Аморфные металлы — это… Что такое Аморфные металлы?

Образцы аморфных металлов. Образцы аморфных металлов.

Аморфные металлы (металлические стёкла) — класс металлических твердых тел с аморфной структурой, характеризующейся отсутствием дальнего порядка и наличием ближнего порядка в расположении атомов. В отличие от металлов с кристаллической структурой, аморфные металлы характеризуются фазовой однородностью, их атомная структура аналогична атомной структуре переохлаждённых расплавов.

История

Ещё в 1940-х годах было известно, что металлические плёнки, получаемые методом вакуумного низкотемпературного напыления, не имеют кристаллического строения. Однако начало изучению аморфных металлов было положено в 1960 году, когда в Калифорнийском технологическом институте группой под руководством профессора Дювеза (англ. Pol Duwez) было получено металлическое стекло Au₇₅Si₂₅^[1]. Большой научный интерес к теме стал проявляться с 1970 года, первоначально в США и Японии, а вскоре — в Европе, СССР и КНР.

Классификация

Аморфные сплавы подразделяются на 2 основных типа: металл-металлоид и металл-металл.

При аморфизации методом закалки из жидкого состояния могут быть получены сплавы, содержащие следующие элементы:

• Для типа металл-металлоид: B, C, Si, Al, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ag, Sn, Te, Hf, Ta, W, Ir, Pt, Au, Tl, La.
• Для типа металл-металл: Be, Mg, Al, Ca, Ti, V, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Rh, Pd, Ag, Sb, Hf, Ta, Re, Ir, Pt, Au, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Th, Dy, Ho, Er, Lu, Th, U.

Свойства

По некоторым свойствам ряд аморфных металлов значительно отличаются от кристаллических того же состава. В частности, некоторые из них отличаются высокой прочностью и вязкостью, коррозионной стойкостью, высокой магнитной проницаемостью.

Механические свойства

Ряд металлических стёкол отличается очень высокой прочностью и твёрдостью. В аморфных сплавах на основе элементов подгруппы железа (Fe, Co, Ni) твёрдость HV может превышать 1000 ГН/м

2, прочность — 4 ГН/м². Вместе с этим металлические стёкла обладают очень высокой вязкостью разрушения: например, энергия разрыва Fe₈₀P₁₃C₇ составляет 110 кДж/м², тогда как для стали X-200 значение этого параметра 17 кДж/м².

Электрические свойства

Сопротивление аморфных металлов составляет, как правило, около 100—300 мкОм·см, что значительно выше сопротивления кристаллических металлов. Кроме того, сопротивление разных металлических стёкол в определённых температурных диапазонах характеризуется слабой зависимостью от температуры, а иногда даже убывает с увеличением температуры. При анализе особенностей сопротивления аморфных металлов выделяют 3 группы: простой металл — простой металл, переходный металл — металлоид, переходный металл — переходный металл.

Металлические стёкла группы простой металл — простой металл отличаются низким удельным сопротивлением (менее 100 мкОм·см). С ростом температуры сопротивление разных материалов данной группы может как возрастать, так и убывать.

Сопротивление материалов группы переходный металл — металлоид лежит в диапазоне 100—200 мкОм·см. Температурный коэффициент сопротивления поначалу положительный, а когда сопротивление достигает ~150 мкОм·см, становится отрицательным. Минимальное значение сопротивления при температурах 10—20 К.

Сопротивление материалов группы переходный металл — переходный металл превышает 200 мкОм·см. При этом с увеличением температуры сопротивление уменьшается.

Некоторые аморфные сплавы проявляют свойство сверхпроводимости, сохраняя при этом хорошую пластичность.

Получение

Существует множество способов получения металлических стёкол.

1. Осаждение газообразного металла
   • Вакуумное напыление
   • Распыление
   • Химические реакции в газовой фазе
2. Затвердевание жидкого металла
   • Закалка из жидкого состояния
3. Нарушение кристаллической структуры твёрдого металла
   • Облучение частицами
   • Воздействие ударной волной
   • Ионная имплантация
4. Электролитическое осаждение из растворов

Закалка из жидкого состояния

Закалка из жидкого состояния является основным способом получения металлических стёкол. Этот метод заключается в сверхбыстром охлаждении расплава, в результате которого он переходит в твёрдое состояние, избежав кристаллизации — структура материала остаётся практически такой же, как в жидком состоянии. Он включает в себя несколько методов, которые позволяют получать аморфные металлы в формах порошка, тонкой проволоки, тонкой ленты, пластинок. Также были разработаны сплавы с малой критической скоростью охлаждения, что позволило создавать объёмные металлические стёкла.

Для получения пластинок массой до нескольких сотен миллиграмм, капля расплава с большой скоростью выстреливается на охлаждаемую медную плиту, скорость охлаждения при этом достигает 10

9 °C/с. Для получения тонких лент шириной от десятых долей до десятков миллиметров расплав выдавливается на быстро вращающуюся охлаждающую поверхность. Для получения проволок толщиной от единиц до сотен микрон применяются разные методы. В первом расплав протягивается в трубке через охлаждающий водный раствор, скорость охлаждения при этом составляет 10⁴—10⁵ °C/с. Во втором методе струя расплава попадает в охлаждающую жидкость, которая находится на внутренней стороне вращающегося барабана, где удерживается за счёт центробежной силы.

Применение

Несмотря на хорошие механические свойства, металлические стёкла не используются в качестве ответственных деталей конструкций по причине их высокой стоимости и технологических сложностей. Перспективным направлением является применение коррозионностойких аморфных сплавов в различных отраслях. В оборонной промышленности при производстве защитных бронированных ограждений, используются прослойки из аморфных сплавов на основе алюминия для погашения энергии пробивающего снаряда за счет высокой вязкостью разрушения таких прослоек.

Благодаря своим магнитным свойствам аморфные металлы используются при производстве магнитных экранов, считывающих головок аудио- и видеомагнитофонов, устройств записи и хранения информации в компьютерной технике, трансформаторов и других устройств.

Низкая зависимость сопротивления некоторых аморфных металлов от температуры позволяет использовать их в качестве эталонных резисторов.

Примечания

1. ↑ (1960) «Non-crystalline Structure in Solidified Gold-Silicon Alloys». Nature 187 (4740): 869–870. DOI:10.1038/187869b0.

Литература

• К. Судзуки, Х. Фудзимори, К. Хасимото Аморфные металлы. — М.: Металлургия, 1987. — 328 с. — 3300 экз.

См. также

Аморфные металлические сплавы / Хабр

Apple заключила эксклюзивное соглашение на использование аморфных металлических сплавов с уникальной атомной структурой, что позволяет продукции быть более прочной, легкой, а также более устойчивой к износу и коррозии.

                                                                                 ***

Аморфные металлические сплавы были разработаны группой исследователей из Калифорнийского технологического института в 1960г. (Дювез, Вилленс и Клемент). Был получен метод закалки расплава в аморфное состояние в металлических сплавах. Однако широкое признание аморфных металлических материалов в науке и технике началось в начале 70-х годов, когда были разработаны высокоэффективные методы их получения в виде тонкой ленты или проволоки. Стало ясно, что понятие “металлическое тело” уже нельзя рассматривать как синоним понятия “кристаллическое тело”, что с получением металлического вещества в новом аморфном состоянии необходимо рассматривать два существенно отличающийся по своей природе и свойствам класса металлических тел — кристаллические и аморфные.

Впервые для коммерческих целей продукт был использован в 2003г для создания техники Министерства обороны США, медицинского оборудования, и даже для создания спортивных товаров, таких как теннисные ракетки и клюшки для гольфа.

Apple получила права на использование сплавов в коммерческих целях, но во всех остальных сферах, которыми Apple не занимается, Liquidmetal оставила права на технологию за собой.
Соглашение было заключено 5 августа. Оно было подписано Ларри Буффингтоном, который является президентом и главным исполнительным директором Liquidmetal Technologies.

Атомная структура Liquidmetal (жидких металлов):

      

   Кристаллическая           Аморфная структура      
         решетка

В обычных металлах структурой является кристаллическая решетка. Liquidmetal сплавы имеют «аморфную» атомную структуру,, то есть не обнаруживают различных свойств в разных направлениях и не имеют определённой точки плавления. Свойства Liquidmetal превосходят свойства обычных металлов.

Свойства Liquidmetal :
· высокая твердость
· высокое отношение твердости к массе
· превосходящий предел упругости
· высокая коррозионная стойкость
· высокая износостойкость
· уникальные акустические свойства

Один из результатов уникальной атомной структуры сплавов Liquidmetal являеться высокая текучесть, которая приближается к теоретическому пределу и намного выше чем в кристаллических металлах и сплавах. Например, предел текучести более 250 KSI был достигнут в Zr-базе Liquidmetal сплавах (VIT-001 серии). Это более чем в два раза больше, чем в обычных титановых сплавах.

Еще одно уникальное свойство сплавов Liquidmetal является высшим пределом упругости, т. е. способность сохранять свою первоначальную форму после прохождения очень высоких нагрузок и напряжений. Кроме того, Liquidmetal более устойчивы к коррозии, чем их обычные коллеги с кристаллической решеткой из-за уникального строения атома.

Возможные применения аморфных металлических материалов:

Аморфные металлы можно использовать как материалы имеющие высокую характеристику прочности и пластичности. Уже с 1974г. высказывались предположения о возможности применения аморфных сплавов в различных конструкциях в сочетании с пластмассами и резинами, а так же для изготовления пружин и малогабаритного режущего инструмента. Основными препятствиями здесь являлись высокая стоимость, слабая устойчивость против нагрева и не возможность получения материала в ином виде, чем лента. Однако недавно с появлением методов вытягивания волокон из вращающегося барабана появилась возможность получить проволоку круглого сечения (диаметром 200мкм) из аморфных сплавов на основе железа. Эта явилась стимулом для изучения возможностей аморфных металлов как высокопрочных материалов. По своей прочности проволока из аморфного сплава превосходит даже стальную рояльную проволоку. Поэтому данный аморфный сплав весьма перспективен для использования в качестве высокопрочных материалов.

Стремление к миниатюризации электронных устройств привело к тому, что линейные размеры токоведущих дорожек, контактных площадок и других элементов современных интегральных схем не превышают 0,5-1 мкм. При субмикронных размерах рабочих элементов создаются условия для взаимного проникновения атомов — диффузии на границе раздела металл-полупроводник. Этот процесс со временем приводит к замыканию токоведущих дорожек и выходу прибора из строя. Чтобы предотвратить диффузию, необходимо создать тонкий барьерный слой между полупроводником и металлом.
Так было показано, что наилучшими барьерными свойствами обладают аморфные металлические сплавы. Диффузия через аморфные слои сильно затруднена вследствие нерегулярности атомной структуры. Особенно хорошими барьерными свойствами обладают аморфные сплавы тугоплавких металлов.

Заключение:

Несмотря на то, что аморфные металлы обладают уникальными методами их получения и особыми свойствами, которые не встречаются у кристаллических металлов. У аморфных металлов есть свои недостатки:

• не высокая термическая устойчивость.
• не достаточная стабильность во времени(что снижает их надежность).
• полная несвариваемость(следовательно, аморфные металлы не пригодны для крупногабаритных конструкций, невозможность их использования в качестве высокотемпературных материалов).

P.S: В будущем станет известно, где Apple собирается использовать аморфные металлические сплавы))).

При создании статьи использовались следующие ресурсы:appleinsider.com, liquidmetal.com, pereplet.ru
Аморфные металлы / Судзуки К., Худзимори Х., Хасимото К. — М.: Металлургия, 1987.

Аморфные металлы — Википедия

Образцы аморфных металлов. Образцы аморфных металлов.

Аморфные металлы (металлические стёкла) — класс металлических твердых тел с аморфной структурой, характеризующейся отсутствием дальнего порядка и наличием ближнего порядка в расположении атомов. В отличие от металлов с кристаллической структурой, аморфные металлы характеризуются фазовой однородностью, их атомная структура аналогична атомной структуре переохлаждённых расплавов.

История

Ещё в 1940-х годах было известно, что металлические плёнки, получаемые методом вакуумного низкотемпературного напыления, не имеют кристаллического строения. Однако начало изучению аморфных металлов было положено в 1960 году, когда в Калифорнийском технологическом институте группой под руководством профессора Дювеза (англ. Pol Duwez) было получено металлическое стекло Au₇₅Si₂₅^[1]. Большой научный интерес к теме стал проявляться с 1970 года, первоначально в США и Японии, а вскоре — в Европе, СССР и КНР.

В 1990-х годах были открыты сплавы, которые переходили в аморфное состояние уже при скоростях охлаждения около 1°C/с ^[2][3]. Это сделало возможным изготовление образцов с размерами порядка нескольких миллиметров.

Классификация

Аморфные сплавы подразделяются на 2 основных типа: металл-металлоид и металл-металл.

При аморфизации методом закалки из жидкого состояния могут быть получены сплавы, содержащие следующие элементы:

• Для типа металл-металлоид: B, C, Si, Al, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ag, Sn, Te, Hf, Ta, W, Ir, Pt, Au, Tl, La.
• Для типа металл-металл: Be, Mg, Al, Ca, Ti, V, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Rh, Pd, Ag, Sb, Hf, Ta, Re, Ir, Pt, Au, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Th, Dy, Ho, Er, Lu, Th, U.

Свойства

По некоторым свойствам ряд аморфных металлов значительно отличаются от кристаллических того же состава. В частности, некоторые из них отличаются высокой прочностью и вязкостью, коррозионной стойкостью, высокой магнитной проницаемостью^[4].

Механические свойства

Ряд металлических стёкол отличается очень высокой прочностью и твёрдостью. В аморфных сплавах на основе элементов подгруппы железа (Fe, Co, Ni) твёрдость HV может превышать 1000 ГН/м², прочность — 4 ГН/м². Вместе с этим металлические стёкла обладают очень высокой вязкостью разрушения: например, энергия разрыва Fe₈₀P₁₃C₇ составляет 110 кДж/м², тогда как для стали X-200 значение этого параметра 17 кДж/м².

Электрические свойства

Сопротивление аморфных металлов составляет, как правило, около 100—300 мкОм·см, что значительно выше сопротивления кристаллических металлов. Кроме того, сопротивление разных металлических стёкол в определённых температурных диапазонах характеризуется слабой зависимостью от температуры, а иногда даже убывает с увеличением температуры. При анализе особенностей сопротивления аморфных металлов выделяют 3 группы:

• простой металл — простой металл
• переходный металл — металлоид
• переходный металл — переходный металл.

Металлические стёкла группы простой металл — простой металл отличаются низким удельным сопротивлением (менее 100 мкОм·см). С ростом температуры сопротивление разных материалов данной группы может как возрастать, так и убывать.

Сопротивление материалов группы переходный металл — металлоид лежит в диапазоне 100—200 мкОм·см. Температурный коэффициент сопротивления поначалу положительный, а когда сопротивление достигает ~150 мкОм·см, становится отрицательным. Минимальное значение сопротивления при температурах 10—20 К.

Сопротивление материалов группы переходный металл — переходный металл превышает 200 мкОм·см. При этом с увеличением температуры сопротивление уменьшается.

Некоторые аморфные сплавы проявляют свойство сверхпроводимости, сохраняя при этом хорошую пластичность.

Получение

Существует множество способов получения металлических стёкол.

1. Осаждение газообразного металла
   • Вакуумное напыление
   • Распыление
   • Химические реакции в газовой фазе
2. Затвердевание жидкого металла
   • Закалка из жидкого состояния
3. Нарушение кристаллической структуры твёрдого металла
   • Облучение частицами
   • Воздействие ударной волной
   • Ионная имплантация
4. Электролитическое осаждение из растворов

Закалка из жидкого состояния

Закалка из жидкого состояния является основным способом получения металлических стёкол. Этот метод заключается в сверхбыстром охлаждении расплава, в результате которого он переходит в твёрдое состояние, избежав кристаллизации — структура материала остаётся практически такой же, как в жидком состоянии. Он включает в себя несколько методов, которые позволяют получать аморфные металлы в формах порошка, тонкой проволоки, тонкой ленты, пластинок. Также были разработаны сплавы с малой критической скоростью охлаждения, что позволило создавать объёмные металлические стёкла.

Для получения пластинок массой до нескольких сотен миллиграмм, капля расплава с большой скоростью выстреливается на охлаждаемую медную плиту, скорость охлаждения при этом достигает 10⁹ °C/с. Для получения тонких лент шириной от десятых долей до десятков миллиметров расплав выдавливается на быстро вращающуюся охлаждающую поверхность. Для получения проволок толщиной от единиц до сотен микрон применяются разные методы. В первом расплав протягивается в трубке через охлаждающий водный раствор, скорость охлаждения при этом составляет 10⁴—10⁵ °C/с. Во втором методе струя расплава попадает в охлаждающую жидкость, которая находится на внутренней стороне вращающегося барабана, где удерживается за счёт центробежной силы.

Применение

Несмотря на хорошие механические свойства, металлические стёкла не используются в качестве ответственных деталей конструкций по причине их высокой стоимости и технологических сложностей. Перспективным направлением является применение коррозионностойких аморфных сплавов в различных отраслях.

В оборонной промышленности при производстве защитных бронированных ограждений используются прослойки из аморфных сплавов на основе алюминия для погашения энергии пробивающего снаряда за счет высокой вязкости разрушения таких прослоек.

Благодаря своим магнитным свойствам аморфные металлы используются при производстве магнитных экранов, считывающих головок (аудио- и видеомагнитофонов, накопителей информации), трансформаторов и других устройств.

Низкая зависимость сопротивления некоторых аморфных металлов от температуры позволяет использовать их в качестве эталонных резисторов.

См. также

Примечания

Литература

• Yoshizawa Y., Oguma S., Yamauchi K. New Fe-based magnetic alloys composed of ultrafine grain structure // J. Appl. Phys. 1988. М. 64, No 10.
• Herzer G. Nanocrystalline soft magnetic alloys // Handbook of magnetic materials. V. 10. Edited by K. H. J. Bushow. Amsterdam: Elsevier Science. 1997
• К. Судзуки, Х. Фудзимори, К. Хасимото. Аморфные металлы. — М.: Металлургия, 1987. — 328 с. — 3300 экз.
• Юрий Стародубцев. Магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2002.
• Юрий Стародубцев. Магнитомягкие материалы: Энциклопедический словарь-справочник, М. Техносфера, 2011.

аморфные металлы — это… Что такое аморфные металлы?

(метглассы, металлические стёкла), металлы и сплавы с аморфной структурой, образующейся при очень быстром охлаждении расплава (скорость до 10⁶ К/с).

АМО́РФНЫЕ МЕТА́ЛЛЫ (метглассы, металлические стекла), твердые некристаллические металлы и их сплавы.
Основной метод получения аморфных металлов — быстрое охлаждение (со скоростями АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛЫ1000 К/с) жидкого расплава, такие аморфные сплавы называются металлическими стеклами (метглассами). Тонкие пленки аморфных металлов получают конденсацией паров или напылением атомов на холодную подложку. Можно также получить аморфные металлы при электрохимическом осаждении и при облучении кристаллических металлов интенсивными потоками ионов или нейтронов.
У аморфных металлов, так же как и у всех веществ в аморфном состоянии (см. АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ) отсутствуют характерные для кристаллов дифракционные максимумы на рентгено-, нейтроно- и электронограммах образцов при их исследовании дифракционными методами.
Аморфные металлы — метастабильные системы, термодинамически неустойчивые относительно процесса кристаллизации. Поэтому для характеристики аморфных металлов и пленок используют такой параметр, как термостабильность, который показывает температуру (температуру кристаллизации T_крист), отжиг при которой в течение 1 ч приводит практически к полной кристаллизации образца. Т_крист аморфных металлов варьируется в пределах 300 – 1000 К. Металлические стекла практически стабильны при T_крист — 200 К. Времена кристаллизации при этом оцениваются в сотни лет. Для стабилизации в состав аморфного металла вводят аморфизирующие примеси.
Аморфные металлические стекла — метглассы — обладают комплексом уникальных свойств. Физические и химические свойства металлов в аморфном состоянии существенно отличаются от их свойств в кристаллическом состоянии. Прочность и твердость аморфных металлов значительно выше, чем в кристаллическом состоянии, пределы текучести и прочности для ряда металлических стекол близки к рассчитанным теоретическим значениям. Однако модули упругости аморфных металлов ниже, чем в кристаллическом состоянии, что может быть связано с уменьшением сил межатомной связи.
Механические свойства аморфных металлов в значительной степени определяются отсутствием дислокаций. Отсутствие дислокаций приводит к тому, что металлические стекла обладают очень высокой прочностью, а благодаря высокой твердости они износостойки. Однако отсутствие дислокаций приводит к снижению пластичности аморфных сплавов. Металлические стекла не так хрупки, как обычное стекло, их можно прокатывать при комнатной температуре. Среди других уникальных особенностей металлических стекол можно отметить слабое поглощение звука, каталитические свойства.
Одним из основных преимуществ аморфных металлических сплавов является их исключительно высокая коррозионная стойкость, которая у некоторых металлических стекол на несколько порядков выше, чем у лучших нержавеющих сталей. Во многих агрессивных средах (морской воде, кислотах) металлические стекла вообще не корродируют. Предполагается, что основная причина высокой коррозионной стойкости аморфных сплавов заключается в отсутствии специфических дефектов кристаллической решетки — дислокаций и границ между зернами. Бездефектная структура аморфного сплава передается образующейся на начальных стадиях коррозионного процесса на его поверхности тонкой окисной пленке, которая в дальнейшем защищает металл.
Благодаря сочетанию некоторых физических свойств аморфных сплавов, в частности, магнитных и электрических, они нашли широкое применение.
Одно из важнейших применений аморфным металлов — в микроэлектронике для создания диффузионных барьеров на границе металл-полупроводник. Широко используются аморфные сплавы (см. Аморфные магнетики (см. АМОРФНЫЕ МАГНЕТИКИ)) например, для изготовления магнитных накопителей (благодаря уникальной магнитомягкости у таких материалов магнитная анизотропия меньше на два порядка, чем в обычных сплавах).

Аморфные металлы — Википедия. Что такое Аморфные металлы

Образцы аморфных металлов. Образцы аморфных металлов.

Аморфные металлы (металлические стёкла) — класс металлических твердых тел с аморфной структурой, характеризующейся отсутствием дальнего порядка и наличием ближнего порядка в расположении атомов. В отличие от металлов с кристаллической структурой, аморфные металлы характеризуются фазовой однородностью, их атомная структура аналогична атомной структуре переохлаждённых расплавов.

История

Ещё в 1940-х годах было известно, что металлические плёнки, получаемые методом вакуумного низкотемпературного напыления, не имеют кристаллического строения. Однако начало изучению аморфных металлов было положено в 1960 году, когда в Калифорнийском технологическом институте группой под руководством профессора Дювеза (англ. Pol Duwez) было получено металлическое стекло Au₇₅Si₂₅^[1]. Большой научный интерес к теме стал проявляться с 1970 года, первоначально в США и Японии, а вскоре — в Европе, СССР и КНР.

В 1990-х годах были открыты сплавы, которые переходили в аморфное состояние уже при скоростях охлаждения около 1°C/с ^[2][3]. Это сделало возможным изготовление образцов с размерами порядка нескольких миллиметров.

Классификация

Аморфные сплавы подразделяются на 2 основных типа: металл-металлоид и металл-металл.

При аморфизации методом закалки из жидкого состояния могут быть получены сплавы, содержащие следующие элементы:

• Для типа металл-металлоид: B, C, Si, Al, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ag, Sn, Te, Hf, Ta, W, Ir, Pt, Au, Tl, La.
• Для типа металл-металл: Be, Mg, Al, Ca, Ti, V, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Rh, Pd, Ag, Sb, Hf, Ta, Re, Ir, Pt, Au, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Th, Dy, Ho, Er, Lu, Th, U.

Свойства

По некоторым свойствам ряд аморфных металлов значительно отличаются от кристаллических того же состава. В частности, некоторые из них отличаются высокой прочностью и вязкостью, коррозионной стойкостью, высокой магнитной проницаемостью^[4].

Механические свойства

Ряд металлических стёкол отличается очень высокой прочностью и твёрдостью. В аморфных сплавах на основе элементов подгруппы железа (Fe, Co, Ni) твёрдость HV может превышать 1000 ГН/м², прочность — 4 ГН/м². Вместе с этим металлические стёкла обладают очень высокой вязкостью разрушения: например, энергия разрыва Fe₈₀P₁₃C₇ составляет 110 кДж/м², тогда как для стали X-200 значение этого параметра 17 кДж/м².

Электрические свойства

Сопротивление аморфных металлов составляет, как правило, около 100—300 мкОм·см, что значительно выше сопротивления кристаллических металлов. Кроме того, сопротивление разных металлических стёкол в определённых температурных диапазонах характеризуется слабой зависимостью от температуры, а иногда даже убывает с увеличением температуры. При анализе особенностей сопротивления аморфных металлов выделяют 3 группы:

• простой металл — простой металл
• переходный металл — металлоид
• переходный металл — переходный металл.

Металлические стёкла группы простой металл — простой металл отличаются низким удельным сопротивлением (менее 100 мкОм·см). С ростом температуры сопротивление разных материалов данной группы может как возрастать, так и убывать.

Сопротивление материалов группы переходный металл — металлоид лежит в диапазоне 100—200 мкОм·см. Температурный коэффициент сопротивления поначалу положительный, а когда сопротивление достигает ~150 мкОм·см, становится отрицательным. Минимальное значение сопротивления при температурах 10—20 К.

Сопротивление материалов группы переходный металл — переходный металл превышает 200 мкОм·см. При этом с увеличением температуры сопротивление уменьшается.

Некоторые аморфные сплавы проявляют свойство сверхпроводимости, сохраняя при этом хорошую пластичность.

Получение

Существует множество способов получения металлических стёкол.

1. Осаждение газообразного металла
   • Вакуумное напыление
   • Распыление
   • Химические реакции в газовой фазе
2. Затвердевание жидкого металла
   • Закалка из жидкого состояния
3. Нарушение кристаллической структуры твёрдого металла
   • Облучение частицами
   • Воздействие ударной волной
   • Ионная имплантация
4. Электролитическое осаждение из растворов

Закалка из жидкого состояния

Закалка из жидкого состояния является основным способом получения металлических стёкол. Этот метод заключается в сверхбыстром охлаждении расплава, в результате которого он переходит в твёрдое состояние, избежав кристаллизации — структура материала остаётся практически такой же, как в жидком состоянии. Он включает в себя несколько методов, которые позволяют получать аморфные металлы в формах порошка, тонкой проволоки, тонкой ленты, пластинок. Также были разработаны сплавы с малой критической скоростью охлаждения, что позволило создавать объёмные металлические стёкла.

Для получения пластинок массой до нескольких сотен миллиграмм, капля расплава с большой скоростью выстреливается на охлаждаемую медную плиту, скорость охлаждения при этом достигает 10⁹ °C/с. Для получения тонких лент шириной от десятых долей до десятков миллиметров расплав выдавливается на быстро вращающуюся охлаждающую поверхность. Для получения проволок толщиной от единиц до сотен микрон применяются разные методы. В первом расплав протягивается в трубке через охлаждающий водный раствор, скорость охлаждения при этом составляет 10⁴—10⁵ °C/с. Во втором методе струя расплава попадает в охлаждающую жидкость, которая находится на внутренней стороне вращающегося барабана, где удерживается за счёт центробежной силы.

Применение

Несмотря на хорошие механические свойства, металлические стёкла не используются в качестве ответственных деталей конструкций по причине их высокой стоимости и технологических сложностей. Перспективным направлением является применение коррозионностойких аморфных сплавов в различных отраслях.

В оборонной промышленности при производстве защитных бронированных ограждений используются прослойки из аморфных сплавов на основе алюминия для погашения энергии пробивающего снаряда за счет высокой вязкости разрушения таких прослоек.

Благодаря своим магнитным свойствам аморфные металлы используются при производстве магнитных экранов, считывающих головок (аудио- и видеомагнитофонов, накопителей информации), трансформаторов и других устройств.

Низкая зависимость сопротивления некоторых аморфных металлов от температуры позволяет использовать их в качестве эталонных резисторов.

См. также

Примечания

Литература

• Yoshizawa Y., Oguma S., Yamauchi K. New Fe-based magnetic alloys composed of ultrafine grain structure // J. Appl. Phys. 1988. М. 64, No 10.
• Herzer G. Nanocrystalline soft magnetic alloys // Handbook of magnetic materials. V. 10. Edited by K. H. J. Bushow. Amsterdam: Elsevier Science. 1997
• К. Судзуки, Х. Фудзимори, К. Хасимото. Аморфные металлы. — М.: Металлургия, 1987. — 328 с. — 3300 экз.
• Юрий Стародубцев. Магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2002.
• Юрий Стародубцев. Магнитомягкие материалы: Энциклопедический словарь-справочник, М. Техносфера, 2011.

Аморфные металлы — Википедия

Образцы аморфных металлов. Образцы аморфных металлов.

Аморфные металлы (металлические стёкла) — класс металлических твердых тел с аморфной структурой, характеризующейся отсутствием дальнего порядка и наличием ближнего порядка в расположении атомов. В отличие от металлов с кристаллической структурой, аморфные металлы характеризуются фазовой однородностью, их атомная структура аналогична атомной структуре переохлаждённых расплавов.

История

Ещё в 1940-х годах было известно, что металлические плёнки, получаемые методом вакуумного низкотемпературного напыления, не имеют кристаллического строения. Однако начало изучению аморфных металлов было положено в 1960 году, когда в Калифорнийском технологическом институте группой под руководством профессора Дювеза (англ. Pol Duwez) было получено металлическое стекло Au₇₅Si₂₅^[1]. Большой научный интерес к теме стал проявляться с 1970 года, первоначально в США и Японии, а вскоре — в Европе, СССР и КНР.

В 1990-х годах были открыты сплавы, которые переходили в аморфное состояние уже при скоростях охлаждения около 1°C/с ^[2][3]. Это сделало возможным изготовление образцов с размерами порядка нескольких миллиметров.

Классификация

Аморфные сплавы подразделяются на 2 основных типа: металл-металлоид и металл-металл.

При аморфизации методом закалки из жидкого состояния могут быть получены сплавы, содержащие следующие элементы:

• Для типа металл-металлоид: B, C, Si, Al, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ag, Sn, Te, Hf, Ta, W, Ir, Pt, Au, Tl, La.
• Для типа металл-металл: Be, Mg, Al, Ca, Ti, V, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Rh, Pd, Ag, Sb, Hf, Ta, Re, Ir, Pt, Au, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Th, Dy, Ho, Er, Lu, Th, U.

Свойства

По некоторым свойствам ряд аморфных металлов значительно отличаются от кристаллических того же состава. В частности, некоторые из них отличаются высокой прочностью и вязкостью, коррозионной стойкостью, высокой магнитной проницаемостью^[4].

Механические свойства

Ряд металлических стёкол отличается очень высокой прочностью и твёрдостью. В аморфных сплавах на основе элементов подгруппы железа (Fe, Co, Ni) твёрдость HV может превышать 1000 ГН/м², прочность — 4 ГН/м². Вместе с этим металлические стёкла обладают очень высокой вязкостью разрушения: например, энергия разрыва Fe₈₀P₁₃C₇ составляет 110 кДж/м², тогда как для стали X-200 значение этого параметра 17 кДж/м².

Электрические свойства

Сопротивление аморфных металлов составляет, как правило, около 100—300 мкОм·см, что значительно выше сопротивления кристаллических металлов. Кроме того, сопротивление разных металлических стёкол в определённых температурных диапазонах характеризуется слабой зависимостью от температуры, а иногда даже убывает с увеличением температуры. При анализе особенностей сопротивления аморфных металлов выделяют 3 группы:

• простой металл — простой металл
• переходный металл — металлоид
• переходный металл — переходный металл.

Металлические стёкла группы простой металл — простой металл отличаются низким удельным сопротивлением (менее 100 мкОм·см). С ростом температуры сопротивление разных материалов данной группы может как возрастать, так и убывать.

Сопротивление материалов группы переходный металл — металлоид лежит в диапазоне 100—200 мкОм·см. Температурный коэффициент сопротивления поначалу положительный, а когда сопротивление достигает ~150 мкОм·см, становится отрицательным. Минимальное значение сопротивления при температурах 10—20 К.

Сопротивление материалов группы переходный металл — переходный металл превышает 200 мкОм·см. При этом с увеличением температуры сопротивление уменьшается.

Некоторые аморфные сплавы проявляют свойство сверхпроводимости, сохраняя при этом хорошую пластичность.

Получение

Существует множество способов получения металлических стёкол.

1. Осаждение газообразного металла
   • Вакуумное напыление
   • Распыление
   • Химические реакции в газовой фазе
2. Затвердевание жидкого металла
   • Закалка из жидкого состояния
3. Нарушение кристаллической структуры твёрдого металла
   • Облучение частицами
   • Воздействие ударной волной
   • Ионная имплантация
4. Электролитическое осаждение из растворов

Закалка из жидкого состояния

Закалка из жидкого состояния является основным способом получения металлических стёкол. Этот метод заключается в сверхбыстром охлаждении расплава, в результате которого он переходит в твёрдое состояние, избежав кристаллизации — структура материала остаётся практически такой же, как в жидком состоянии. Он включает в себя несколько методов, которые позволяют получать аморфные металлы в формах порошка, тонкой проволоки, тонкой ленты, пластинок. Также были разработаны сплавы с малой критической скоростью охлаждения, что позволило создавать объёмные металлические стёкла.

Для получения пластинок массой до нескольких сотен миллиграмм, капля расплава с большой скоростью выстреливается на охлаждаемую медную плиту, скорость охлаждения при этом достигает 10⁹ °C/с. Для получения тонких лент шириной от десятых долей до десятков миллиметров расплав выдавливается на быстро вращающуюся охлаждающую поверхность. Для получения проволок толщиной от единиц до сотен микрон применяются разные методы. В первом расплав протягивается в трубке через охлаждающий водный раствор, скорость охлаждения при этом составляет 10⁴—10⁵ °C/с. Во втором методе струя расплава попадает в охлаждающую жидкость, которая находится на внутренней стороне вращающегося барабана, где удерживается за счёт центробежной силы.

Применение

Несмотря на хорошие механические свойства, металлические стёкла не используются в качестве ответственных деталей конструкций по причине их высокой стоимости и технологических сложностей. Перспективным направлением является применение коррозионностойких аморфных сплавов в различных отраслях.

В оборонной промышленности при производстве защитных бронированных ограждений используются прослойки из аморфных сплавов на основе алюминия для погашения энергии пробивающего снаряда за счет высокой вязкости разрушения таких прослоек.

Благодаря своим магнитным свойствам аморфные металлы используются при производстве магнитных экранов, считывающих головок (аудио- и видеомагнитофонов, накопителей информации), трансформаторов и других устройств.

Низкая зависимость сопротивления некоторых аморфных металлов от температуры позволяет использовать их в качестве эталонных резисторов.

См. также

Примечания

Литература

• Yoshizawa Y., Oguma S., Yamauchi K. New Fe-based magnetic alloys composed of ultrafine grain structure // J. Appl. Phys. 1988. М. 64, No 10.
• Herzer G. Nanocrystalline soft magnetic alloys // Handbook of magnetic materials. V. 10. Edited by K. H. J. Bushow. Amsterdam: Elsevier Science. 1997
• К. Судзуки, Х. Фудзимори, К. Хасимото. Аморфные металлы. — М.: Металлургия, 1987. — 328 с. — 3300 экз.
• Юрий Стародубцев. Магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2002.
• Юрий Стародубцев. Магнитомягкие материалы: Энциклопедический словарь-справочник, М. Техносфера, 2011.

Чем примечательны аморфные металлы? | Техника и Интернет

Аморфные металлы привлекали усиленное внимание ученых со времени их открытия в 1960 году. Первым из полученных аморфных металлов был сплав золото-кремний. Затем удалось получить в аморфном состоянии не только сплавы, но и многие чистые металлы, в том числе железо, алюминий, хром, никель, ванадий, германий и др. Для этого потребовались скорости охлаждения до 10 миллиардов градусов в секунду.

Однако аморфное состояние чистых металлов неустойчиво — при нагревании начинается кристаллизация. Намного устойчивее сплавы металлов, содержащие такие переходные элементы, как никель, палладий, цирконий, лантан, а также некоторые неметаллы — кремний, бор, углерод, фосфор.

Наиболее легко образуются сплавы, соответствующие формуле М₈₀А₂₀, где М — один или несколько переходных металлов, А — один или несколько так называемых аморфизирующих элементов, добавляемых для стабилизации аморфной структуры. Например, известны сплавы Fe₈₀P₁₃B₇, Fe₄₀Ni₄₀S₁₄B₆ и др.

Для обеспечения сверхвысоких скоростей охлаждения расплава применяют распыление струи металла холодным газом или жидкостью, «выстреливание» капель металла на охлаждаемые поверхности металлических пластин или быстро вращающихся барабанов, облучение обычных сплавов лазером и др.

В настоящее время аморфные металлы получают не только быстрым охлаждением расплавов металлов, но и осаждением их из газовой фазы на холодную поверхность, выделением из растворов и расплавов электрохимическими методами, катодным распылением и многими другими методами.

Благодаря характерной структуре аморфные металлы обладают рядом особых свойств: они становятся в несколько раз прочнее, изменяются модули их упругости, электромагнитные свойства, повышается стойкость к коррозии. В противоположность обычным стеклам они проявляют заметную пластичность.

Эти свойства определяют особое место аморфных металлов среди прочих материалов и привлекают к себе внимание специалистов. Они представляют собой многообещающие материалы для техники будущего.

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

Значительная доля потерь электроэнергии при ее передаче приходится на трансформаторы. Новые материалы для производства сердечников трансформаторов, созданные на основе аморфных сплавов, позволяют сократить эти потери вдвое. Разработаны аморфные сплавы, обладающие необходимыми магнитными свойствами, но плохо проводящие электрический ток, поэтому в сердечнике трансформатора, изготовленного из такого сплава, не возникают вихревые токи, поглощающие энергию.

Интерес, проявляемый специалистами к аморфным металлам, обусловлен еще и тем, что они значительно дешевле традиционных материалов, выполняющих ту же задачу (если такие материалы вообще существуют). Наиболее интенсивно аморфные металлы исследуют в США, Японии, Германии и Великобритании, а в последние 20 лет их начали изучать во всех промышленных странах мира.

В начале 1981 года в США введен в эксплуатацию первый завод по изготовлению лент из аморфных металлов с объемом производства около 2000 тонн в год. Сейчас таких предприятий много. Интерес к аморфным металлам растет. Число публикаций о них перевалило за несколько тысяч в год и продолжает расти. На повестке дня стоит задача разработки дешевых промышленных технологий.

Что такое аморфный металл?

Определение аморфного металла

Аморфный металл — это твердый металлический сплав, который демонстрирует необычную атомную структуру по сравнению со всеми другими металлами.

Большинство металлов в твердом состоянии являются кристаллическими. Их атомы расположены в высокоупорядоченном состоянии. С другой стороны, аморфные металлы имеют неупорядоченное расположение атомов и некристаллические со стеклоподобной структурой.

Первое успешное производство аморфного металла (также известного как металлическое стекло) произошло в Калифорнийском технологическом институте в 1960 году.Этот уникальный стеклообразующий сплав охлаждали чрезвычайно быстро, чтобы избежать кристаллизации. Первые применения сплава ограничивались проволокой, фольгой и металлическими лентами, потому что более толстые материалы нельзя было охлаждать достаточно быстро для достижения желаемой некристаллической структуры

К 1990-м годам новые аморфные сплавы разрабатывались с гораздо меньшей скоростью охлаждения с использованием методов простого литья в металлические формы. Эта процедура открыла двери для широкого спектра промышленных применений аморфных металлов.

Как производятся аморфные металлы?

Аморфные металлы производятся с помощью нескольких различных процедур, каждая из которых является сложной и требует специального оборудования и обученного персонала.

Первые экспериментаторы из Калифорнийского технологического института узнали, что они могут создать ультратонкую ленту из аморфного металла, разбрызгивая расплавленный металл на вращающийся сверххолодный диск. Движение привело к слишком быстрому охлаждению сплава и образованию кристаллической структуры. В результате получился металл, который стал стекловидным.

Сегодня твердотельный реакционный путь является наиболее широко используемым методом получения аморфных металлов, за которым следуют методы ионного облучения и механического легирования.

Использование аморфного металла

Аморфные металлы технически являются стеклами, но они намного более жесткие и менее хрупкие, чем обычные оксидные стекла и керамика. В отличие от обычного обычного стекла, которое используется для изготовления электрических изоляторов на линиях электропередач, аморфные металлы обладают высокой степенью электропроводности

Важное коммерческое применение аморфных металлов в основном связано с их особыми магнитными свойствами и высокой электропроводностью.Низкие потери намагничивания также используются в высокоэффективных трансформаторах.

Два коммерческих продукта, Liquidmetal и Vitreloy, используют аморфные металлические сплавы для производства различных предметов, таких как часы и чехлы для мобильных телефонов. Сплавы, которые они используют, сочетают в себе ряд желаемых характеристик, таких как высокая прочность на разрыв и превосходная устойчивость к вредной коррозии, которая превосходит обычные металлы.

Еще одним положительным качеством является высокий коэффициент возврата (COR). Эта мера «возмещения» столкновения между двумя объектами и того, сколько кинетической энергии остается для объектов, чтобы отскочить, делает этот материал идеальным для изготовления головок клюшек с тонкими гранями.

Способность лить и формовать аморфные жидкие металлы, а также его высокая износостойкость привели к тому, что в некоторых случаях он заменил пластмассовые материалы. Apple проверяет возможность использования аморфных металлов, чтобы увидеть, смогут ли они сохранять поверхность без царапин дольше, чем конкурирующие материалы сложной формы.

В тяжелой промышленности также используются различные аморфные металлы в качестве защитных покрытий для промышленного оборудования, нефтяных бурильных труб и котельных труб в электрических установках.
В некоторых случаях металлы могут заменить титан в некоторых областях применения в медицинских инструментах, военных транспортных средствах и в аэрокосмической промышленности. Стержни из аморфного металла также используются для замены стержней из обедненного урана в устройствах кинетической энергии.

В одном из первых применений в космосе пластики Liquidmetal были использованы на космическом зонде Genesis в качестве коллекторов ионов солнечного ветра.

.

Что такое аморфный металл? (с рисунками)

Аморфный металл — это металл с неупорядоченной атомной структурой, в отличие от большинства металлов, которые имеют регулярную структуру. Эти вещества также называют металлическими стеклами, потому что один из способов получения аморфных металлов напоминает процедуру изготовления стекла, но с использованием металла вместо кремнезема. Исследования показывают, что аморфные металлы могут быть более чем в два раза прочнее обычных металлов и идеально подходят для военной брони, имея такой же вес, как и обычный металл.Из-за неупорядоченной структуры материала он также более устойчив к коррозии и износу.

Пол Дувез создал аморфный металл путем охлаждения сплава из жидкого состояния менее чем за доли секунды.

Аморфные металлы были впервые созданы в Калтехе Полом Дувезом в 1957 году.Дувез создал аморфный металл путем охлаждения сплава (Au ₈₀ Si ₂₀ ) из жидкого состояния менее чем за доли секунды. Скорость охлаждения должна была превышать миллион градусов Кельвина в секунду, поэтому охлаждение металла из жидкого состояния в твердое состояние должно было происходить за миллисекунды. Это быстрое охлаждение предотвратило кристаллизацию металла, как обычный металл, придав ему уникальную аморфную структуру. Вначале формы аморфного металла были ограничены и состояли в основном из тонких лент, фольги и проволоки.Эти ограничения были вызваны необходимостью высокой скорости охлаждения.

Аморфный металл можно использовать в электрических трансформаторах.

Аморфный металл, пригодный для коммерциализации, был впервые произведен в 1976 году К.Грэхем и Х. Либерманн. Они использовали переохлажденное быстро вращающееся колесо для создания больших количеств аморфного металла, подходящего для распределительных трансформаторов с низкими потерями, выпускаемых под маркой Metglas. Аморфный металл может быстро намагничиваться и размагничиваться, что приводит к экономии энергии при использовании в трансформаторах в электрической сети. Трансформаторы из аморфного металла потребляют на 70–80% меньше энергии, что снижает выбросы CO ₂ и экономит электроэнергию. Сегодня трансформаторы из аморфного металла широко используются в Индии и Китае, где они успешно сокращают выбросы парниковых газов.

На протяжении 1980-х годов материаловеды экспериментировали с различными сплавами, чтобы уменьшить скорость охлаждения, необходимую для создания аморфных металлов. Им удалось снизить критическую скорость охлаждения с сотен Кельвинов в секунду до всего одного Кельвина в секунду, что сделало производство объемных металлических стекол более осуществимым.В 2004 году исследователям удалось создать объемную аморфную сталь, что открыло путь к более широкому коммерческому использованию этого материала.

.

аморфный металл

Аморфный металл — это металлический материал с неупорядоченной структурой на атомном уровне. В отличие от большинства металлов, которые являются кристаллическими и поэтому имеют высокоупорядоченное расположение атомов, аморфные сплавы некристаллические. Материалы, в которых такая неупорядоченная структура образуется непосредственно из жидкого состояния во время охлаждения, называются «стеклами», и поэтому аморфные металлы обычно называют « металлических стекол » или « стеклообразных металлов ».Однако есть несколько других способов производства аморфных металлов, включая физическое осаждение из паровой фазы, твердофазную реакцию, ионное облучение, формование из расплава и механическое легирование. Аморфные металлы, полученные с помощью этих методов, строго говоря, не являются стеклами; однако материаловеды обычно считают аморфные сплавы одним классом материалов, независимо от того, как они приготовлены. Объемные металлические стекла ( BMG ) представляют собой аморфные металлы с критическими скоростями охлаждения, достаточно низкими, чтобы позволить образование аморфной структуры в толстых слоях (более 1 миллиметра). Рекомендуемые дополнительные знания История Первым металлическим стеклом был сплав (Au80Si20), произведенный в Калифорнийском технологическом институте Полом Дувезом в 1957 году. Этот и другие ранние стеклообразующие сплавы пришлось охлаждать чрезвычайно быстро (порядка одного мегакельвина в секунду, 10 6 К. · S -1 ), чтобы избежать кристаллизации.Важным следствием этого было то, что металлические стекла можно было производить только в ограниченном количестве форм (обычно ленты, фольги или проволоки), в которых один размер был небольшим, чтобы тепло могло отводиться достаточно быстро для достижения необходимой скорости охлаждения. В результате образцы металлического стекла (за некоторыми исключениями) были ограничены толщиной менее ста микрометров. В 1969 году было обнаружено, что сплав 77,5% палладия, 6% меди и 16,5% кремния имеет критическую скорость охлаждения от 100 до 1000 К / с. В 1976 г. Х. Либерманн и К. Грэм разработали новый метод изготовления тонких лент из аморфного металла на переохлажденном быстро вращающемся колесе. [1] Это был сплав железа, никеля, фосфора и бора. Материал, известный как Metglas , был коммерциализирован в начале 1980-х годов и использовался для силовых распределительных трансформаторов с низкими потерями (трансформаторы из аморфного металла). Metglas-2605 состоит из 80% железа и 20% бора, имеет температуру Кюри 373 ° C и намагниченность насыщения при комнатной температуре 125.7 миллитеслав. В начале 1980-х годов стекловидные слитки диаметром 5 мм изготавливались из сплава 55% палладия, 22,5% свинца и 22,5% сурьмы путем травления поверхности с последующими циклами нагрева-охлаждения. С помощью флюса из оксида бора достижимая толщина была увеличена до сантиметра. Исследования, проведенные в Университете Тохоку и Калифорнийском технологическом институте, привели к получению многокомпонентных сплавов на основе лантана, магния, циркония, палладия, железа, меди и титана с критической скоростью охлаждения от 1 до 100 К / с, что сопоставимо с оксидными стеклами. В 1988 г. было обнаружено, что сплавы лантана, алюминия и медной руды обладают высокой стеклообразующей способностью. Однако в 1990-х годах были разработаны новые сплавы, которые образуют стекла при скорости охлаждения всего один кельвин в секунду. Эти скорости охлаждения могут быть достигнуты путем простого литья в металлические формы. Эти «объемные» аморфные сплавы можно отливать в детали толщиной до нескольких сантиметров (максимальная толщина зависит от сплава), сохраняя при этом аморфную структуру. Лучшие стеклообразующие сплавы на основе циркония и палладия, но известны также сплавы на основе железа, титана, меди, магния и других металлов.Многие аморфные сплавы образуются за счет использования явления, называемого эффектом «путаницы». Такие сплавы содержат так много различных элементов (часто дюжину или больше), что при достаточно быстром охлаждении составляющие атомы просто не могут координировать себя в равновесное кристаллическое состояние, пока их подвижность не прекратится. Таким образом, случайное неупорядоченное состояние атомов «заперто». В 1992 году был выпущен первый промышленный аморфный сплав Vitreloy 1 (41,2% Zr, 13,8% Ti, 12.5% Cu, 10% Ni и 22,5% Be), был разработан в Калтехе в рамках исследований новых аэрокосмических материалов Департаментом энергетики и НАСА. Последовали другие варианты. В 2004 г. двум группам удалось произвести объемную аморфную сталь: одной в Национальной лаборатории Ок-Ридж, а другой — в Университете Вирджинии. Группа Oak Ridge называет свой продукт «стеклянной сталью». Этот продукт не обладает магнитными свойствами при комнатной температуре и значительно прочнее, чем обычная сталь, хотя до внедрения материала в общественное или военное использование требуется длительный процесс исследований и разработок. [2] [3] Недвижимость Аморфный металл — это обычно сплав, а не чистый металл. Сплавы содержат атомы существенно разных размеров, что приводит к низкому свободному объему (и, следовательно, на несколько порядков большей вязкости, чем у других металлов и сплавов) в расплавленном состоянии. Вязкость препятствует перемещению атомов достаточно, чтобы образовать упорядоченную решетку. Структура материала также обеспечивает низкую усадку при охлаждении и сопротивление пластической деформации.Отсутствие границ зерен, слабых мест кристаллических материалов, приводит к лучшему сопротивлению износу и коррозии. Аморфные металлы, хотя технически являются стеклами, также намного прочнее и менее хрупкие, чем оксидные стекла и керамика. У аморфных материалов теплопроводность ниже, чем у кристаллов. Поскольку формирование аморфной структуры зависит от быстрого охлаждения, это ограничивает максимально достижимую толщину аморфных структур. Чтобы добиться образования аморфной структуры даже при более медленном охлаждении, сплав должен состоять из трех или более компонентов, что приводит к получению сложных кристаллических единиц с более высокой потенциальной энергией и меньшей вероятностью образования.Атомный радиус компонентов должен значительно отличаться (более 12%), чтобы достичь высокой плотности упаковки и низкого свободного объема. Комбинация компонентов должна иметь отрицательную теплоту смешения, препятствуя зарождению кристаллов и продлевая время пребывания расплавленного металла в переохлажденном состоянии. Сплавы бора, кремния, фосфора и других стеклообразователей с магнитными металлами (железом, кобальтом, никелем) являются магнитными, с низкой коэрцитивной силой и высоким электрическим сопротивлением. Высокое сопротивление приводит к низким потерям на вихревые токи при воздействии переменных магнитных полей, что полезно, например, для.трансформаторные магнитопроводы. Аморфные сплавы обладают множеством потенциально полезных свойств. В частности, они имеют тенденцию быть более прочными, чем кристаллические сплавы аналогичного химического состава, и могут выдерживать большие обратимые («упругие») деформации, чем кристаллические сплавы. Аморфные металлы получают свою прочность непосредственно из их некристаллической структуры, которая не имеет каких-либо дефектов (таких как дислокации), ограничивающих прочность кристаллических сплавов. Один современный аморфный металл, известный как Vitreloy, имеет предел прочности почти в два раза выше, чем у высококачественного титана.Однако металлические стекла при комнатной температуре не являются пластичными и имеют тенденцию внезапно разрушаться при нагрузке на растяжение, что ограничивает применимость материала в приложениях, критичных к надежности, поскольку надвигающийся отказ не очевиден. Следовательно, существует значительный интерес к производству композитных материалов с металлической матрицей, состоящих из металлической стеклянной матрицы, содержащей дендритные частицы или волокна пластичного кристаллического металла. Возможно, наиболее полезным свойством объемных аморфных сплавов является то, что они являются настоящими стеклами, что означает, что они размягчаются и текут при нагревании. В. Поннамбалам, С. Джозеф Пун и Гэри Дж. Шифлет (2004). «Объемные металлические стекла на основе железа толщиной более одного сантиметра». Журнал материаловедения 19 (5). Компании MetGlas [1] Жидкий металл крапива Vacuumschmelze См. Также

.

Аморфные металлы

КатегорииВыбратьАбразивы, порошки, неорганические, абразивы, порошки, органические, (песчинки и среды), адсорбирующие материалы, неорганические и органические, аэрогелевые материалы, сплавы, металл, неорганические (порошок, лист и проволока) сплавы, супер, неорганические (порошок, лист И проволока) Алюминидные соединения, порошковые поправки, почва, неорганические поправки, почва, органические арсенидные соединения, куски, вафли, связующие, химические (неорганические и органические) биоматериалы, сухие частицы, боридные соединения, порошки, углеродные соединения, углеродная группа, углеводородные соединения, порошки, химические соединения, неорганические порошки, другие керамические порошки, , Электроника, химикаты, прекурсоры, химикаты, реагенты, неорганические химикаты, порошки с синтетическим покрытием, неорганические композитные материалы (порошки, фольга, волокна), кристаллы, неорганические дифторидные соединения, элементы, исходные (порошок, лист, проволока) ферментные материалы, промышленные и пищевые материалы для испарения химических веществ СоединенияФеррит Компаунды, порошки, материалы из ферросплавов, порошковые волокна, неорганические, металлические волокна, натуральные, прерывистые наполнители / добавки, наполнители, неорганические наполнители / наполнители, органические, природные фторидные соединения, порошковые пеноматериалы (металл, керамика, аэросил, нано) газы, специальные твердосплавные материалы Соединения, Порошок Гидроксид Порошки Интерметаллические Соединения (Порошок.Лист и проволока) Магнитные материалы (порошок, лист, проволока) Среда, фильтрация, неорганическая среда, фильтрация, органическая среда, шлифовка и галтовкаМеталлические пасты и кремы для металлов и Руды, PowderMinerals, ClaysMolybdenum Соединение, PowderMultiferroic CompoundsNanofibers, InorganicNanomaterials, Наномасштабная MaterialsNanopaper MaterialsNanoparticles (нанокристаллы, нанопорошок) наностержнит MaterialsNanotubes (ОСНТ, ДУНТ, МСНТ, VA-МСНТ, TWNTs) Нанопровод, InorganicNitride Соединение, PowderNitrate Соединение, PowderOxides, Металлическое, PowderPhosphate Соединение , Порошкообразные фосфидные соединения, порошковые пигменты, неорганические полимеры, порошки Редкоземельные материалы (RE, REM, REO), PowderSand, диоксид кремния (Si02), селенидные соединения, порошковые силикатные соединения, порошковые гелевые материалы, материалы для распыления мишеней, CVD, PVDSRM (стандартный эталонный материал erials, NIST, ASTM) Сульфатные / сульфатные соединения, порошки, сульфидные соединения, порошки, сверхатомные материалы, сверхпроводящие порошки, провода, фольга, листы, порошки и провода для термического и плазменного распыления, соединения теллурида, порошковые соединения, соединения титаната, порошковые соединения цирконата

, порошок

Ключевые слова

.