahan amorf. Prospek untuk penggunaan bahan amorf

Apabila perlahan-lahan disejukkan di bawah takat penghabluran, cecair berada dalam keadaan supersejuk. Keadaan cecair ini adalah metastabil, iaitu, selepas beberapa lama ia mesti masuk ke dalam keadaan kristal, yang secara energetik menguntungkan di bawah titik penghabluran. Jika penghabluran cecair telah berlaku, maka peralihan kaca tidak dapat diperhatikan. Walau bagaimanapun, jika penghabluran cecair sukar untuk sebab tertentu, iaitu, jangka hayat keadaan metastabil adalah cukup lama, maka dengan penyejukan cecair sejuk super yang cukup cepat, kelikatannya meningkat dengan cepat dan ia melepasi keadaan amorfus pepejal.

Peralihan dari keadaan berkaca kepada keadaan kristal, walaupun mungkin, dikaitkan dengan masa menunggu yang lama, dan dalam banyak kes praktikalnya tidak dapat diperhatikan.

Kemungkinan untuk mendapatkan keadaan berkaca sesuatu bahan ditentukan oleh betapa mudahnya untuk mengkristal. Atas dasar ini, bahan boleh dibahagikan kepada tiga kumpulan. Kumpulan pertama termasuk banyak cecair polimer organik. Penghabluran cecair tersebut adalah sukar kerana mobiliti rendah molekul polimernya yang panjang, yang berada dalam keadaan berjalin yang kompleks. Walaupun dengan penyejukan cecair sedemikian yang sangat perlahan, ia tidak menghablur dan mencapai suhu di mana ia bergetar. Cecair sedemikian kadang-kadang dirujuk sebagai amorf secara semula jadi. Banyak aplikasi secara semula jadi amorf.

damar asli. Kumpulan kedua dibentuk oleh bahan yang meminjamkan diri dengan baik kepada kedua-dua penghabluran (dengan kadar penyejukan yang perlahan) dan vitrifikasi. Gliserin adalah contoh klasik. Untuk bahan sedemikian, adalah mungkin untuk mengukur ciri-ciri kedua-dua kristal dan cecair supercooled pada suhu yang sama, yang ternyata penting untuk memahami sifat peralihan kaca. Cecair kumpulan pertama dan kedua dipanggil pembentuk kaca. Kumpulan ketiga termasuk bahan yang mudah mengkristal, yang mana kewujudan keadaan kaca dianggap mustahil untuk masa yang lama. Logam tulen dan pelbagai aloi boleh dianggap sebagai contoh klasik bahan tersebut. Walau bagaimanapun, baru-baru ini, kaedah telah muncul untuk mendapatkan penyejukan ultracepat hingga 108 K/s. Dengan penyejukan yang begitu cepat, adalah mungkin untuk mendapatkan keadaan amorf bagi banyak logam dan aloi.

4.2 Kaedah untuk mendapatkan bahan logam amorf

Kaedah untuk mendapatkan bahan amorf boleh dibahagikan secara bersyarat kepada tiga kumpulan:

Menyejukkan pada kelajuan ultra tinggi (10 5 -10 7 K/s) logam cair (pelindapkejutan daripada keadaan cecair). Ini termasuk menembak setitik leburan ke substrat pengalir haba (peti sejuk), meratakan titisan antara plat kuprum, melontar jet cair logam ke atas penyejuk berputar (cakera atau dram), melancarkan pancutan cair antara penggelek, membekukan lapisan nipis cair di tepi cakera yang sangat mengalirkan haba berputar dengan pantas dalam satah menegak.bahan. Dengan kaedah sedemikian, pita, serbuk, gentian daripada aloi logam diperolehi.

Pemendapan logam daripada fasa gas (wap) ke substrat yang disejukkan. Ini termasuk penyejatan terma, ion sputtering, penyemburan plasma, dsb. Kaedah ini dicirikan oleh kadar pelindapkejutan yang tinggi, yang memungkinkan untuk membentuk keadaan amorf juga untuk aloi yang tidak beramorf semasa pelindapkejutan daripada leburan. Kelemahan kaedah ini adalah produktiviti yang rendah, kerumitan dan kos peralatan yang tinggi.

Kemusnahan struktur kristal badan pepejal akibat pengaruh luar. Di sini, yang paling menarik ialah implantasi ion, yang boleh digunakan untuk mendapatkan lapisan amorf pada produk siap daripada logam tertentu.

Ciri umum kaedah pertama ialah penciptaan keadaan sedemikian untuk penyejukan cepat leburan, yang akan menghalang proses penghabluran. Amalan menunjukkan bahawa adalah mungkin untuk mengelakkan penghabluran dan menetapkan keadaan berkaca dengan menghubungi cecair cair dengan substrat sejuk logam, yang harus diperbuat daripada bahan dengan kekonduksian terma yang baik. Biasanya, tembaga, berilium gangsa, dan loyang digunakan untuk tujuan ini. Leburan dipanaskan oleh peranti pemanasan aruhan atau relau rintangan.

Terdapat beberapa syarat utama, pemenuhannya memungkinkan untuk mendapatkan aloi amorf dengan pelindapkejutan dari keadaan cecair pada suhu bilik dan tekanan atmosfera normal:

Kadar aliran isipadu leburan melalui bukaan muncung ke permukaan cakera berputar mestilah malar sepanjang masa pembentukan aloi amorf.

Aliran pancutan lebur mestilah stabil dan dilindungi daripada kesan zarah habuk halus dan arus udara tidak terkawal yang dihasilkan oleh bahagian-bahagian radas yang berputar.

Permukaan pembentukan cakera mestilah digilap dengan baik dan mempunyai sentuhan mekanikal dan haba yang baik dengan jet cair.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, untuk mendapatkan struktur amorfus, kaedah percikan plasma ion berkelajuan tinggi bahan ke substrat telah digunakan. Kadar sputtering bergantung pada kedua-dua voltan dan ketumpatan arus ion yang digunakan pada sasaran. Atom yang terpercik meninggalkan sasaran. Sesetengah atom terkena substrat dan didepositkan di atasnya, dan sebahagiannya hilang pada skrin khas. Penyemburan dilakukan dalam 2 peringkat:

pendahuluan. Matlamatnya ialah: 1- lapisan atas sasaran yang tercemar dikeluarkan; 2- filem bahan yang disembur didepositkan pada skrin, yang boleh berfungsi sebagai pengambil, dan sebagainya. kawasan dengan kandungan kekotoran yang berkurangan dicipta di kawasan substrat; 3 - proses sputtering menjadi lebih pegun dan komposisi lapisan yang didepositkan akan sepadan dengan komposisi sasaran hanya selepas masa tertentu telah berlalu, di mana komposisi atom yang terbantut disamakan. Selepas prasputtering selesai, substrat dibersihkan secara ion selama beberapa minit dengan menggunakan potensi negatif 100V padanya. Kemudian penyemburan bermula dalam mod operasi. Kaedah ini memungkinkan untuk membuat struktur amorfus komposisi kompleks sehingga 1 cm tebal.

Juga, untuk mendapatkan logam amorfus, sinaran laser sedang digunakan, yang membolehkan anda memanaskan logam dengan cepat, dan memberikan penyejukan leburan pada kadar sekurang-kurangnya 10 5 -10 6 K/s. Dengan lebur cepat, cecair homogen terbentuk, yang, selepas pemejalan, berubah menjadi apa yang dipanggil. kaca dengan sifat fizikal dan mekanikal yang luar biasa. Proses pembentukan struktur yang serupa pada permukaan bahan logam dipanggil "peralihan kaca laser".

Mengikut susunan atom dan molekul bersama, bahan boleh menjadi kristal dan amorf. Struktur bahan kristal dan amorf yang tidak sama juga menentukan perbezaan sifatnya. Bahan amorf, mempunyai tenaga dalaman penghabluran yang tidak digunakan, secara kimia lebih aktif daripada bahan kristal dengan komposisi yang sama (contohnya, bentuk silika amorf: batu apung, tripoli, diatomit berbanding dengan kuarza kristal).

Perbezaan penting antara bahan amorf dan kristal ialah bahan kristal, apabila dipanaskan (pada tekanan malar), mempunyai takat lebur tertentu. Dan amorfus - melembutkan dan beransur-ansur masuk ke dalam keadaan cair. Kekuatan bahan amorf, sebagai peraturan, lebih rendah daripada kristal, oleh itu, untuk mendapatkan bahan dengan kekuatan yang meningkat, penghabluran dilakukan secara khusus, sebagai contoh, apabila mendapatkan bahan seramik kaca - seramik kaca.

Sifat yang berbeza boleh diperhatikan dalam bahan kristal dengan komposisi yang sama jika ia terbentuk dalam bentuk kristal yang berbeza, dipanggil pengubahsuaian (fenomena polimorfisme). Sebagai contoh, transformasi polimorfik kuarza disertai dengan perubahan dalam isipadu. Perubahan dalam sifat bahan dengan menukar kekisi kristal digunakan dalam rawatan haba logam (pelindapkejutan atau pembajaan).

- Pengaruh komposisi dan struktur bahan pada sifatnya. Jenis struktur bahan binaan.

Sifat bahan binaan sebahagian besarnya berkaitan dengan ciri strukturnya dan sifat bahan yang terdiri daripada bahan ini. Sebaliknya, struktur bahan bergantung: untuk bahan semula jadi - pada asal dan keadaan pembentukannya, untuk buatan - pada teknologi pengeluaran dan pemprosesan bahan. Oleh itu, pembina, apabila mengkaji kursus bahan binaan, pertama sekali mesti mengasimilasikan hubungan ini. Pada masa yang sama, teknologi dan pemprosesan bahan harus dipertimbangkan dari sudut pandangan pengaruhnya terhadap struktur dan sifat bahan yang dihasilkan.

Bahan binaan dicirikan oleh komposisi kimia, mineral dan fasa.

Bergantung pada komposisi kimia, semua bahan binaan dibahagikan kepada: organik (kayu, bitumen, plastik, dll.), Mineral (konkrit, simen, bata, batu semula jadi, dll.) dan logam (keluli, besi tuang, aluminium). Setiap golongan ini mempunyai ciri-ciri tersendiri. Jadi, semua bahan organik mudah terbakar, dan bahan mineral tahan api; Logam adalah konduktor elektrik dan haba yang baik. Komposisi kimia membolehkan untuk menilai ciri teknikal lain (kestabilan bio, kekuatan, dll.). Komposisi kimia beberapa bahan (pengikat tak organik, bahan batu) sering dinyatakan dengan jumlah oksida yang terkandung di dalamnya.

Oksida, terikat secara kimia antara satu sama lain, membentuk mineral yang mencirikan komposisi mineral bahan. Mengetahui mineral dan jumlahnya dalam bahan, seseorang boleh menilai sifat bahan tersebut. Sebagai contoh, keupayaan pengikat bukan organik untuk mengeras dan mengekalkan kekuatan dalam medium akueus adalah disebabkan oleh kehadiran silikat, aluminat, kalsium ferit di dalamnya, dan dengan jumlah yang banyak, proses pengerasan dipercepatkan dan kekuatan batu simen bertambah.

Apabila mencirikan komposisi fasa bahan, berikut dibezakan: bahan pepejal yang membentuk dinding pori ("rangka kerja" bahan), dan liang diisi dengan udara dan air. Komposisi fasa bahan dan peralihan fasa air dalam liang-liangnya mempengaruhi semua sifat dan tingkah laku bahan semasa operasi.

Tidak kurang pengaruh ke atas sifat bahan diberikan oleh makro dan mikrostruktur dan struktur dalaman bahan yang membentuk bahan pada tahap molekul-ionik.

Struktur makro bahan ialah struktur yang boleh dilihat dengan mata kasar atau pada pembesaran rendah. Struktur mikro bahan ialah struktur yang dilihat di bawah mikroskop. Struktur dalaman penyangkut dikaji dengan kaedah analisis difraksi sinar-X, mikroskop elektron, dsb.

Dalam banyak cara, sifat bahan menentukan bilangan, saiz dan sifat liang. Contohnya, kaca berliang (kaca buih), tidak seperti kaca biasa, adalah legap dan sangat ringan.

Bentuk dan saiz zarah pepejal juga mempengaruhi sifat bahan. Jadi, jika anda mengeluarkan gentian nipis daripada cair kaca biasa, anda akan mendapat bulu kaca yang ringan dan lembut.

Bergantung kepada bentuk dan saiz zarah dan strukturnya, struktur makro bahan binaan pepejal boleh menjadi berbutir (berbutir longgar atau konglomerat), selular (berliang halus), berserabut dan berlapis.

Bahan berbutir longgar terdiri daripada butiran yang berasingan dan tidak berkaitan (pasir, kerikil, bahan serbuk untuk "penebat haba dan timbunan semula mastik, dsb.).

Struktur konglomerat, apabila butiran saling berkait rapat, adalah tipikal untuk pelbagai jenis konkrit, beberapa jenis bahan semula jadi dan seramik, dsb.

Struktur selular (berliang halus) dicirikan oleh kehadiran ciri makro dan mikropori bagi konkrit gas dan buih, plastik selular, dan beberapa bahan seramik.

Bahan berserabut dan berlapis, di mana gentian (lapisan) selari antara satu sama lain, mempunyai sifat yang berbeza di sepanjang dan merentasi gentian (lapisan). Fenomena ini dipanggil anisotropi, dan bahan dengan sifat sedemikian dipanggil anisotropik. Struktur gentian adalah wujud dalam kayu, produk bulu mineral, dan struktur berlapis adalah wujud dalam bahan bergulung, kepingan, papak dengan pengisi berlapis (bumoplast, textolite, dll.).

Mendapatkan logam amorf adalah mungkin dengan menghancurkan badan kristal asal untuk mendapatkan struktur amorf (cara "atas-bawah"). Laluan itu melibatkan pelanggaran susunan biasa atom dalam jasad hablur akibat pengaruh luar pada hablur dan perubahan jasad hablur pepejal kepada amorfus pepejal.

Sehingga kini, beberapa kaedah teknikal untuk melaksanakan laluan ini diketahui (Rajah 1). Memandangkan logam amorf dari sudut termodinamik adalah sistem yang sangat tidak seimbang dengan tenaga berlebihan yang besar, pengeluarannya, berbeza dengan penghasilan logam kristal, memerlukan proses tidak seimbang. Dalam rajah ini, proses keseimbangan perubahan fasa logam diwakili oleh anak panah pepejal, dan proses bukan keseimbangan untuk mendapatkan logam amorfus putus-putus.

Rajah 1. Kaedah untuk mencapai keadaan keseimbangan dan bukan keseimbangan logam

Seperti berikut daripada skema di atas, logam amorf (dan nanohabluran) secara termodinamik boleh diperolehi daripada mana-mana fasa keseimbangan:

pemeluwapan daripada fasa gas. Dengan beberapa tempahan, kaedah pemendapan elektrolitik filem amorf daripada larutan elektrolit juga boleh dimasukkan dalam kumpulan ini;

amorfisasi keadaan kristal dengan memasukkan sejumlah besar kecacatan ke dalam kristal;

pelindapkejutan keadaan cecair daripada leburan logam.

Dua kaedah pertama untuk mendapatkan logam amorf - daripada fasa gas dan logam kristal - muncul pada separuh pertama abad yang lalu dan telah digunakan untuk masa yang agak lama, tetapi ia bukan milik teknologi metalurgi.

1.1 Kaedah pemendapan elektrolitik filem amorf daripada larutan elektrolit

Khususnya, kaedah pemendapan vakum, berdasarkan prinsip menyusun atom mengikut atom, digunakan untuk mendapatkan filem ultranipis (10-1…101 nm). Logam dipanaskan dalam vakum pada tekanan 10-3...10-9 Pa (sebaik-baiknya pada tekanan sisa yang paling rendah). Dalam kes ini, atom individu menyejat dari permukaan cair. Atom yang bergerak secara rectilinear dalam vakum diendapkan pada substrat plat sejuk yang besar. Hasil daripada pemeluwapan atom tunggal, tenaga berlebihan mereka mempunyai masa untuk diserap oleh substrat pada kadar yang sepadan dengan kadar penyejukan 109–1013 K/s dan mencukupi untuk mendapatkan keadaan amorf logam tulen. Dalam kes ini, untuk mendapatkan filem amorfus logam peralihan tulen, substrat mesti disejukkan kepada suhu helium cecair.

Filem amorf daripada besi, nikel, kobalt, mangan, kromium, aluminium, vanadium, paladium, zirkonium, hafnium, renium, borium, tantalum, tungsten, molibdenum, tellurium, antimoni, gadolinium, arsenik dan unsur-unsur lain diperoleh melalui pemendapan vakum. Suhu penghabluran dan kestabilan terma filem termendap bergantung pada ketebalannya. Oleh itu, filem besi setebal 2.5 nm sudah mengkristal pada 50...60 K, dan dengan ketebalan filem 15 nm tidak mungkin untuk mendapatkan besi dalam keadaan amorf sama sekali.

Kelemahan kaedah ini adalah bahawa pada substrat, serentak dengan atom logam termendap, atom-atom gas sisa yang terdapat dalam atmosfera ruang pemendapan terpeluwap. Oleh itu, komposisi dan sifat filem termendap bergantung pada tahap rarefaction dan komposisi gas sisa.

Kadar penyejukan logam cecair ultra tinggi untuk mendapatkan struktur amorfus boleh dilaksanakan dalam pelbagai cara. Apa yang mereka ada persamaan ialah keperluan untuk memastikan kadar penyejukan sekurang-kurangnya 10 K/s. Terdapat kaedah yang diketahui untuk melonjakkan titisan ke atas plat sejuk, menyembur pancutan dengan gas atau cecair, mengempar titisan atau jet, mencairkan filem nipis permukaan logam dengan laser dengan penyingkiran haba yang cepat oleh jisim logam asas. , penyejukan ultracepat daripada medium gas, dsb. Penggunaan kaedah ini memungkinkan untuk mendapatkan pita pelbagai lebar dan ketebalan, wayar dan serbuk.

Mendapatkan pita itu.

Kaedah yang paling berkesan untuk pengeluaran perindustrian pita amorf ialah menyejukkan jet logam cecair pada permukaan luar (pengerasan pada cakera) atau dalam (pengerasan emparan) dram berputar atau melancarkan cair antara gulungan sejuk yang diperbuat daripada bahan dengan haba yang tinggi kekonduksian.

Pada rajah. 1 menunjukkan gambarajah skematik kaedah ini. Leburan yang diperolehi dalam relau aruhan diperah keluar oleh gas neutral daripada muncung dan menjadi pejal apabila bersentuhan dengan permukaan badan sejuk berputar (peti sejuk). Perbezaannya ialah dalam kaedah pengerasan dan pengerasan emparan pada cakera, leburan disejukkan hanya pada satu sisi. Masalah utama adalah untuk mendapatkan tahap kebersihan permukaan luar yang mencukupi, yang tidak bersentuhan dengan peti sejuk. Kaedah penggulungan cair memungkinkan untuk mendapatkan kualiti yang baik pada kedua-dua permukaan pita, yang penting terutamanya untuk pita amorf yang digunakan untuk kepala rakaman magnetik. Setiap kaedah mempunyai sekatan tersendiri pada saiz pita, kerana terdapat perbezaan dalam proses pemejalan dan dalam reka bentuk perkakasan kaedah.

nasi. 1. Kaedah untuk mendapatkan jalur nipis dengan pelindapkejutan cair:

A - pengerasan emparan; b - pengerasan pada cakera; V - cair bergolek; G - pengerasan sentrifugal; d - muat turun planet pada cakera

nasi. 2 . Peranti untuk meningkatkan masa sentuhan pita pengerasan dengan cakera: A - penggunaan jet gas;

b - penggunaan tali pinggang pengapit

Jika, semasa pengerasan sentrifugal, lebar pita adalah sehingga 5 mm, maka dengan menggulung, pita dengan lebar 10 mm atau lebih diperolehi. Kaedah pelindapkejutan pada cakera, yang memerlukan radas yang lebih mudah, memungkinkan untuk mengubah lebar pita dalam julat yang luas, bergantung pada saiz cawan lebur. Kaedah ini memungkinkan untuk menghasilkan kedua-dua pita sempit dengan lebar 0.1-0.2 mm, dan lebar sehingga 100 mm, dan ketepatan mengekalkan lebar boleh ± 3 mikron. Tumbuhan dengan kapasiti pijar maksimum sehingga 50 kg sedang dibangunkan.

Dalam semua pemasangan untuk pengerasan daripada keadaan cecair, logam dengan cepat memejal, merebak dalam lapisan nipis di atas permukaan peti sejuk berputar. Dengan komposisi aloi yang berterusan, kadar penyejukan bergantung pada ketebalan leburan dan ciri-ciri penyejuk. Ketebalan leburan pada penyejuk ditentukan oleh kelajuan putarannya dan kelajuan aliran keluar leburan, iaitu, ia bergantung pada diameter muncung dan tekanan gas pada leburan. Sangat penting ialah pilihan sudut leburan yang betul ke cakera, yang memungkinkan untuk meningkatkan tempoh sentuhan antara logam dan penyejuk. Kadar penyejukan juga bergantung pada sifat leburan itu sendiri: kekonduksian terma, kapasiti haba, kelikatan, ketumpatan.

Peningkatan dalam tempoh sentuhan logam pengerasan dengan cakera boleh dicapai dengan bantuan peranti khas: jet gas menekan pita ke cakera atau bergerak pada kelajuan yang sama dengan cakera tali pinggang yang diperbuat daripada aloi tembaga dan berilium (Rajah 13.34). Oleh itu, ketebalan maksimum reben amorfus bergantung pada kadar penyejukan kritikal aloi dan keupayaan kemudahan pelindapkejutan. Jika kadar penyejukan yang dilaksanakan dalam pemasangan adalah kurang daripada yang kritikal, maka amorfisasi logam tidak akan berlaku.

nasi. 3 . Kaedah untuk mendapatkan wayar nipis, dikeraskan daripada cair:

A - menarik cair melalui penyejuk (penyemperitan cair); b - menarik benang keluar dari dram berputar; V - meregangkan cair dalam kapilari kaca; 1 - cair; 2 - penyejuk; 3 - kaca; 4 - muncung; 5 - penggulungan wayar

Mendapat wayar.

Untuk mendapatkan wayar amorfus nipis, kaedah yang berbeza untuk menarik gentian daripada leburan digunakan.

Dalam kaedah pertama (Rajah 3, A) logam lebur dilukis dalam tiub bulat melalui larutan akueus garam. Dalam yang kedua (Rajah 3. b) - pancutan logam lebur jatuh ke dalam cecair yang dipegang oleh daya emparan pada permukaan dalaman dram berputar: benang yang dipejal kemudiannya ditanggalkan daripada cecair berputar. Satu kaedah diketahui, yang terdiri daripada mendapatkan wayar amorf dengan regangan terpantas yang mungkin bagi leburan dalam kapilari kaca (Rajah 3, V). Kaedah ini juga dipanggil kaedah Taylor. Serat diperoleh dengan menarik leburan serentak dengan tiub kaca, manakala diameter serat adalah 2-5 mikron. Kesukaran utama di sini ialah pemisahan gentian dari kaca yang menutupinya, yang secara semula jadi mengehadkan komposisi aloi yang diamorf dengan kaedah ini.

Mendapat serbuk.Untuk pengeluaran serbuk aloi amorf, seseorang boleh menggunakan kaedah dan peralatan yang digunakan untuk penyediaan serbuk logam pukal.

Pada rajah. 4 secara skematik menunjukkan beberapa kaedah untuk mendapatkan serbuk amorfus dalam kuantiti yang banyak. Antaranya, pertama sekali, kaedah penyemburan yang mantap harus diperhatikan.

Dikenali untuk pembuatan serbuk amorf dengan kaedah peronggaan, dilaksanakan dengan menggulung cair dalam gulungan, dan dengan menyembur cair dengan cakera berputar. Dalam kaedah peronggaan (Rajah 4, b) cair

nasi. 4. Kaedah untuk mendapatkan serbuk amorf:

A - kaedah semburan (kaedah semburan); b - kaedah peronggaan; V - kaedah menyembur cair dengan cakera berputar; 1 - serbuk; 2 - bahan suapan: 3 - muncung; 4 - penyejuk; 5 - pinggan sejuk

logam itu diperah keluar dalam jurang antara dua gulung (0.2-0.5 mm), dibuat, sebagai contoh, daripada grafit atau boron nitrida. Peronggaan berlaku - leburan dikeluarkan oleh gulungan dalam bentuk serbuk, yang jatuh pada plat yang disejukkan atau dalam larutan air penyejuk. Peronggaan berlaku di celah antara gulungan, akibatnya gelembung gas yang ada dalam logam hilang. Kaedah semburan cakera berputar (Gamb. 4, V) pada dasarnya, ia adalah serupa dengan kaedah pembuatan dawai nipis yang diterangkan sebelum ini, tetapi di sini logam cair, jatuh ke dalam cecair, disembur kerana pergerakan bergelora. Menggunakan kaedah ini, serbuk diperolehi dalam bentuk butiran dengan diameter kira-kira 100 mikron.

PERSEMBAHAN

disiplin: Proses untuk mendapatkan zarah nano dan bahan nano

mengenai topik: "Mendapatkan bahan nano menggunakan transformasi keadaan pepejal"

Selesai:

Pelajar gr. 4301-11

Mukhamitova A.A.

Kazan, 2014

	PENGENALAN
1.
	1.1.	KAEDAH PENYEMPAN ELEKTROLITIK FILEM AMORFUS DARIPADA PENYELESAIAN ELEKTROLIT
	1.2.	AMORFISASI KEADAAN KRISTAL DENGAN MEMPERKENALKAN SEJUMLAH BESAR KECACATAN KEPADA KRISTAL
	1.3.	DEFORMASI PLASTIK SEJATI
	1.4.	PENGERASAN CECAIR
2.	KELEBIHAN DAN KELEMAHAN KAEDAH MENDAPATKAN BAHAN NANO MENGGUNAKAN TRANSFORMASI FASA PEPEJ
	KESIMPULAN
	SENARAI LITERATUR TERGUNA

PENGENALAN

Baru-baru ini, beberapa kaedah telah dibangunkan untuk mendapatkan bahan nano, di mana penyebaran dilakukan dalam bahan pepejal tanpa mengubah keadaan pengagregatan.

Penghabluran terkawal daripada keadaan amorf adalah salah satu cara untuk mendapatkan bahan nano secara besar-besaran. Kaedah ini terdiri daripada mendapatkan bahan amorf, contohnya, dengan pelindapkejutan dari keadaan cecair, dan kemudian mengkristalkannya di bawah keadaan pemanasan terkawal.

Amorfus dipanggil logam yang berada dalam keadaan pepejal, di mana tidak ada susunan jarak jauh dalam susunan atom, yang merupakan ciri logam dalam biasa, i.e. keadaan kristal. Untuk mencirikan logam dalam keadaan ini, istilah "kaca logam" juga digunakan, kurang kerap - "logam bukan kristal". Keadaan amorf ialah kes mengehadkan ketidakstabilan termodinamik sistem logam pepejal, bertentangan dengan keadaan termodinamik kristal tanpa kecacatan.

Selama beribu-ribu tahun, manusia telah menggunakan logam pepejal secara eksklusif dalam keadaan kristal. Hanya pada penghujung tahun 1930-an terdapat percubaan untuk mendapatkan salutan logam bukan kristal dalam bentuk filem paling nipis melalui pemendapan vakum. Pada tahun 1950, filem amorfus aloi Ni-P diperolehi dengan kaedah elektrodeposisi daripada larutan. Filem sedemikian digunakan sebagai salutan keras, tahan haus dan tahan kakisan.

Keadaan berubah dengan ketara apabila, pada tahun 1960, kaedah telah ditemui untuk mendapatkan aloi logam amorf dengan pelindapkejutan keadaan cecair, dan pada tahun 1968, kaedah untuk pelindapkejutan cair pada permukaan cakera berputar untuk mendapatkan reben amorfus yang besar (beratus-ratus meter) panjang. Ini membuka kemungkinan pengeluaran logam amorfus secara besar-besaran pada kosnya yang agak rendah dan membawa kepada pertumbuhan yang meletup dalam penyelidikan dalam bidang aloi amorf.

Hari ini, kira-kira 80% aloi amorfus industri dihasilkan untuk sifat magnetiknya yang unik. Ia digunakan sebagai bahan magnet lembut yang menggabungkan sifat isotropik, kebolehtelapan magnet yang tinggi, aruhan tepu yang tinggi, dan daya paksaan yang rendah. Ia digunakan untuk pembuatan skrin magnetik, penapis magnetik dan pemisah, penderia, kepala rakaman, dll. Teras pengubah yang diperbuat daripada aloi amorfus dicirikan oleh kehilangan pengmagnetan semula yang sangat rendah disebabkan oleh gelung histeresis yang sempit, serta rintangan elektrik yang tinggi dan pita amorf yang nipis, yang mengurangkan kerugian yang berkaitan dengan arus pusar.

Baru-baru ini, kira-kira sejak pertengahan 90-an abad kedua puluh, terdapat peningkatan yang ketara dalam minat terhadap unsur-unsur struktur pelbagai bahan, termasuk logam, yang mempunyai skala nano (1...100 nm). Dengan saiz pembentukan struktur sedemikian, khususnya kristal, perkadaran zarah permukaan, yang mempunyai interaksi berbeza daripada yang terletak di dalam isipadu zarah, meningkat dengan ketara. Akibatnya, sifat bahan yang dibentuk oleh zarah tersebut boleh berbeza dengan ketara daripada sifat bahan komposisi yang sama, tetapi dengan saiz unit struktur yang lebih besar. Untuk mencirikan bahan dan kaedah pengeluarannya, istilah khas bahan nano, nanoteknologi, industri nano telah muncul dan digunakan secara meluas.

Dalam erti kata moden, bahan nano adalah sejenis produk dalam bentuk bahan yang mengandungi unsur struktur dimensi nanometer, kehadirannya memberikan peningkatan yang ketara atau penampilan sifat mekanikal, kimia, fizikal, biologi dan lain-lain secara kualitatif baru yang ditentukan oleh manifestasi faktor skala nano. Dan nanoteknologi ialah satu set kaedah dan teknik yang digunakan dalam kajian, reka bentuk, pengeluaran dan penggunaan struktur, peranti dan sistem, termasuk kawalan sasaran dan pengubahsuaian bentuk, saiz, integrasi dan interaksi skala nano konstituennya (1 ... 100 nm) unsur untuk mendapatkan objek dengan sifat kimia, fizikal, biologi baharu. Sehubungan itu, industri nano ialah penghasilan bahan nano yang melaksanakan teknologi nano. Berhubung dengan logam, istilah "nanocrystalline" biasanya digunakan untuk merujuk kepada logam yang saiz kristalnya berada dalam julat nanometer yang diberikan di atas.

Pembangunan bahan nano, teknologi nano dan penggunaan objek dengan struktur skala nano terkawal telah menjadi mungkin sebahagian besarnya disebabkan oleh kemunculan instrumen penyelidikan dan kaedah langsung untuk mengkaji objek di peringkat atom. Contohnya, mikroskop elektron penghantaran moden dengan pembesaran tertib 1.5x10 6 memungkinkan untuk melihat struktur atom secara visual.

Terdapat pelbagai cara untuk mendapatkan bahan berstruktur nano, termasuk logam. Sebagai contoh, struktur nano boleh diperolehi dalam bahan kerja logam pukal dengan mengisar kristal biasa kepada yang berskala nano. Ini boleh dicapai, khususnya, dengan ubah bentuk plastik yang teruk. Walau bagaimanapun, kaedah penghalusan struktur melalui ubah bentuk tidak memungkinkan untuk mendapatkan logam nanokristalin pada skala industri dan tidak tergolong dalam teknologi metalurgi tradisional.

Pada masa yang sama, struktur nanokristalin, serta amorfus, logam juga boleh diperolehi melalui kaedah metalurgi tradisional, khususnya, dengan penyejukan cepat cair. Bergantung pada keadaan pelindapkejutan keadaan cecair, terdapat tiga pilihan untuk pembentukan struktur:

· penghabluran nano secara langsung dalam proses pelindapkejutan cair (kes mengehadkan penghabluran dipercepatkan konvensional, yang membawa kepada mendapatkan bukan sahaja butiran halus, tetapi struktur nano);

· dalam proses pelindapkejutan cair, penghabluran separa berlaku, supaya struktur amorfus-hablur komposit terbentuk;

· semasa pengerasan, struktur amorf terbentuk, dan struktur nanohabluran terbentuk semasa penyepuhlindapan berikutnya.

Nanohabluran, serta logam amorfus, yang diperoleh dengan pelindapkejutan keadaan cecair, juga digunakan terutamanya sebagai bahan magnet dan elektrik dengan sifat unik. Ia digunakan sebagai bahan magnet lembut dan keras, konduktor, semikonduktor, dielektrik, dll.

Khususnya, aloi magnet lembut jenis Finemet telah menemui aplikasi yang meluas. Ini adalah aloi nanohabluran sistem Fe-Si-B dengan penambahan Cu dan Nb atau logam refraktori lain. Aloi diperoleh dengan penghabluran separa keadaan amorf. Struktur mereka terdiri daripada kristal feromagnetik bersaiz 10...30 nm, diedarkan dalam matriks amorfus, iaitu dari 20 hingga 40% daripada isipadu. Aloi jenis finemet mempunyai daya paksaan yang sangat rendah, kebolehtelapan magnet dan kemagnetan yang tinggi, kehilangan pengmagnetan semula yang rendah, mengatasi aloi magnet lembut lain, termasuk aloi amorf, dalam ciri-cirinya.

Aloi nanokristalin keras magnet bagi sistem Fe–Nd–B, Fe–Sm–N juga digunakan secara meluas. Oleh kerana banyak bahan magnetik (Fe-Si, Fe-Nd-B) adalah rapuh, pengurangan saiz butiran bukan sahaja meningkatkan ciri magnetnya, tetapi juga meningkatkan keplastikan.

KAEDAH MENGHASILKAN LOGAM AMORFOUS

Rajah 1. Kaedah untuk mencapai keadaan keseimbangan dan bukan keseimbangan logam

Seperti berikut daripada skema di atas, logam amorf (dan nanohabluran) secara termodinamik boleh diperolehi daripada mana-mana fasa keseimbangan:

pemeluwapan daripada fasa gas. Dengan beberapa tempahan, kaedah pemendapan elektrolitik filem amorf daripada larutan elektrolit juga boleh dimasukkan dalam kumpulan ini;

amorfisasi keadaan kristal dengan memasukkan sejumlah besar kecacatan ke dalam kristal;

pelindapkejutan keadaan cecair daripada leburan logam.