Các phương pháp thu nhận vật liệu vô định hình hiện đại. Triển vọng cho việc sử dụng vật liệu vô định hình

Khi làm lạnh từ từ dưới điểm kết tinh, chất lỏng ở trạng thái siêu lạnh. Trạng thái này của chất lỏng là bền vững, nghĩa là sau một thời gian, nó phải chuyển sang trạng thái tinh thể, thuận lợi về mặt năng lượng bên dưới điểm kết tinh. Nếu sự kết tinh của chất lỏng đã diễn ra, thì không thể quan sát được sự chuyển đổi thủy tinh. Tuy nhiên, nếu sự kết tinh của chất lỏng gặp khó khăn vì một lý do nào đó, nghĩa là thời gian tồn tại của trạng thái siêu lạnh đủ dài, thì khi làm lạnh đủ nhanh chất lỏng siêu lạnh, độ nhớt của nó tăng lên nhanh chóng và nó chuyển sang trạng thái rắn vô định hình.

Sự chuyển đổi từ trạng thái thủy tinh sang trạng thái tinh thể, mặc dù có thể, nhưng có thời gian chờ đợi lâu và trong nhiều trường hợp là thực tế không thể quan sát được.

Khả năng có được trạng thái thủy tinh của một chất được xác định bởi mức độ dễ kết tinh của chất đó. Trên cơ sở này, các chất có thể được chia thành ba nhóm. Nhóm đầu tiên bao gồm nhiều chất lỏng cao phân tử hữu cơ. Sự kết tinh của những chất lỏng như vậy rất khó khăn do tính linh động thấp của các phân tử polyme dài của nó, chúng ở trạng thái đan xen phức tạp. Ngay cả khi làm lạnh rất chậm chất lỏng như vậy, nó vẫn không kết tinh và đạt đến nhiệt độ mà nó sẽ đông cứng lại. Những chất lỏng như vậy đôi khi được coi là chất vô định hình tự nhiên. Nhiều ứng dụng là vô định hình tự nhiên.

nhựa bản địa. Nhóm thứ hai được hình thành bởi các chất có khả năng kết tinh tốt (với tốc độ làm lạnh chậm) và thủy tinh hóa. Glycerin là một ví dụ cổ điển. Đối với những chất như vậy, có thể đo các đặc tính của cả tinh thể và chất lỏng siêu lạnh ở cùng nhiệt độ, điều này trở nên quan trọng đối với việc hiểu bản chất của quá trình chuyển đổi thủy tinh. Chất lỏng của nhóm thứ nhất và thứ hai được gọi là chất tạo thủy tinh. Nhóm thứ ba bao gồm các chất dễ kết tinh, mà sự tồn tại của trạng thái thủy tinh được coi là không thể trong một thời gian dài. Kim loại nguyên chất và các hợp kim khác nhau có thể được coi là một ví dụ kinh điển về các chất như vậy. Tuy nhiên, gần đây, các phương pháp đã xuất hiện để làm mát cực nhanh xuống 108 K / s. Với việc làm nguội nhanh như vậy, có thể thu được trạng thái vô định hình của nhiều kim loại và hợp kim.

4.2 Các phương pháp thu được vật liệu kim loại vô định hình

Các phương pháp thu được vật liệu vô định hình có thể được chia thành ba nhóm có điều kiện:

Làm lạnh ở tốc độ cực cao (10 5 -10 7 K / s) kim loại nóng chảy (dập tắt từ trạng thái lỏng). Chúng bao gồm bắn một giọt nóng chảy lên chất nền dẫn nhiệt (tủ lạnh), làm phẳng một giọt giữa các tấm đồng, đúc một tia kim loại nóng chảy lên bộ làm mát quay (đĩa hoặc trống), lăn một tia nóng chảy giữa các con lăn, đóng băng lớp mỏng nóng chảy trên mép của một đĩa dẫn nhiệt cao quay nhanh chóng trong một mặt phẳng thẳng đứng. Bằng các phương pháp này, người ta thu được băng, bột, sợi từ hợp kim kim loại.

Sự lắng đọng của kim loại từ pha khí (hơi) trên một chất nền đã được làm lạnh. Chúng bao gồm bay hơi nhiệt, phún xạ ion, phun plasma, v.v. Các phương pháp này được đặc trưng bởi tốc độ dập tắt cao, điều này có thể tạo ra trạng thái vô định hình đối với các hợp kim không amorphi hóa trong quá trình dập tắt từ nóng chảy. Nhược điểm của các phương pháp này là năng suất thấp, phức tạp và giá thành thiết bị cao.

Sự phá hủy cấu trúc tinh thể của vật rắn do tác động bên ngoài. Ở đây, mối quan tâm lớn nhất là cấy ion, có thể được sử dụng để thu được các lớp vô định hình trên thành phẩm từ một số kim loại nhất định.

Đặc điểm chung của các phương pháp thứ nhất là tạo ra các điều kiện như vậy để làm nguội nhanh chất nóng chảy, điều này sẽ ngăn cản quá trình kết tinh. Thực tiễn cho thấy có thể ngăn chặn sự kết tinh và cố định trạng thái thủy tinh bằng cách cho chất lỏng nóng chảy tiếp xúc với chất nền nguội bằng kim loại, chất này phải được làm bằng vật liệu có tính dẫn nhiệt tốt. Thông thường, đồng, đồng berili và đồng thau được sử dụng cho mục đích này. Phần nóng chảy được làm nóng bằng thiết bị gia nhiệt cảm ứng hoặc lò điện trở.

Có một số điều kiện chính, việc đáp ứng các điều kiện đó làm cho nó có thể thu được hợp kim vô định hình bằng cách dập tắt từ trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển bình thường:

Tốc độ dòng thể tích của chất nóng chảy qua lỗ vòi phun đến bề mặt của đĩa quay phải không đổi trong toàn bộ thời gian hình thành hợp kim vô định hình.

Dòng chảy của tia nóng chảy phải ổn định và được bảo vệ khỏi tác động của các hạt bụi mịn và dòng không khí không kiểm soát được tạo ra bởi các bộ phận quay của thiết bị.

Bề mặt tạo hình của đĩa phải được đánh bóng tốt và có sự tiếp xúc cơ và nhiệt tốt với tia nóng chảy.

Trong những năm gần đây, để có được cấu trúc vô định hình, người ta đã sử dụng phương pháp phún xạ ion-plasma tốc độ cao của vật liệu lên chất nền. Tốc độ phún xạ phụ thuộc vào cả điện áp và mật độ dòng ion tác dụng vào mục tiêu. Các nguyên tử văng ra khỏi mục tiêu. Một số nguyên tử va vào chất nền và lắng đọng trên đó, và một số nguyên tử bị mất trên các màn hình đặc biệt. Việc phun thuốc được thực hiện theo 2 giai đoạn:

Sơ bộ. Mục tiêu của nó là: 1- lớp ô nhiễm phía trên của mục tiêu được loại bỏ; 2- một màng của chất đã phun được lắng đọng trên màn hình, có thể đóng vai trò như một tấm hứng, v.v. một khu vực có hàm lượng tạp chất giảm được tạo ra trong khu vực của chất nền; 3 - quá trình phún xạ trở nên tĩnh hơn và thành phần của lớp lắng đọng sẽ tương ứng với thành phần của mục tiêu chỉ sau một thời gian nhất định trôi qua, tại đó thành phần của các nguyên tử phún xạ được cân bằng. Sau khi hoàn thành quá trình trát lớp nền, bề mặt được làm sạch bằng ion trong vài phút bằng cách đặt một điện thế âm 100V lên bề mặt đó. Sau đó, phun bắt đầu ở chế độ hoạt động. Phương pháp này có thể tạo ra các cấu trúc vô định hình có thành phần phức tạp dày đến 1 cm.

Ngoài ra, để thu được các kim loại vô định hình, bức xạ laze hiện đang được sử dụng, cho phép bạn nhanh chóng làm nóng kim loại và cung cấp khả năng làm mát nóng chảy với tốc độ ít nhất là 10 5-10 6 K / s. Với sự tan chảy nhanh chóng, một chất lỏng đồng nhất được hình thành, sau khi đông đặc, chuyển thành cái gọi là. thủy tinh có các tính chất cơ lý khác thường. Quá trình hình thành một cấu trúc tương tự trên bề mặt của vật liệu kim loại được gọi là "quá trình chuyển đổi thủy tinh bằng tia laser".

Theo sự sắp xếp lẫn nhau của các nguyên tử và phân tử, vật liệu có thể ở dạng tinh thể và vô định hình. Cấu trúc không bằng nhau của các chất tinh thể và chất vô định hình cũng quyết định sự khác biệt về tính chất của chúng. Các chất vô định hình, có nội năng kết tinh không bao giờ có, hoạt động hóa học mạnh hơn các chất kết tinh có cùng thành phần (ví dụ, các dạng vô định hình của silica: đá bọt, tripoli, điatomit so với thạch anh kết tinh).

Sự khác biệt cơ bản giữa chất vô định hình và chất kết tinh là các chất kết tinh khi được nung nóng (ở áp suất không đổi) sẽ có một nhiệt độ nóng chảy nhất định. Và vô định hình - mềm và chuyển dần sang trạng thái lỏng. Theo quy luật, độ bền của các chất vô định hình thấp hơn các chất kết tinh, do đó, để thu được vật liệu có độ bền tăng lên, người ta đặc biệt tiến hành quá trình kết tinh, ví dụ, khi thu được vật liệu gốm thủy tinh - gốm thủy tinh.

Các tính chất khác nhau có thể được quan sát thấy trong các vật liệu kết tinh có cùng thành phần nếu chúng được hình thành ở các dạng tinh thể khác nhau, được gọi là sự biến đổi (hiện tượng đa hình). Ví dụ, sự biến đổi đa hình của thạch anh đi kèm với sự thay đổi thể tích. Sự thay đổi các tính chất của vật liệu bằng cách thay đổi mạng tinh thể được sử dụng trong nhiệt luyện kim loại (làm nguội hoặc tôi luyện).

- Ảnh hưởng của thành phần và cấu trúc của vật liệu đến tính chất của chúng. Các dạng kết cấu của vật liệu xây dựng.

Các thuộc tính của vật liệu xây dựng phần lớn liên quan đến các tính năng của cấu trúc của chúng và đặc tính của các chất mà vật liệu này bao gồm. Đổi lại, cấu trúc của vật liệu phụ thuộc: đối với vật liệu tự nhiên - vào nguồn gốc và điều kiện hình thành của chúng, đối với vật liệu nhân tạo - vào công nghệ sản xuất và chế biến vật liệu đó. Vì vậy, người xây dựng, khi nghiên cứu khóa học vật liệu xây dựng, trước hết phải đồng hóa mối liên hệ này. Đồng thời, công nghệ và quá trình xử lý vật liệu cần được xem xét trên quan điểm ảnh hưởng của chúng đến cấu trúc và tính chất của vật liệu tạo thành.

Vật liệu xây dựng được đặc trưng bởi các thành phần hóa học, khoáng chất và pha.

Tùy thuộc vào thành phần hóa học, tất cả các vật liệu xây dựng được chia thành: hữu cơ (gỗ, bitum, nhựa, v.v.), khoáng (bê tông, xi măng, gạch, đá tự nhiên, v.v.) và kim loại (thép, gang, nhôm). Mỗi nhóm này có những đặc điểm riêng. Vì vậy, tất cả các vật liệu hữu cơ đều dễ cháy, và các vật liệu khoáng có khả năng chống cháy; Kim loại là chất dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Thành phần hóa học có thể đánh giá các đặc tính kỹ thuật khác (khả năng sinh học, độ bền, v.v.). Thành phần hóa học của một số vật liệu (chất kết dính vô cơ, vật liệu đá) thường được biểu thị bằng lượng oxit mà chúng chứa.

Các oxit, liên kết hóa học với nhau, tạo thành các khoáng chất đặc trưng cho thành phần khoáng của vật liệu. Biết các khoáng chất và số lượng của chúng trong vật liệu, người ta có thể đánh giá các thuộc tính của vật liệu. Ví dụ, khả năng của chất kết dính vô cơ để làm cứng và duy trì độ bền trong môi trường nước là do sự hiện diện của silicat, alumin, ferit canxi trong chúng, và với một lượng lớn chúng, quá trình cứng được tăng tốc và độ bền của đá xi măng tăng.

Khi mô tả thành phần pha của vật liệu, người ta phân biệt những điều sau: chất rắn tạo nên thành của các lỗ rỗng (“khung” của vật liệu), và các lỗ rỗng chứa đầy không khí và nước. Thành phần pha của vật liệu và sự chuyển pha của nước trong các lỗ rỗng của nó ảnh hưởng đến tất cả các đặc tính và hành vi của vật liệu trong quá trình vận hành.

Ảnh hưởng không nhỏ đến các đặc tính của vật liệu do cấu trúc vĩ mô và vi mô của nó và cấu trúc bên trong của các chất tạo nên vật liệu ở cấp độ ion-phân tử.

Cấu trúc vĩ mô của vật liệu là cấu trúc có thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc ở độ phóng đại thấp. Cấu trúc vi mô của vật liệu là cấu trúc được nhìn thấy dưới kính hiển vi. Cấu trúc bên trong của giá treo được nghiên cứu bằng các phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử, v.v.

Theo nhiều cách, các đặc tính của vật liệu quyết định số lượng, kích thước và tính chất của các lỗ rỗng. Ví dụ, thủy tinh xốp (thủy tinh xốp), không giống như thủy tinh thông thường, không trong suốt và rất nhẹ.

Hình dạng và kích thước của các hạt rắn cũng ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu. Vì vậy, nếu bạn kéo các sợi mỏng ra khỏi sự nóng chảy của thủy tinh thông thường, bạn sẽ nhận được bông thủy tinh nhẹ và mềm.

Tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của các hạt và cấu trúc của chúng, cấu trúc vĩ mô của vật liệu xây dựng rắn có thể là dạng hạt (hạt rời hoặc dạng kết khối), dạng tế bào (xốp mịn), dạng sợi và lớp.

Vật liệu dạng hạt rời bao gồm các hạt riêng biệt, không liên quan (cát, sỏi, vật liệu dạng bột để làm mastic "cách nhiệt và vật liệu chôn lấp, v.v.).

Cấu trúc kết khối, khi các hạt liên kết chặt chẽ với nhau, đặc trưng cho các loại bê tông khác nhau, một số loại vật liệu tự nhiên và gốm, v.v.

Cấu trúc tế bào (xốp mịn) được đặc trưng bởi sự hiện diện của các hạt vĩ mô và vi hạt đặc trưng của khí và bê tông bọt, chất dẻo tế bào và một số vật liệu gốm.

Vật liệu dạng sợi và dạng lớp, trong đó các sợi (lớp) nằm song song với nhau, có các đặc tính khác nhau dọc và ngang các sợi (lớp). Hiện tượng này được gọi là dị hướng, và các vật liệu có tính chất như vậy được gọi là dị hướng. Cấu trúc dạng sợi vốn có trong các sản phẩm gỗ, bông khoáng và cấu trúc phân lớp vốn có trong các vật liệu cuộn, tấm, phiến với chất độn nhiều lớp (bumoplast, textolite, v.v.).

Có thể thu được kim loại vô định hình bằng cách nghiền nát phần thể tinh thể ban đầu để thu được cấu trúc vô định hình (theo cách "từ trên xuống"). Con đường liên quan đến sự vi phạm sự sắp xếp đều đặn của các nguyên tử trong một thể tinh thể do các tác động bên ngoài lên tinh thể và sự biến đổi thể rắn kết tinh thành thể rắn vô định hình.

Cho đến nay, một số phương pháp kỹ thuật để thực hiện các đường dẫn này đã được biết đến (Hình 1). Vì một kim loại vô định hình theo quan điểm nhiệt động lực học là một hệ vô cùng cân bằng với năng lượng dư thừa lớn, nên việc sản xuất nó, trái ngược với việc sản xuất một kim loại tinh thể, đòi hỏi các quá trình không cân bằng. Trong hình này, các quá trình cân bằng chuyển đổi pha của kim loại được biểu diễn bằng các mũi tên rắn, và các quá trình không cân bằng để thu được một kim loại vô định hình được gạch ngang.

Hình 1. Các phương pháp để đạt được trạng thái cân bằng và không cân bằng của kim loại

Như sau từ sơ đồ trên, một kim loại vô định hình (và tinh thể nano) không cân bằng nhiệt động có thể thu được từ bất kỳ pha cân bằng nào:

ngưng tụ từ pha khí. Với một số bảo lưu, các phương pháp điện phân lắng đọng màng vô định hình từ dung dịch điện phân cũng có thể được đưa vào nhóm này;

amorphi hóa trạng thái tinh thể bằng cách đưa một số lượng lớn các khuyết tật vào tinh thể;

dập tắt trạng thái lỏng từ một kim loại nóng chảy.

Hai phương pháp đầu tiên để thu được kim loại vô định hình - từ pha khí và kim loại kết tinh - đã xuất hiện vào nửa đầu thế kỷ trước và đã được sử dụng trong một thời gian tương đối dài, nhưng chúng không thuộc về công nghệ luyện kim.

1.1 Phương pháp điện phân màng vô định hình từ dung dịch điện ly

Đặc biệt, phương pháp lắng đọng chân không, dựa trên nguyên tắc xếp chồng một nguyên tử, được sử dụng để thu được màng siêu mỏng (10-1… 101 nm). Kim loại được nung nóng trong chân không ở áp suất 10-3 ... 10-9 Pa (tốt nhất là ở áp suất dư thấp nhất có thể). Trong trường hợp này, các nguyên tử riêng lẻ bay hơi khỏi bề mặt của chất nóng chảy. Các nguyên tử chuyển động tuần hoàn trong chân không được lắng đọng trên một tấm nền lớn được làm lạnh. Kết quả của sự ngưng tụ của các nguyên tử đơn lẻ, năng lượng dư thừa của chúng có thời gian được chất nền hấp thụ với tốc độ tương ứng với tốc độ làm lạnh 109–1013 K / s và đủ để có được trạng thái vô định hình của kim loại nguyên chất. Trong trường hợp này, để thu được màng vô định hình của các kim loại chuyển tiếp tinh khiết, chất nền phải được làm nguội đến nhiệt độ của helium lỏng.

Màng vô định hình của sắt, niken, coban, mangan, crom, nhôm, vanadi, palađi, zirconi, hafni, hemixen, borium, tantali, vonfram, molypden, tellurium, antimon, gadolinium, asen và các nguyên tố khác thu được bằng cách lắng đọng chân không. Nhiệt độ kết tinh và độ bền nhiệt của màng lắng phụ thuộc vào độ dày của chúng. Do đó, màng sắt dày 2,5 nm đã kết tinh ở 50 ... 60 K, và với độ dày màng 15 nm thì hoàn toàn không thể thu được sắt ở trạng thái vô định hình.

Nhược điểm của phương pháp là trên đế, đồng thời với các nguyên tử của kim loại lắng đọng, các nguyên tử của các khí dư có trong khí quyển của buồng lắng đọng sẽ ngưng tụ lại. Do đó, thành phần và tính chất của màng lắng phụ thuộc vào mức độ hiếm và thành phần của các khí dư.

Tốc độ làm nguội cực cao của kim loại lỏng để có được cấu trúc vô định hình có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau. Điểm chung của chúng là cần đảm bảo tốc độ làm mát ít nhất 10 K / s. Có những phương pháp đã biết để phóng một giọt lên tấm lạnh, phun tia bằng khí hoặc chất lỏng, li tâm một giọt hoặc tia, làm nóng chảy một màng mỏng của bề mặt kim loại bằng tia laze có tác dụng loại bỏ nhiệt nhanh chóng bằng một khối lượng kim loại cơ bản. , làm mát cực nhanh từ môi trường khí, v.v. Việc sử dụng các phương pháp này giúp bạn có thể thu được băng có chiều rộng và độ dày khác nhau, dây và bột.

Băng nhận.

Các phương pháp hiệu quả nhất để sản xuất công nghiệp băng vô định hình là làm lạnh một tia kim loại lỏng ở bề mặt bên ngoài (làm cứng trên đĩa) hoặc bên trong (làm cứng ly tâm) của trống quay hoặc cán nóng chảy giữa các cuộn nguội làm bằng vật liệu có nhiệt độ cao độ dẫn nhiệt.

Trên hình. 1 cho thấy sơ đồ của các phương pháp này. Sự nóng chảy thu được trong lò cảm ứng được ép ra bằng khí trung tính từ vòi phun và đông đặc lại khi tiếp xúc với bề mặt của thân quay được làm mát (tủ lạnh). Sự khác biệt là trong các phương pháp làm cứng ly tâm và làm cứng trên đĩa, chất tan chảy chỉ được làm lạnh ở một phía. Vấn đề chính là phải có đủ độ sạch của bề mặt bên ngoài, không tiếp xúc với tủ lạnh. Phương pháp cán nóng chảy giúp có được chất lượng tốt trên cả hai bề mặt của băng, điều này đặc biệt quan trọng đối với băng vô định hình được sử dụng cho đầu ghi từ tính. Mỗi phương pháp có những hạn chế riêng về kích thước của các cuộn băng, vì có sự khác biệt cả trong quá trình đông đặc và thiết kế phần cứng của các phương pháp.

Cơm. 1. Các phương pháp thu được một dải mỏng bằng cách làm nguội nóng chảy:

một - ly tâm làm cứng; b - cứng trên đĩa; Trong - cán nóng chảy; G - ly tâm làm cứng; d - tải hành tinh trên đĩa

Cơm. 2 . Các thiết bị để tăng thời gian tiếp xúc của băng cứng với đĩa: một - sử dụng vòi phun khí;

b - sử dụng đai kẹp

Nếu trong quá trình làm cứng ly tâm, chiều rộng của băng lên đến 5 mm, thì bằng cách cán, sẽ thu được các băng có chiều rộng từ 10 mm trở lên. Phương pháp dập tắt trên đĩa, đòi hỏi thiết bị đơn giản hơn, có thể thay đổi chiều rộng của băng trong một phạm vi rộng, tùy thuộc vào kích thước của chén nung chảy. Phương pháp này có thể sản xuất cả băng hẹp có chiều rộng 0,1-0,2 mm và băng rộng lên đến 100 mm và độ chính xác của việc duy trì chiều rộng có thể là ± 3 micron. Các nhà máy có công suất nấu tối đa lên đến 50 kg đang được phát triển.

Trong tất cả các cách lắp đặt để làm cứng từ trạng thái lỏng, kim loại nhanh chóng đông đặc, trải thành một lớp mỏng trên bề mặt của tủ lạnh đang quay. Với thành phần hợp kim không đổi, tốc độ làm nguội phụ thuộc vào độ dày của lớp nóng chảy và đặc tính của bộ làm mát. Độ dày của lớp nóng chảy trên bộ làm mát được xác định bởi tốc độ quay của nó và tốc độ của dòng chảy ra của chất nóng chảy, nghĩa là, nó phụ thuộc vào đường kính của vòi phun và áp suất khí trên chất nóng chảy. Điều quan trọng quan trọng là lựa chọn chính xác góc cung cấp nhiệt độ nóng chảy cho đĩa, giúp tăng thời gian tiếp xúc giữa kim loại và bộ làm mát. Tốc độ làm nguội cũng phụ thuộc vào các đặc tính của chính chất nóng chảy: dẫn nhiệt, nhiệt dung, độ nhớt, tỷ trọng.

Sự gia tăng thời gian tiếp xúc của kim loại cứng với đĩa có thể đạt được với sự trợ giúp của các thiết bị đặc biệt: các tia khí nén băng vào đĩa hoặc chuyển động cùng tốc độ với đĩa, một dây đai làm bằng hợp kim của đồng và berili (Hình 13.34). Do đó, độ dày tối đa của dải băng vô định hình phụ thuộc vào tốc độ làm nguội tới hạn của hợp kim và khả năng của cơ sở dập tắt. Nếu tốc độ làm mát được thực hiện trong hệ thống lắp đặt nhỏ hơn tốc độ tới hạn, thì quá trình amor hóa kim loại sẽ không xảy ra.

Cơm. 3. Các phương pháp thu được dây mỏng, cứng từ nóng chảy:

một - kéo chất tan chảy qua chất làm mát (ép đùn nóng chảy); b - kéo chỉ ra khỏi tang quay; Trong - kéo căng chất nóng chảy trong ống mao dẫn thủy tinh; 1 - tan chảy; 2 - chất làm mát; 3 - kính; 4 - vòi phun; 5 - dây quấn

Bắt dây.

Để có được một sợi dây mỏng vô định hình, các phương pháp khác nhau để kéo sợi ra khỏi dây nóng chảy được sử dụng.

Trong phương pháp đầu tiên (Hình 3, một) kim loại nóng chảy được hút trong một ống tròn qua dung dịch nước chứa các muối. Trong phần thứ hai (Hình 3. b) - Một tia kim loại nóng chảy rơi vào chất lỏng được giữ bằng lực ly tâm trên bề mặt bên trong của một trống quay: sợi đã đông đặc sau đó không được buộc ra khỏi chất lỏng đang quay. Một phương pháp đã được biết đến, bao gồm việc thu được một sợi dây vô định hình bằng cách kéo nóng chảy trong ống mao dẫn thủy tinh nhanh nhất có thể (Hình 3, Trong). Phương pháp này còn được gọi là phương pháp Taylor. Sợi thu được bằng cách kéo nóng chảy đồng thời bằng một ống thủy tinh, trong khi đường kính sợi là 2-5 micron. Khó khăn chính ở đây là việc tách sợi khỏi thủy tinh bao phủ nó, điều này tự nhiên hạn chế thành phần của hợp kim được amor hóa bằng phương pháp này.

Nhận bột.Để sản xuất bột của hợp kim vô định hình, người ta có thể sử dụng các phương pháp và thiết bị được sử dụng để điều chế bột kim loại rời.

Trên hình. 4 dưới dạng biểu đồ cho thấy một số phương pháp để thu được bột vô định hình với số lượng lớn. Trong số đó, trước hết, cần lưu ý các phương pháp phun thuốc đã được thiết lập tốt.

Được biết đến với việc sản xuất bột vô định hình bằng phương pháp tạo bọt, được thực hiện bằng cách cuộn chất tan chảy trong các cuộn, và bằng cách phun chất tan chảy bằng một đĩa quay. Trong phương pháp tạo khoang (Hình 4, b) tan chảy

Cơm. 4. Các phương pháp thu nhận bột vô định hình:

một - phương pháp phun (phương pháp phun); b - phương pháp xâm thực; Trong - phương pháp phun chất nóng chảy bằng đĩa quay; 1 - bột; 2 - nguyên liệu: 3 - vòi phun; bốn - chất làm mát; 5 - đĩa ướp lạnh

kim loại được ép ra trong khoảng cách giữa hai cuộn (0,2-0,5 mm), được làm, ví dụ, từ graphit hoặc bo nitrua. Sự tạo khoang xảy ra - sự tan chảy được đẩy ra bởi các cuộn ở dạng bột, rơi trên một tấm làm mát hoặc trong dung dịch nước làm mát. Khe hở xuất hiện trong khoảng trống giữa các cuộn, kết quả là các bọt khí có trong kim loại biến mất. Phương pháp phun đĩa quay (Hình 4, Trong) về nguyên tắc, nó tương tự như phương pháp sản xuất một dây mỏng đã mô tả trước đây, nhưng ở đây kim loại nóng chảy, rơi vào chất lỏng, được phun ra do chuyển động hỗn loạn của nó. Sử dụng phương pháp này, bột thu được ở dạng hạt có đường kính khoảng 100 micron.

BÀI THUYẾT TRÌNH

kỷ luật: Các quy trình thu được các hạt nano và vật liệu nano

về chủ đề: "Thu nhận vật liệu nano bằng cách sử dụng phép biến đổi trạng thái rắn"

Hoàn thành:

Sinh viên gr. 4301-11

Mukhamitova A.A.

Kazan, 2014

	GIỚI THIỆU
1.
	1.1.	PHƯƠNG PHÁP BỔ SUNG ĐIỆN TỬ CỦA PHIM AMORPHOUS TỪ DUNG DỊCH ELECTROLYTE
	1.2.	Cải tạo NHÀ NƯỚC TINH THỂ BẰNG VIỆC GIỚI THIỆU MỘT SỐ LƯỢNG LỚN MẶT BẰNG TINH THỂ VÀO TINH THỂ
	1.3.	ĐỊNH NGHĨA NHỰA INTENSE
	1.4.	LỎNG LỎNG
2.	ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP HƯỞNG VẬT NAN DÙNG CHUYỂN HÓA GIAI ĐOẠN RẮN
	PHẦN KẾT LUẬN
	DANH SÁCH TÀI LIỆU ĐÃ SỬ DỤNG

GIỚI THIỆU

Gần đây, một số phương pháp đã được phát triển để thu được vật liệu nano, trong đó sự phân tán được thực hiện trong một chất rắn mà không làm thay đổi trạng thái tập hợp.

Kết tinh có kiểm soát từ trạng thái vô định hình là một trong những cách để có được vật liệu nano khổng lồ. Phương pháp này bao gồm việc thu được một vật liệu vô định hình, ví dụ, bằng cách dập tắt từ trạng thái lỏng, và sau đó kết tinh nó trong các điều kiện gia nhiệt được kiểm soát.

Vô định hình được gọi là kim loại ở trạng thái rắn, trong đó không có trật tự dãy dài trong sự sắp xếp của các nguyên tử, đó là đặc điểm của kim loại ở trạng thái thông thường, tức là trạng thái kết tinh. Để mô tả các kim loại ở trạng thái này, thuật ngữ "thủy tinh kim loại" cũng được sử dụng, ít thường xuyên hơn - "kim loại không kết tinh". Trạng thái vô định hình là trường hợp giới hạn của sự mất ổn định nhiệt động của hệ kim loại rắn, ngược với trạng thái nhiệt động của tinh thể không có khuyết tật.

Trong hàng ngàn năm, nhân loại đã sử dụng kim loại rắn hoàn toàn ở trạng thái kết tinh. Chỉ vào cuối những năm 1930, người ta đã cố gắng thu được các lớp phủ kim loại không kết tinh ở dạng các màng mỏng nhất bằng cách lắng đọng chân không. Năm 1950, người ta thu được màng vô định hình của hợp kim Ni-P bằng phương pháp lắng đọng điện từ dung dịch. Những bộ phim như vậy được sử dụng làm lớp phủ cứng, chống mài mòn và chống ăn mòn.

Tình hình đã thay đổi đáng kể khi, vào năm 1960, một phương pháp được phát hiện để thu được các hợp kim kim loại vô định hình bằng cách dập tắt trạng thái lỏng, và vào năm 1968, một phương pháp để dập tắt sự nóng chảy trên bề mặt của một đĩa quay để thu được một dải băng vô định hình lớn (hàng trăm của mét) chiều dài. Điều này đã mở ra khả năng sản xuất quy mô lớn các kim loại vô định hình với chi phí tương đối thấp và dẫn đến sự phát triển bùng nổ trong nghiên cứu trong lĩnh vực hợp kim vô định hình.

Ngày nay, khoảng 80% các hợp kim vô định hình trong công nghiệp được sản xuất vì các đặc tính từ tính độc đáo của chúng. Chúng được sử dụng làm vật liệu từ mềm kết hợp các đặc tính đẳng hướng, độ từ thẩm cao, cảm ứng bão hòa cao và lực cưỡng bức thấp. Chúng được sử dụng để sản xuất màn hình từ tính, bộ lọc và phân tách từ tính, cảm biến, đầu ghi, v.v. Lõi máy biến áp làm bằng hợp kim vô định hình có đặc điểm là tổn hao do tái từ rất thấp do vòng từ trễ hẹp, cũng như điện trở cao và băng vô định hình mỏng, giúp giảm tổn thất liên quan đến dòng điện xoáy.

Gần đây, khoảng từ giữa những năm 90 của thế kỷ 20, đã có sự gia tăng đáng kể đối với các yếu tố cấu trúc của các vật liệu khác nhau, bao gồm cả kim loại, có kích thước nano (1 ... 100 nm). Với kích thước của các thành tạo cấu trúc như vậy, đặc biệt là các tinh thể, tỷ lệ các hạt bề mặt, có tương tác khác với các hạt nằm bên trong thể tích của các hạt, tăng lên đáng kể. Kết quả là, tính chất của vật liệu được tạo thành bởi các hạt như vậy có thể khác biệt đáng kể so với tính chất của vật liệu có cùng thành phần, nhưng có kích thước lớn hơn của các đơn vị cấu trúc. Để mô tả các vật liệu và phương pháp sản xuất chúng như vậy, các thuật ngữ đặc biệt vật liệu nano, công nghệ nano, công nghiệp nano đã xuất hiện và được sử dụng rộng rãi.

Theo nghĩa hiện đại, vật liệu nano là một loại sản phẩm ở dạng vật liệu có chứa các thành phần cấu trúc có kích thước nanomet, sự hiện diện của chúng mang lại sự cải thiện đáng kể hoặc sự xuất hiện của các đặc tính cơ học, hóa học, vật lý, sinh học và các đặc tính khác mới về chất lượng được xác định bởi biểu hiện của các yếu tố kích thước nano. Và công nghệ nano là một tập hợp các phương pháp và kỹ thuật được sử dụng trong nghiên cứu, thiết kế, sản xuất và sử dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống, bao gồm điều khiển có mục tiêu và sửa đổi hình dạng, kích thước, tích hợp và tương tác của kích thước nano cấu thành của chúng (1 ... 100 nm) các nguyên tố để thu được các đối tượng có các đặc tính hóa học, vật lý, sinh học mới. Theo đó, công nghiệp nano là sản xuất vật liệu nano ứng dụng công nghệ nano. Liên quan đến kim loại, thuật ngữ "nanocrystalline" thường được sử dụng để chỉ các kim loại có kích thước tinh thể nằm trong phạm vi nanomet đã cho ở trên.

Sự phát triển của vật liệu nano, công nghệ nano và việc sử dụng các vật thể có cấu trúc kích thước nano được kiểm soát đã trở nên khả thi ở một mức độ lớn do sự xuất hiện của các công cụ nghiên cứu và các phương pháp trực tiếp để nghiên cứu các đối tượng ở cấp độ nguyên tử. Ví dụ, kính hiển vi điện tử truyền qua hiện đại với độ phóng đại của bậc 1,5 x 10 6 giúp chúng ta có thể quan sát trực quan cấu trúc nguyên tử.

Có nhiều cách khác nhau để thu được vật liệu cấu trúc nano, bao gồm cả kim loại. Ví dụ, một cấu trúc nano có thể thu được trong một phôi kim loại số lượng lớn bằng cách mài các tinh thể thông thường thành các tinh thể có kích thước nano. Đặc biệt, có thể đạt được điều này bằng cách biến dạng dẻo nghiêm trọng. Tuy nhiên, các phương pháp tinh chế cấu trúc bằng cách biến dạng không thể thu được các kim loại tinh thể nano ở quy mô công nghiệp và không thuộc các công nghệ luyện kim truyền thống.

Đồng thời, một tinh thể nano cũng như cấu trúc vô định hình của kim loại cũng có thể thu được bằng các phương pháp luyện kim truyền thống, cụ thể là bằng cách làm nguội nhanh nóng chảy. Tùy thuộc vào các điều kiện dập tắt của trạng thái lỏng, có ba lựa chọn để hình thành cấu trúc:

· Kết tinh nano trực tiếp trong quá trình dập tắt nóng chảy (trường hợp hạn chế của kết tinh gia tốc thông thường, dẫn đến không chỉ thu được hạt mịn mà còn là cấu trúc nano);

· Trong quá trình dập tắt nóng chảy, sự kết tinh một phần xảy ra, do đó một cấu trúc tinh thể vô định hình tổng hợp được hình thành;

· Trong quá trình đông cứng, một cấu trúc vô định hình được hình thành, và cấu trúc tinh thể nano được hình thành trong quá trình ủ tiếp theo.

Tinh thể nano, cũng như kim loại vô định hình, thu được bằng cách dập tắt trạng thái lỏng, cũng được sử dụng chủ yếu làm vật liệu từ tính và điện với các đặc tính độc đáo. Chúng được sử dụng làm vật liệu từ mềm và cứng, chất dẫn điện, chất bán dẫn, chất điện môi, v.v.

Đặc biệt, các hợp kim từ mềm kiểu Finemet được ứng dụng rộng rãi. Đây là các hợp kim tinh thể nano của hệ Fe – Si – B có bổ sung Cu và Nb hoặc các kim loại chịu lửa khác. Hợp kim thu được bằng cách kết tinh một phần ở trạng thái vô định hình. Cấu trúc của chúng bao gồm các tinh thể sắt từ có kích thước 10 ... 30 nm, phân bố trong một chất nền vô định hình, chiếm từ 20 đến 40% thể tích. Các hợp kim loại mịn có lực cưỡng chế rất thấp, độ từ thẩm và độ từ hóa cao, tổn thất do tái từ thấp, vượt trội hơn các hợp kim từ mềm khác, kể cả các hợp kim vô định hình, về đặc điểm của chúng.

Các hợp kim tinh thể nano cứng từ tính của hệ Fe – Nd – B, Fe – Sm – N cũng được sử dụng rộng rãi. Vì nhiều vật liệu từ tính (Fe – Si, Fe – Nd – B) giòn, việc giảm kích thước hạt không chỉ cải thiện đặc tính từ của chúng mà còn làm tăng độ dẻo.

CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT KIM LOẠI AMORPHOUS

Hình 1. Các phương pháp để đạt được trạng thái cân bằng và không cân bằng của kim loại

Như sau từ sơ đồ trên, một kim loại vô định hình (và tinh thể nano) không cân bằng nhiệt động có thể thu được từ bất kỳ pha cân bằng nào:

amorphi hóa trạng thái tinh thể bằng cách đưa một số lượng lớn các khuyết tật vào tinh thể;

dập tắt trạng thái lỏng từ một kim loại nóng chảy.