itthon » Témák » Amorf anyagok: tulajdonságaik, alkalmazása a modern technikában, előállítási módok. Amorf fémötvözetek Amorf ötvözetek előállításának módszerei

Amorf anyagok: tulajdonságaik, alkalmazása a modern technikában, előállítási módok. Amorf fémötvözetek Amorf ötvözetek előállításának módszerei

Az atomok és molekulák egymáshoz viszonyított elrendezése alapján az anyagok lehetnek kristályosak vagy amorfok. A kristályos és amorf anyagok egyenlőtlen szerkezete meghatározza tulajdonságaik különbségét is. Az el nem használt kristályosodási belső energiával rendelkező amorf anyagok kémiailag aktívabbak, mint az azonos összetételű kristályos anyagok (például a szilícium-dioxid amorf formái: habkő, tripolit, diatomitok a kristályos kvarchoz képest).

Lényeges különbség az amorf és a kristályos anyagok között, hogy a kristályos anyagok hevítve (állandó nyomáson) bizonyos olvadásponttal rendelkeznek. Az amorfok pedig meglágyulnak és fokozatosan folyékony halmazállapotúvá válnak. Az amorf anyagok szilárdsága általában alacsonyabb, mint a kristályosoké, ezért a megnövekedett szilárdságú anyagok előállításához speciálisan kristályosítást végeznek, például üvegkristályos anyag - üvegkerámia - előállításakor.

Különböző tulajdonságok figyelhetők meg az azonos összetételű kristályos anyagokban, ha különböző kristályformákban képződnek, ezeket módosulásoknak nevezzük (a polimorfizmus jelensége). Például a kvarc polimorf átalakulása térfogatváltozással jár. Egy anyag tulajdonságainak megváltoztatását a kristályrács megváltoztatásával a fémek hőkezelésénél (edzés vagy temperálás) használják.

-Az anyagok összetételének és szerkezetének hatása tulajdonságaikra. Építőanyagok szerkezeteinek típusai.

Az építőanyagok tulajdonságai nagymértékben összefüggnek szerkezetük sajátosságaival és az anyagok tulajdonságaival, amelyekből az anyag áll. Az anyag szerkezete viszont függ: természetes anyagoknál - eredetüktől és képződési körülményeiktől, mesterségeseknél - az anyag előállítási és feldolgozási technológiájától. Ezért az építőanyag-tanfolyam tanulmányozásakor az építőnek először is meg kell értenie ezt az összefüggést. Ugyanakkor figyelembe kell venni az anyagok technológiáját és feldolgozását abból a szempontból, hogy milyen hatással vannak a kapott anyag szerkezetére és tulajdonságaira.

Az építőanyagokat kémiai, ásványi és fázisösszetétel jellemzi.

A kémiai összetételtől függően minden építőanyag fel van osztva: szerves (fa, bitumen, műanyagok stb.), ásványi (beton, cement, tégla, természetes kő stb.) és fémek (acél, öntöttvas, alumínium). Ezen csoportok mindegyikének megvannak a maga sajátosságai. Így minden szerves anyag gyúlékony, az ásványi anyagok pedig tűzállóak; a fémek jól vezetik az elektromosságot és a hőt. A kémiai összetétel lehetővé teszi további műszaki jellemzők megítélését (biostabilitás, tartósság stb.). Egyes anyagok (szervetlen kötőanyagok, kőanyagok) kémiai összetételét gyakran a bennük lévő oxidok számával fejezik ki.

Az egymáshoz kémiailag kötött oxidok ásványokat képeznek, amelyek az anyag ásványi összetételét jellemzik. Az ásványi anyagok és mennyiségük ismeretében az anyagban lehet megítélni az anyag tulajdonságait. Például a szervetlen kötőanyagok vizes környezetben keményedő és szilárdságát fenntartó képessége a bennük lévő szilikát ásványok, aluminátok és kalcium-ferritek miatt következik be, amelyek nagy mennyiségével a keményedési folyamat felgyorsul és a szilárdság a cementkő növekszik.

Egy anyag fázisösszetételének jellemzésekor a következőket különböztetjük meg: pórusfalakat képező szilárd anyagok (az anyag „váza”), valamint levegővel és vízzel kitöltött pórusok. Az anyag fázisösszetétele és a víz fázisátalakulása a pórusaiban befolyásolja az anyag összes tulajdonságát és viselkedését működés közben.

Nem kisebb befolyást gyakorol egy anyag tulajdonságaira annak makro- és mikroszerkezete, valamint az anyagot alkotó anyagok belső szerkezete molekula-ion szinten.

Az anyag makrostruktúrája szabad szemmel vagy enyhe nagyítással látható szerkezet. Az anyag mikroszerkezete a mikroszkóp alatt látható szerkezet. Az üzem belső szerkezetét röntgendiffrakciós elemzéssel, elektronmikroszkóppal stb.

Az anyag tulajdonságai sok tekintetben meghatározzák a pórusok számát, méretét és jellegét. Például a porózus üveg (habüveg) a közönséges üvegtől eltérően átlátszatlan és nagyon könnyű.

A szilárd részecskék alakja és mérete is befolyásolja az anyag tulajdonságait. Tehát, ha vékony szálakat húz ki egy közönséges üveg olvadékából, könnyű és puha üveggyapotot kap.

A szilárd építőanyagok makroszerkezete a részecskék alakjától, méretétől és szerkezetétől függően lehet szemcsés (laza szemcsés vagy konglomerátum), sejtes (finom porózus), rostos és réteges.

A laza szemcsés anyagok különálló szemcsékből állnak, amelyek nem kapcsolódnak egymáshoz (homok, kavics, porított anyagok öntött szigeteléshez és feltöltéshez stb.).

A konglomerátum szerkezet, amikor a szemcsék szorosan kapcsolódnak egymáshoz, jellemző a különféle betontípusokra, bizonyos típusú természetes és kerámia anyagokra stb.

A cellás (finomporózus) szerkezetet a gáz- és habbetonra, a cellás műanyagokra, valamint egyes kerámiákra jellemző makro- és mikropórusok jelenléte jellemzi.

A szálas és réteges anyagok, amelyekben a szálak (rétegek) egymással párhuzamosan helyezkednek el, eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek a szálak (rétegek) mentén és között. Ezt a jelenséget anizotrópiának nevezik, és az ilyen tulajdonságokkal rendelkező anyagok anizotrópok. A szálas szerkezet a fa és ásványgyapot termékek, a réteges szerkezet pedig a réteges töltőanyaggal (papírműanyag, textolit stb.) tekercses, lemezes és födémes anyagokban rejlik.

Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.

közzétett http:// www. minden a legjobb. ru/

Amorf anyagok: tulajdonságaik, alkalmazása a modern technikában, előállítási módok

Elkészült:

a HFMM 206-os csoportjának tanulója

Dorozhkin A.P.

Ellenőrizve:

Tanszékvezető

fizikai kémia

Tomilin O.B.

Bevezetés

Sokáig úgy tűnt, hogy a fizikában a mikrokozmosz és a mikrokozmosz tanulmányozása a legérdekesebb. Ott próbáltak választ találni a legfontosabb, alapvető, a környező világ szerkezetét magyarázó kérdésekre. És most megjelent a kutatás harmadik frontja – a szilárd anyagok tanulmányozása.

Miért olyan fontos a szilárd anyagok tanulmányozása?

Természetesen itt óriási szerepe van a gyakorlati emberi tevékenységnek. A szilárd anyagok fémek és dielektrikumok, amelyek nélkül elképzelhetetlen az elektrotechnika; ezek olyan félvezetők, amelyek a modern elektronika, mágnesek, szupravezetők és szerkezeti anyagok alapját képezik. Röviden, vitatható, hogy a tudományos és technológiai fejlődés nagyrészt a szilárd anyagok felhasználásán alapul.

De nem csak a dolog gyakorlati oldala fontos tanulmányozásuk során. A tudomány fejlődésének belső logikája – a szilárdtestfizika – vezetett a nagy rendszerek kollektív tulajdonságainak fontosságának megértéséhez.

Egy szilárd test egymilliárd részecskéből áll, amelyek kölcsönhatásba lépnek egymással. Ez egy bizonyos rend megjelenését okozza a rendszerben és a mikrorészecskék teljes számának speciális tulajdonságait. Így az elektronok kollektív tulajdonságai határozzák meg a szilárd anyagok elektromos vezetőképességét, a test hőelnyelő képessége - hőkapacitása - pedig az atomok hőmozgás közbeni kollektív rezgésének természetétől függ. A kollektív tulajdonságok megmagyarázzák a szilárd testek összes alapvető viselkedési mintáját.

A szilárd anyagok szerkezete változatos. Azonban két nagy csoportra oszthatók: kristályokra és amorf szilárd anyagokra.

1. Az amorf testek általános jellemzői

Nem minden szilárd anyag kristály. Sok amorf test létezik.

Az amorf testeknek nincs szigorú rendje az atomok elrendezésében. Csak a legközelebbi szomszédos atomok vannak valamilyen sorrendben elrendezve. De nincs szigorú irányultság ugyanazon szerkezeti elem minden irányában, ami az amorf testekben lévő kristályokra jellemző.

Gyakran ugyanaz az anyag megtalálható kristályos és amorf állapotban is. Például a kvarc SiO2 lehet kristályos vagy amorf formában (szilika). A kvarc kristályformája sematikusan ábrázolható szabályos hatszögek rácsaként. A kvarc amorf szerkezete is rácsszerű, de szabálytalan alakú. A hatszögekkel együtt ötszögeket és hétszögeket is tartalmaz.

1959-ben D. Bernal angol fizikus érdekes kísérleteket végzett: sok kis, azonos méretű gyurmagolyót vett, krétaporba forgatta és nagy golyóvá préselte. Ennek eredményeként a golyók poliéderekké deformálódtak. Kiderült, hogy ebben az esetben túlnyomórészt ötszögletű lapok alakultak ki, és a poliéderek átlagosan 13,3 lappal rendelkeztek. Tehát bizonyos rend van az amorf anyagokban.

Az amorf testek közé tartozik az üveg, gyanta, gyanta, cukorka stb. A kristályos anyagokkal ellentétben az amorf anyagok izotrópok, azaz mechanikai, optikai, elektromos és egyéb tulajdonságaik nem függenek az iránytól. Az amorf testeknek nincs rögzített olvadáspontja: az olvadás egy bizonyos hőmérsékleti tartományban megy végbe. Az amorf anyag szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba való átmenete nem jár együtt a tulajdonságok hirtelen megváltozásával. Az amorf állapot fizikai modellje még nem készült.

Az amorf szilárd anyagok köztes helyet foglalnak el a kristályos szilárd anyagok és a folyadékok között. Atomjaik vagy molekuláik relatív sorrendben vannak elrendezve. A szilárd anyagok (kristályos és amorf) szerkezetének megértése lehetővé teszi a kívánt tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozását.

Külső hatások hatására az amorf testek rugalmas tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a szilárd anyagok, és folyékonyak, mint a folyadékok. Így rövid távú behatások (hatások) hatására szilárd testként viselkednek, és erős behatás hatására darabokra törnek. De nagyon hosszú expozícióval amorf testek áramlanak. Kövessünk egy darab gyantát, amely sima felületen fekszik. A gyanta fokozatosan szétterül rajta, és minél magasabb a gyanta hőmérséklete, ez annál gyorsabban történik.

Az alacsony hőmérsékletű amorf testek tulajdonságaikban hasonlítanak a szilárd testekre. Folyékonyságuk szinte nincs, de a hőmérséklet emelkedésével fokozatosan meglágyulnak, és tulajdonságaik egyre közelebb kerülnek a folyadékok tulajdonságaihoz. Ez azért történik, mert a hőmérséklet növekedésével az atomok egyik pozícióból a másikba ugrása fokozatosan gyakoribbá válik. Az amorf testeknek a kristályos testekkel ellentétben nincs meghatározott testhőmérséklete.

A folyékony anyagot lehűtve nem mindig kristályosodik ki. bizonyos körülmények között nem egyensúlyi állapotú szilárd amorf (üveges) állapot alakulhat ki. Üveges állapotban lehetnek egyszerű anyagok (szén, foszfor, arzén, kén, szelén), oxidok (pl. bór, szilícium, foszfor), halogenidek, kalkogenidek, sok szerves polimer Ebben az állapotban az anyag stabil lehet. hosszú ideig például néhány vulkáni üveg több millió éves. Az üvegszerű amorf állapotú anyag fizikai és kémiai tulajdonságai jelentősen eltérhetnek a kristályos anyag tulajdonságaitól. Például az üveges germánium-dioxid kémiailag aktívabb, mint a kristályos. A folyékony és szilárd amorf állapot tulajdonságainak különbségét a részecskék hőmozgásának jellege határozza meg: amorf állapotban a részecskék csak rezgő és forgó mozgásra képesek, de az anyagon belül nem mozoghatnak.

Mechanikai terhelés vagy hőmérsékletváltozás hatására amorf testek kristályosodhatnak. Az anyagok reaktivitása amorf állapotban sokkal nagyobb, mint kristályos állapotban. Az amorf (a görög „amorphos” - alaktalan) halmazállapot fő jellemzője az atomi vagy molekuláris rács hiánya, vagyis a kristályos állapotra jellemző szerkezet háromdimenziós periodicitása.

Vannak olyan anyagok, amelyek csak szilárd formában, amorf állapotban létezhetnek. Ez a szabálytalan egységsorozatú polimerekre vonatkozik.

2. Amorf fémötvözetek

Az amorf fémötvözetek (fémüvegek) olyan fémes szilárd anyagok, amelyekben az atomok elrendezésében nincs nagy hatótávolságú rend. Ez számos jelentős különbséget ad a közönséges kristályos fémekhez képest.

Az amorf ötvözeteket először 1960-ban szerezte meg P. Duvez, de kiterjedt kutatásuk és ipari felhasználásuk egy évtizeddel később kezdődött – miután 1968-ban feltalálták a fonási módszert. Jelenleg több száz amorfizáló ötvözetrendszer ismeretes, a fémüvegek szerkezetét, tulajdonságait kellő részletességgel tanulmányozták, ipari alkalmazásuk köre bővül.

2.1. Eljárások amorf ötvözetek előállítására

A folyékony fém ultra-nagy hűtési sebessége az amorf szerkezet kialakítása érdekében különféle módokon valósítható meg. Közös bennük, hogy legalább 106 fok/s hűtési sebességet kell biztosítani. Ismertek módszerek egy csepp hideg lemezre katapultálására, egy sugár permetezésére gázzal vagy folyadékkal, egy csepp vagy sugár centrifugálására, egy fémfelület vékony filmrétegének lézerrel történő olvasztására az alapfém tömegével történő gyors hőeltávolítással. , ultragyors hűtés gázhalmazállapotú közegből stb. Ezen módszerek alkalmazása lehetővé teszi különböző szélességű és vastagságú szalagok, huzalok és porok előállítását.

Az amorf szalag ipari előállításának leghatékonyabb módszerei a forgó dobok külső (tárcsás kioltás) vagy belső (centrifugális kioltás) felületére folyékony fémsugár hűtése, vagy az olvadék hengerítése a nagy hővezető képességű anyagokból készült hideghengerek között.

1. ábra. Módszerek vékony szalag előállítására olvadékból történő keményítéssel: a) centrifugális edzés; b) keményítés lemezen; c) olvadékhengerlés; d) centrifugális keményítés; e) bolygókeményedés

Az 1. ábra ezen módszerek sematikus diagramjait mutatja be. Az indukciós kemencében kapott olvadékot semleges gáz préseli ki a fúvókából, és egy forgó hűtött test (hűtőszekrény) felületével érintkezve megszilárdul. A különbség az, hogy a centrifugális és tárcsás oltási módszereknél az olvadékot csak az egyik oldalon hűtik.

A fő probléma a külső felület megfelelő fokú tisztasága, amely nem érintkezik a hűtővel. Az olvadékhengerlési eljárás jó minőséget produkál a szalag mindkét felületén, ami különösen fontos a mágneses rögzítőfejekhez használt amorf szalagok esetében. Mindegyik módszernek megvannak a maga korlátai a szalagok méretét illetően, mivel mind a megszilárdítási folyamat során, mind a módszerek hardveres kialakításában vannak eltérések. Ha a centrifugális edzés során a szalag szélessége legfeljebb 5 mm, akkor a hengerlés 10 mm vagy annál nagyobb szélességű szalagokat eredményez.

Az egyszerűbb berendezéseket igénylő tárcsás edzési módszer az olvasztótégelyek méretétől függően a szalagszélesség széles tartományon belüli változtatását teszi lehetővé. Ez a módszer lehetővé teszi mind a keskeny, 0,1-0,2 mm szélességű, mind a széles szalagok előállítását - 100 mm-ig, és a szélesség megtartásának pontossága ± 3 mikron lehet. Maximum 50 kg-ig terjedő tégelykapacitású berendezéseket fejlesztenek ki.Minden folyékony halmazállapotú keményítésre szolgáló berendezésben a fém gyorsan megszilárdul, vékony rétegben szétterül a forgó hűtőszekrény felületén. Ha az ötvözet összetétele állandó, a hűtési sebesség az olvadék vastagságától és a hűtőszekrény jellemzőitől függ. A hűtőszekrényen lévő olvadék vastagságát annak forgási sebessége és az olvadék áramlási sebessége határozza meg, azaz függ a fúvóka átmérőjétől és az olvadékra ható gáznyomástól. Nagy jelentőséggel bír az olvadék koronghoz való bemeneti szögének helyes megválasztása, amely lehetővé teszi a fém és a hűtőszekrény közötti érintkezés időtartamának növelését. A hűtési sebesség magának az olvadéknak a tulajdonságaitól is függ: hővezető képesség, hőkapacitás, viszkozitás, sűrűség.

A vékony amorf huzal előállításához különféle módszereket alkalmaznak a szálak olvadékból való kihúzására.

2. ábra Eljárások olvadékból edzett vékony huzal előállítására: a) az olvadék áthúzása egy hűtőfolyadékon (olvadékextrudálás); b) a menet kihúzása a forgó dobból; c) az olvadékot üvegkapillárisban kihúzzuk; 1 - olvadék; 2 -- hűtőfolyadék; 3 -- üveg; 4 -- fúvóka; 5 -- tekercselő huzal

Az első módszernél (2. ábra, a) az olvadt fémet kerek csőben húzzák át sók vizes oldatán.

A másodikban (2. ábra, b) egy forgó dob belső felületén egy centrifugális erő által tartott folyadékba olvadt fémáram esik: a megszilárdult fonalat ezután letekerjük a forgó folyadékról. Egy ismert módszer abból áll, hogy amorf huzalt állítanak elő úgy, hogy az olvadékot a lehető leggyorsabban egy üvegkapillárisba húzzák (2. ábra, c).

Ezt a módszert Taylor-módszernek is nevezik. A szálat az olvadék üvegcsővel történő egyidejű meghúzásával nyerik, a szál átmérője 2-5 mikron. A fő nehézség itt a szál elválasztása az azt fedő üvegtől, ami természetesen korlátozza az ezzel a módszerrel amorfizált ötvözetek összetételét.

2.2 Mechanikai tulajdonságok

Az amorf ötvözetek mechanikai tulajdonságainak első jellemzője, amelyet meg kell jegyezni, a nagyon nagy szilárdság. Mint ismeretes, az elméleti szilárdság, vagyis az a feszültség, amely a törési síkban lévő összes atomközi kötés megszakításához szükséges, 1~10E? (E a Young-modulus). A valódi fémek szilárdsága két-három nagyságrenddel kisebb - csak a bajusz (bajusz) erőssége közelíti meg az elméleti értéket.

Az amorf ötvözetek esetében az elméleti szilárdsághoz közeli 0,040,05Ey?… értékek is jellemzőek. Ez egyrészt a kristályokhoz képest alacsonyabb rugalmassági modulusoknak, másrészt a deformáció és törés sajátos mechanizmusának köszönhető. Az amorf ötvözetek Poisson-aránya általában megközelíti a 0,4-et – ez egy köztes érték a kristályos fémek (0,3) és a folyadékok (0,5) között. Az amorf ötvözetek meglehetősen váratlan tulajdonsága a képlékeny áramlás képessége. A kristályokban, mint ismeretes, a plasztikus viselkedést a diszlokációk mozgása biztosítja. Ám egy transzlációs szimmetria nélküli testben a klasszikus értelemben vett diszlokációk lehetetlenek, és azt várnánk, hogy az amorf anyagok teljesen törékenyek lennének. A szervetlen üvegek így viselkednek, de az amorf fémekben továbbra is előfordul plasztikus deformáció.

A deformáció képessége a kristályokhoz hasonlóan a fémes kötés vándorló, nem irányított természetéhez kapcsolódik. Ebben az esetben megvalósítható az amorf testekben rejlő nagy szilárdság, feltéve, hogy a rideg törést a folyáshatárnál kisebb feszültségeknél elnyomják. Az amorf ötvözetek képlékeny alakváltozása lehet homogén, ha a térfogat minden eleme deformálódik és a minta egyenletes deformációt tapasztal, és inhomogén, ha a képlékeny áramlás vékony nyírósávokban lokalizálódik.

Magas hőmérsékleten (közel a kristályosodási hőmérséklethez) és alacsony feszültségeken (0,01 Gf) homogén deformáció lép fel<, где G -- модуль сдвига). При этом скорость деформации пропорциональна приложенному напряжению. Вязкость з по мере развития деформации непрерывно растёт, и с повышением температуры этот рост ускоряется по аррениусовскому закону. Степень пластической деформации при гомогенном течении практически неограничена, и при правильно подобранных условиях можно добиться эффекта сверхпластичности с деформацией в сотни процентов. По-видимому, гомогенная деформация происходит за счёт непрерывной релаксации структуры, хотя она может протекать и после предварительного отжига при более высокой температуре.

Ennek eredményeként a homogén deformáció után az ötvözetek általában élesen rideggé válnak. Alacsony hőmérsékleten és nagy feszültségeknél inhomogén képlékeny áramlás lép fel (cr0,8TT<0,02Gф>). Kevéssé érzékeny a terhelési sebességre, és gyakorlatilag nem kíséri alakváltozási keményedés. A homogén alakváltozással ellentétben az inhomogén deformáció az amorf szerkezetben a rendezettség mértékének csökkenését okozza. Az inhomogén alakváltozás során az áramlás nyírósávokban koncentrálódik, amelyek száma meghatározza az ötvözet plaszticitását. A plaszticitás nagymértékben változik a terhelési mintától függően. Nyújtáskor általában kicsi - a roncsolás 1...2%-os deformáció után következik be, míg hengerlésnél 50...60%-os alakváltozások érhetők el, hajlításkor pedig a sugár a vastagsághoz mérhető. a szalagot (30...40 mikron).

Az amorf ötvözetek, a hagyományos kristályos ötvözetekhez hasonlóan, törékenyek és szívósak lehetnek. A rideg törés a makroszkopikus áramlás külső nyomai nélküli hasítással és a húzási tengelyre merőleges síkok mentén következik be. A képlékeny deformáció után vagy azzal egyidejűleg képlékeny törés következik be. Azon síkok mentén alakul ki, ahol a legnagyobb érintőfeszültségek hatnak. Az amorf ötvözetek képlékeny törésének jellemző tulajdonsága, hogy két zóna jelenléte a törés felületén: szinte sima hasítási területek és olyan területek, amelyekben az összefonódó „vénák” rendszere figyelhető meg - erősen lokalizált műanyag áramlási területek megjelenésének nyomai ~0,1 μm vastagsággal.

2.3 Fizikai tulajdonságok

Mindenekelőtt az amorf ötvözetek mágneses tulajdonságaival kell foglalkoznunk. Amorf állapotban az atomok rendezetlen elrendezése ellenére a mágneses momentumok rendezett elrendezése keletkezhet. Ezért sok vas, kobalt, nikkel és néhány ritkaföldfém alapú amorf ötvözet ferromágneses. Viselkedésük minőségileg hasonló a kristályos ferromágnesek viselkedéséhez: mágneses domének jelennek meg bennük, a mágnesezés megfordítása során hiszterézis hurok van, van egy Curie-pont, amely felett a spontán mágnesezettség megszűnik stb. Az amorf ötvözetek esetében nincs akadály a tartományfalak mozgásában a mágnesezés megfordítása során, például diszlokációk vagy szemcsehatárok, azonban a lokális inhomogenitások, a belső feszültségekből adódó magnetostrikció stb. akadályként működhetnek. A kristályosodási hőmérséklet alatti izzítás, ami az amorf szerkezet ellazulásához és a belső feszültségek csökkenéséhez vezet, általában csökkenti a kényszerítő erőt. Bizonyos esetekben azonban éppen ellenkezőleg, a hiszterézis hurok kiterjesztéséhez vezethet a tartományhatárok stabilizálása miatt.

Az amorf ötvözetek elektromos ellenállása lényegesen nagyobb, mint a kristályos ötvözeteké a nagy hatótávolságú rend hiánya miatt. Ezenkívül elektromos ellenállásuk kissé változik a hőmérséklet függvényében. Vannak amorf szupravezetők is.

2.4 Amorf ötvözetek alkalmazása

1. Az ipari amorf ötvözetek mintegy 80%-át mágneses tulajdonságaik miatt állítják elő. Lágy mágneses anyagokként használják őket, amelyek egyesítik az izotróp tulajdonságokat, a nagy mágneses permeabilitást, a magas telítési indukciót és az alacsony kényszerítő erőt. Mágneses képernyők, mágneses szűrők és szeparátorok, érzékelők, felvevőfejek stb. gyártására használják. Az amorf ötvözetekből készült transzformátormagokat a szűk hiszterézishurok miatti nagyon alacsony mágnesezési megfordítási veszteségek, valamint a nagy elektromos ellenállás és a kis vastagság jellemzi, ami csökkenti az örvényáramok okozta veszteségeket.

Bár az amorf anyagok kémiailag aktívabbak, mint a kristályos anyagok, ha krómot és más olyan elemeket tartalmaznak, amelyek hozzájárulnak a passziváló film kialakulásához, rendkívül magas korrózióállósággal rendelkezhetnek, és agresszív környezetben is használhatók; például a Fe45Cr25Mo10P13C7 ötvözet tartósságában még a tantálnál is jobb. Az amorf ötvözeteket nagy szilárdságú ötvözetekként is használják (például kompozit anyagok alkotóelemeként, sőt autógumi zsinórként is). Egyes amorf ötvözetek invar és elinvar tulajdonságokat mutatnak (vagyis nullához közeli hőtágulási együtthatóval vagy gyengén hőmérsékletfüggő rugalmassági modulussal rendelkeznek), és precíziós eszközökben használhatók. Végül amorf ötvözeteket használnak nanokristályos anyagok előállítására. Az amorf ötvözetek alkalmazását mind technológiai korlátok (a keletkező félkész termékek kis vastagsága, teljes hegesztési képtelenség), mind a tulajdonságok alacsony stabilitása nehezítik – szerkezetük és tulajdonságaik nemcsak melegítéskor, hanem helyiségben történő működés közben is jelentősen megváltoznak. hőfok.

A cseljabinszki régióban van egy olyan vállalkozás, amely amorf fémötvözeteket gyárt ipari méretekben - ez az Ashinsky Metallurgical Plant OJSC. Az amorf ötvözetek gyártásával kapcsolatos első munka itt kezdődött 1984-ben, az amorf szalagok (ESPTs-1) gyártására szolgáló műhely pedig 1989-ben épült fel.

Az amorf szalagot Ural-100 egységeken állítják elő úgy, hogy egy folyékony fém lapos sugarát egy körülbelül 1000 mm átmérőjű és 200 mm szélességű forgó hűtött dob felületére öntik (lásd 1. ábra, a). A kapott szalag szélessége 3-80 mm, vastagsága 20-30 mikron. A 2NSR, 9KSR, 30KSR és kobalt 71KNSR, 86KGSR, 82K3KHSR, 84KKHSR alapú lágy mágneses amorf ötvözeteket, valamint a „finmet” típusú 5BDSR nanokristályos ötvözetet gyártják. (Az ötvözetminőségű elemek megnevezése ugyanaz, mint az ötvözött acéloknál.) Az ötvözeteket mind tekercsbe tekercselt szalag, mind késztermékek - mágneses áramkörök - formájában szállítják a fogyasztóknak. A csavart mágneses áramkörök mellett amorf szalagból is készíthetők mágneses képernyők, mágneses érzékelők és transzformátorok magjai, rezisztív elemek stb.

A szalagot hőkezelés nélkül szállítjuk, azonban a legtöbb ötvözetből készült késztermékek kötelező termomágneses kezelést (ritkábban, mágneses tér nélküli hőkezelést) igényelnek 400...460 °C-on 10...60 percig. Az 5BDSR ötvözet nanokristályosodással kísért termomágneses kezelése 520...550 °C-on történik. Hőkezelés nélkül csak 71KNSR ötvözetet használnak mágneses pajzsokhoz. Minden egyes szalagtétel esetében nemcsak a kémiai összetételt ellenőrzik, hanem a mágneses jellemzők egész sorát is a termikus (termomágneses) kezelés után.

Az amorf elinvarokat szeizmikus érzékelők, nyomásmérő membránok, sebesség-, gyorsulás- és nyomatékérzékelők gyártására használják; óraszerkezetek rugói, mérlegek, számlapjelzők és egyéb precíziós rugós eszközök. Németországban a Vitrovac-0080 márka ötvözetét fejlesztették ki, amely 78% nikkelt, bórt és szilíciumot tartalmaz. Az ötvözet szakítószilárdsága = 2000 MPa, Young-modulusa 1,5*105 MPa, sűrűsége 8 g/cm3, elektromos ellenállása 0,9 Ohm*mm2/m, hajlítási szilárdsági határa körülbelül 800 MPa 107 ciklus alapján. Az ötvözet rugók, membránok és érintkezők gyártásához ajánlott.

Amorf anyagokat használnak nagynyomású csövek megerősítésére, gumiabroncs-acél kordok készítésére stb. A jövőben lehetőség nyílik amorf ötvözetek felhasználására lendkerekek gyártására. Az ilyen lendkerekek energia tárolására és csúcsterhelések fedezésére használhatók az erőművekben, javíthatják a jármű teljesítményét stb.

A vasalapú AMC-ket különféle célokra szolgáló nagyfrekvenciás transzformátorok, fojtótekercsek és mágneses erősítők magjainak anyagaként használják. Ennek oka az alacsony összveszteség, amely az ebbe az osztályba tartozó legjobb AMS-ben egy nagyságrenddel alacsonyabb, mint a szilícium elektromos acéloknál.

A nagy mágneses telítettségű Fe-Si-B ötvözeteket javasolták a hagyományos kristályos Fe-Si ötvözet helyettesítésére a transzformátormagokban, valamint a nagy áteresztőképességű Ni-Fe ötvözeteket. A magnetokristályos anizotrópia hiánya a meglehetősen nagy elektromos ellenállással kombinálva csökkenti az örvényáram-veszteséget, különösen magas frekvenciákon. A Japánban kifejlesztett Fe81B13Si4C2 amorf ötvözetből készült magok veszteségei 0,06 W/kg, azaz körülbelül hússzor kisebbek, mint a szemcseorientált transzformátoracél lemezek veszteségei. A transzformátoracélok helyett a Fe83B15Si2 ötvözet használata esetén a hiszterézis energiaveszteségének csökkenése miatti megtakarítás csak az USA-ban eléri a 300 millió dollárt/év. A fémüvegek ezen alkalmazási területe széles jövő előtt áll.

A különösen magas frekvenciákon (10 kHz) kifejtett rendkívül magas kezdeti mágneses permeabilitás, valamint a nulla magnetostrikció mellett a kobalt alapú fémüvegek nagy keménységgel és jó korróziós tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért mágneses rögzítőfejek anyagaként használják őket. A Japánban kifejlesztett Fe5Co70Si10B15 ötvözet nagy teljesítményre és széles körű alkalmazásra talált. A hengeres edzési módszerrel 50 µm vastag és 15 mm széles szalag készül, amely mindkét felületen kiváló minőségű (érdesség ± 3 µm). A nagy mágneses fluxussűrűség és a nagy kopásállóság miatt az ebből a szalagból készült felvevőfejek általános teljesítménye jobb, mint a ferritfejek és a permalloy fejek. Ezeket az anyagokat audio-, video-, számítógépes és egyéb felvevő berendezésekben használják.

Az amorf kobaltötvözetekből készült szalagokat kis méretű nagyfrekvenciás transzformátorok magjaiban használják különféle célokra, különösen másodlagos tápegységekhez és mágneses erősítőkhöz. Áramszivárgás érzékelőkben, távközlési rendszerekben és érzékelőként (beleértve a fluxgate típusokat is), mágneses képernyőkhöz és hőmérséklet-érzékeny érzékelőkhöz, valamint nagy érzékenységű mágneses átalakítókhoz használják. A nagy szilárdság a korrózióállósággal kombinálva lehetővé teszi amorf ötvözetek használatát tengervízzel érintkező kábelek, valamint olyan termékek gyártásához, amelyek működési feltételei agresszív környezetnek való kitettséggel járnak.

A nagy szilárdság, a korrózió- és kopásállóság, valamint a lágy mágneses tulajdonságok kombinációja lehetővé teszi más alkalmazásokhoz is. Például lehetséges az ilyen üvegek induktorként való használata mágneses elválasztó eszközökben. A szalagból szőtt termékeket mágneses képernyőként használták. Ezeknek az anyagoknak az az előnye, hogy mágneses tulajdonságaik veszélyeztetése nélkül vághatók és hajlíthatók a kívánt formára.

Mivel az üvegek erősen túlhűtött folyadékok, hevítéskor kristályosodásuk általában erős gócképződéssel megy végbe, ami homogén, rendkívül finom szemcsés fémet eredményez. Ilyen kristályos fázist hagyományos feldolgozási módszerekkel nem lehet előállítani. Ez megnyitja a lehetőséget speciális forraszanyagok beszerzésére vékony szalag formájában. Ez a szalag könnyen meghajlik, és az optimális konfiguráció eléréséhez vágható és bélyegzhető. A forrasztásnál nagyon fontos, hogy a szalag homogén összetételű legyen, és megbízható érintkezést biztosítson a forrasztandó termékek minden pontján. A forrasztóanyagok magas korrózióállósággal rendelkeznek. A légi közlekedésben és az űrtechnológiában használják őket.

A jövőben lehetőség nyílik szupravezető kábelek előállítására a kezdeti amorf fázis kristályosításával.

Ismeretes az amorf ötvözetek kémiai reakciók katalizátoraként történő alkalmazása is. Például az amorf Pd-Rh ötvözet katalizátornak bizonyult a NaCl NaOH-ra és C12-re történő lebontásában, és a vasalapú ötvözetek nagyobb hozamot (körülbelül 80%) biztosítanak, mint a vaspor (körülbelül 15%). szintézis reakciója

4H2 + 2CO = C2H4 + 2H2O - (12,1)

Az amorf fémeket gyakran a jövő anyagainak nevezik, tulajdonságaik egyedisége miatt, amelyek a közönséges kristályos fémekben nem találhatók meg. Az amorf fémes anyagok fő alkalmazási területeire vonatkozó információkat a 12.4. táblázat tartalmazza.

Az amorf fémek széleskörű elterjedését nehezíti a magas költségek, a viszonylag alacsony hőstabilitás, valamint a keletkező szalagok, huzalok és granulátumok kis mérete. Ezen túlmenően az amorf ötvözetek szerkezetekben való felhasználása korlátozott, mivel alacsony a hegeszthetőségük.

3. Amorf és üveges félvezető anyagok

Félvezető tulajdonságokat mutató amorf és üvegszerű anyagok. Jellemzőjük a rövid távú rend jelenléte és a hosszú távú rend hiánya. Az amorf anyag speciális típusának tekinthető üveges félvezető anyagra jellemző a térrács jelenléte, amelyben a kovalens kötésű atomokon kívül poláris ioncsoportok is találhatók. Az ilyen anyagokban az atomcsoportok és az ionok közötti kötés a rövid hatótávolságú kovalens van der Waals erők miatt jön létre. A szervetlen üveges félvezetők elektronikus vezetőképességet mutatnak.

A kristályos félvezetőkkel ellentétben az üveges félvezetőknek nincs szennyező vezetőképességük. Az üveges félvezetők szennyeződései befolyásolják a sztöchiometriától való eltérést, és ezáltal megváltoztatják elektromos tulajdonságaikat. Ezek a félvezetők színesek és vastag rétegekben átlátszatlanok. Az üveges félvezető anyagokat téves szerkezet és telítetlen kémiai kötések jellemzik.

Az amorf és üveges félvezetőket összetételük és szerkezetük szerint oxidra, kalkogenidre, szervesre és tetraéderre osztják.

Az oxid-oxigéntartalmú üvegeket változó vegyértékű fém-oxidok, például V2O5-P2O5-ZnO olvasztásával állítják elő. Az ezeket az üvegeket alkotó fém-oxidok egyidejűleg legalább két különböző vegyértékű állapotúak ugyanannak az elemnek, ami meghatározza az elektronikus vezetőképességüket. Az oxigénmentes kalkogenid üvegeket kalkogéneknek (S, Se, Te) a periódusos rendszer III., IV., V. csoportjába tartozó elemekkel való olvasztásával állítják elő. A kalkogenid üvegszerű félvezetőket főként az olvadék hűtésével vagy vákuumban történő bepárlással állítják elő. Tipikus képviselői az arzén-szulfid és a szelenid. Ide tartoznak a különböző fémek (például Ge-S, Ge-Se, As-S, As-Se, Ge-SP, Ge-As-Se) kalkogenideinek (szulfidjainak, szelenideinek és telluridjainak) két- és többkomponensű üveges ötvözetei is. , As -S-Se, As-Ge-Se-Te, As-Sb-S-Se, Ge-S-Se, Ge-Pb-S). A kalkogenid üvegek nagy átlátszósággal rendelkeznek a spektrum infravörös tartományában, 1-18 mikron között. A komplex kalkogenid vegyületek amorf filmjei nagy lehetőségeket rejtenek fizikai-kémiai tulajdonságaik megváltoztatására.

A Si, Ge, GaAs és más félvezető anyagok amorf filmjei tulajdonságaik miatt gyakorlati szempontból nem érdekesek. A nagy hatótávolságú rend hiánya ezekben a félvezetőkben és számos hiba, például mikropórusok jelenléte számos atomban telítetlen lelógó kötések jelenlétéhez vezet. Ennek következménye a lokalizált állapotok nagy sűrűsége (1020 cm-3) a sávrésben. Az amorf félvezetők elektromos vezetőképességi folyamatának sajátosságai miatt szinte lehetetlen szabályozni az ilyen anyagok elektromos tulajdonságait.

A hidrogén bevitele az amorf szilícium filmekbe jelentősen megváltoztatja annak elektromos tulajdonságait. Az amorf szilíciumban feloldódva a hidrogén lezárja a lelógó kötéseket (telíti őket), ennek eredményeként egy ilyen „hidrogénezett” anyagban, az úgynevezett Si:H-ban a sávközben lévő állapotok sűrűsége meredeken csökken (1016-1017 cm-3-re). ). Egy ilyen anyagot hagyományos donor (P, As) és akceptor (B) szennyeződésekkel lehet adalékolni, elektronikus vagy lyuk típusú vezetőképességet adva, és p-n átmeneteket hozva létre benne. Szilícium alapú hidrogénezett amorf félvezetők sorozatát állítottak elő érdekes elektromos és optikai tulajdonságokkal: Si1-xCx:H, Si1-xGex:H, Si1-xNx:H, Si1-xSnx:H.

Az amorf és üveges félvezetők gyakorlati alkalmazásai változatosak. Az amorf szilícium a monokristályos szilícium olcsóbb alternatívájaként jelent meg például az erre épülő napelemek gyártásában. Az amorf szilícium optikai abszorpciója 20-szor nagyobb, mint a kristályos szilíciumé. Ezért a látható fény jelentős elnyeléséhez elegendő egy 0,5-1,0 μm vastagságú -Si:H film a drága 300 μm-es szilíciumhordozók helyett. A polikristályos szilícium cellákhoz képest a -Si:H alapú termékek alacsonyabb hőmérsékleten (300 °C) készülnek.

A hidrogénezett szilícium kiváló anyag fényérzékeny elemek létrehozására a xerográfiában, elsődleges képérzékelők (szenzorok), videocon targetek televíziós csövek továbbítására. A hidrogénezett amorf szilíciumból készült optikai szenzorok videoinformációk rögzítésére szolgálnak a memóriában, a textiliparban és a kohászati iparban hibakeresési célokra, automatikus expozíció- és fényerő-szabályozó eszközökben.

Az üveges félvezetők fényvezető félszigetelők, és elektrofotográfiában, információrögzítő rendszerekben és számos más területen használják. A spektrum hosszú hullámhosszú tartományában mutatkozó átlátszóságuk miatt a kalkogenid üveges félvezetőket optikai műszerekben stb.

4. Általános módszerek amorf anyagok előállítására

Az amorf anyagok előállításának általános módszerei kép formájában ábrázolhatók.

amorf fémes kristályos fizikai

Következtetés

Ipari szempontból nagyra értékelik az amorf anyagok kettős természetét. Az amorf szilárd anyagokkal kapcsolatos kísérleti és elméleti munka ezen anyagok szilárd szerkezetének paradox természetének jobb megértéséhez vezetett. Továbbá, miért kelt fel érdeklődés az amorf fémötvözetek iránt? Először is azért, mert az atomok elrendezésében kis hatótávolságú fémötvözetek a mai napig nagyon érdekes tárgyai a kondenzált anyag fizikájának.

Az elmúlt években fontos eredmények születtek az amorf fémes anyagok mechanikai, elektromos és mágneses tulajdonságainak vizsgálatában. Az amorf szerkezetekkel kapcsolatos kutatások teljes befejezése azonban még hátravan. A rövidtávú rend valóságnak megfelelő szerkezetének kérdése egyértelmű megoldást igényel. De a sorban következnek az amorf szerkezetek, amelyekben nincs még rövid hatótávolságú rend sem. Tehát az amorf anyagok jótékony tulajdonságainak vizsgálata a mai napig tart.

Felhasznált irodalom jegyzéke

1. A. West Solid State Chemistry, 2. rész, M.: Mir, 1988

2. Zolotukhin I.V. Amorf fémes anyagok fizikai tulajdonságai. M.: Kohászat, 1986. 176 p.

3. B. V. Nekrasov, Az általános kémia alapjai, M.: Kémia, 1973.

4. Filcek A. Amorf és üvegszerű szervetlen szilárd anyagok / A. Filcek. - M.: Mir, 1986. - 556 p.

5. Henney N. Szilárdtest-kémia / N. Henney. - M.: Mir, 1971. -223 p.

6. Amorf fémötvözetek / V.V. Nemoskalenko és mások / ill. szerk. V.V. Nemoskalenko. - Kijev: Naukova Dumka, 1987. - 248 p.

7. Suzuki, K. Amorf fémek / K. Suzuki, H. Fujimori, K. Hashimoto; szerkesztette Ts. Masumoto. - M.: Kohászat, 1987. - 328 p.

8. Ryabov, A.V. Az acélolvasztás korszerű módszerei ívkemencékben: tankönyv / A.V. Rjabov, I.V. Chumanov, M.V. Shishimirov. - Cseljabinszk: SUSU Kiadó, 2007. - 188 p.

9. Az OJSC "Asha Metallurgical Plant" honlapja: http://www.amet.ru.

10. "Wikipedia" webhely: http://ru.wikipedia.org

Közzétéve az Allbest.ru oldalon

...

Hasonló dokumentumok

Polimerek, mint szerves és szervetlen, amorf és kristályos anyagok. Molekuláik szerkezetének jellemzői. A "polimer" kifejezés története és jelentése. A polimer vegyületek osztályozása, példák típusaikra. Alkalmazás a mindennapi életben és az iparban.

bemutató, hozzáadva: 2010.11.10

A poliuretánok (PU) különféle tulajdonságai. Poliol és izocianát komponensek variációja. Nyersanyagok poliuretánok előállításához: izocianátok és többértékű alkoholok. PU festékek és lakkok, valamint intermedierek szintézisének módszerei. Modern módosítási módszerek.

absztrakt, hozzáadva: 2009.03.30

Az anyagok gáznemű, kondenzált, folyékony és amorf fázisai. A kristályos fázisok szerkezetének leírása. A kristályszerkezetek stabilitási határai. Szilárd testhibák. Ponthibák kölcsönhatása. Módszerek nem kristályos szilárd fázisok előállítására.

teszt, hozzáadva 2015.08.20

A nanokompozit anyagok általános jellemzői: metafizikai tulajdonságok elemzése, főbb alkalmazási területek. A metaanyagok sajátosságainak figyelembe vétele, az előállítás módjai. Bevezetés a nanorészecskék fizikai, elektronikus és fotofizikai tulajdonságaiba.

absztrakt, hozzáadva: 2013.09.27

A butil-gumi fizikai-kémiai tulajdonságainak létrehozásának és elemzésének története - fontos anyag, amelyet különféle gumi és egyéb anyagok gyártásához használnak az autóiparban és a vegyiparban. Technológia butil-kaucsuk szuszpenziós előállítására.

absztrakt, hozzáadva: 2010.10.21

A polimerek fizikai módosításának elterjedt módszerei specifikus tulajdonságok biztosítása érdekében. Magnetoplasztok termogravimetriás elemzése. A kaolin alapú anyagok összehasonlító jellemzői. A hőszigetelő anyagok tulajdonságai.

cikk, hozzáadva: 2009.07.26

Fémek fizikai és kémiai tulajdonságainak, egyszerű és összetett anyagokkal való kölcsönhatásuk jellemzőinek tanulmányozása. A fémek szerepe az emberi életben és a társadalomban. Elemek eloszlása a természetben. A fémek tulajdonságainak változásának mintázata egy csoportban.

bemutató, hozzáadva: 2013.02.08

Polimer keverékek fizikai és mechanikai tulajdonságainak vizsgálata. A gumikeverékek öntésének alapvető módszereinek tanulmányozása. Polimer anyagok keverése olvadékban és oldatban. Berendezések polimer keverékek előállításához. Minőségértékelés keverése.

absztrakt, hozzáadva: 2015.12.20

A poliolefinek szerkezeti jellemzői. Poliolefinek összehasonlító kémiai ellenállása különböző agresszív közegekben. Poliolefinek kémiai, fizikai, termikus, mechanikai, elektromos tulajdonságainak tanulmányozása. A polibutilén jellemzői és szerkezete.

tanfolyami munka, hozzáadva 2012.01.14

Az üzemanyagok és kenőanyagok lényege és általános osztályozása. Az üzemanyagok és olajok jellemzői. A zsírok tulajdonságainak és alkalmazási körének értékelése. Optimális tárolási feltételek különféle típusú üzemanyagokhoz és kenőanyagokhoz. Új technológiák fejlesztése és alkalmazása gyártásukban.

A 20. század utolsó éveiben a fizikusok és az anyagtudósok figyelmét az ilyen sűrített anyag hívta fel, amelyet az atomok térbeli rendezetlen elrendezése jellemez. J. Ziman angol fizikus a következőképpen fejezte ki a rendezetlen állapot iránti általános érdeklődést: „A kondenzált anyag rendezetlen fázisai - acél és üveg, föld és víz, bár a többi elem, a tűz és a levegő nélkül - összehasonlíthatatlanul gyakrabban és a gyakorlatban is megtalálhatók. A kifejezések nem kevésbé fontosak, mint az idealizált egykristályok, amelyek nem is olyan régen a szilárdtestfizika egyetlen gondja volt.”

A szilárd kondenzált anyagok közül kiemelt figyelmet érdemelnek az úgynevezett fémüvegek - amorf fémötvözetek (AMA), amelyek az atomok térbeli rendezetlen elrendezésével rendelkeznek. Egészen a közelmúltig a „fém” fogalmát a „kristály” fogalmával társították, amelynek atomjai szigorúan rendezett módon helyezkednek el a térben. A 60-as évek elején azonban. A tudományos világban az az üzenet terjedt el, hogy olyan fémötvözetek kerültek elő, amelyeknek nincs kristályszerkezete. Az atomok véletlenszerű elrendezésével rendelkező fémeket és ötvözeteket amorf fémüvegeknek kezdték nevezni, tisztelegve a fémötvözet és a szervetlen üveg rendezetlen szerkezete közötti analógia előtt.

Az amorf fémek felfedezése nagymértékben hozzájárult a fémek tudományához, jelentősen megváltoztatva a velük kapcsolatos ismereteinket. Kiderült, hogy az amorf fémek tulajdonságaikban feltűnően különböznek a fémkristályoktól, amelyeket az atomok rendezett elrendezése jellemez.

Az AMC-t az olvadékok gyors kioltásával nyerik 10 4–10 6 °C/s folyékony fém hűtési sebességgel, feltéve, hogy az ötvözet elegendő mennyiségű amorfizáló elemet tartalmaz. Az amorfizálók nem fémek: bór, foszfor, szilícium, szén. Ennek megfelelően az amorf fémötvözeteket „fém-nemfém” és „fém-fém” ötvözetekre osztják.

A „fém – nem fém” rendszer lágy mágneses ötvözeteit széles körben használják az iparban. Ezeket ferromágneses fémek - vas, nikkel, kobalt - alapján állítják elő, amorfizálóként nemfémek különféle kombinációit használva.

Az amorf ötvözetek szerkezete hasonló a fagyott folyadék szerkezetéhez. A megszilárdulás olyan gyorsan megy végbe, hogy az anyag atomjai megfagynak abban a pozícióban, amelyet folyékony állapotban elfoglaltak. Az amorf szerkezetre jellemző, hogy az atomok elrendezésében nincs nagy hatótávolságú rend (1. ábra), ennek köszönhetően nincs kristályos anizotrópia, nincsenek tömbök, szemcsék határai és egyéb, a polikristályos ötvözetekre jellemző szerkezeti hibák.

1. kép A hosszú távú (a) és rövid távú (b) megbízások szerkezetének számítógépes modelljei

Ennek az amorf szerkezetnek a következménye az amorf fémötvözetek szokatlan mágneses, mechanikai, elektromos tulajdonságai és korrózióállósága. A nagy mágneses lágyság mellett (a nagy mágneses indukciójú amorf ötvözetek elektromágneses veszteségei lényegesen alacsonyabbak, mint az összes ismert kristályos ötvözetben) ezek az anyagok kivételesen nagy mechanikai keménységgel és szakítószilárdsággal rendelkeznek, egyes esetekben hőtágulási együtthatóval rendelkeznek. közel nulla, elektromos ellenállásuk pedig három-négyszer nagyobb, mint a vas és ötvözetei esetében mért érték. Egyes amorf ötvözetek magas korrózióállósággal rendelkeznek.

Az amorf szerkezet kialakításával járó megszilárdulás alapvetően minden fém és ötvözet esetében lehetséges. A gyakorlati alkalmazásokhoz általában átmeneti fémek ötvözeteit (Fe, Co, Mn, Cr, Ni stb.) alkalmazzák, amelyekbe amorf elemeket, például B, C, Si, P, S hozzáadásával amorf szerkezetet alakítanak ki. az amorf ötvözetek általában körülbelül 80% (at.) egy vagy több átmenetifémet és 20% metalloidot tartalmaznak az amorf szerkezet kialakítására és stabilizálására. Az amorf ötvözetek összetétele hasonló az M 80 X 20 képlet szerint, ahol M egy vagy több átmenetifém, X pedig egy vagy több amorfizáló. Ismeretesek amorf ötvözetek, amelyek összetétele megfelel a megadott képletnek: Fe 70 Cr 10 P 15 B 5, Fe 40 Ni 40 Si 14 B 6, Fe 80 P 13 B 7 stb. az olvadék gyors lehűtése az üvegesedés hőmérséklete alá, így amorf fázis képződik. Az amorf ötvözetek termikus stabilitását leginkább a szilícium és a bór befolyásolja, a bórral és szénnel készült ötvözetek a legnagyobb szilárdságúak, a korrózióállóság pedig a króm és a foszfor koncentrációjától függ.

Az amorf ötvözetek termodinamikailag nem egyensúlyi állapotban vannak. Amorf természetüknek köszönhetően a fémüvegek a nemfémes üvegekben rejlő tulajdonságokkal rendelkeznek: hevítéskor szerkezeti ellazuláson, devitrifikáción és kristályosodáson mennek keresztül. Ezért az amorf ötvözetekből készült termékek stabil működéséhez szükséges, hogy hőmérsékletük ne haladja meg az egyes ötvözetekhez meghatározott bizonyos üzemi hőmérsékletet.

2. Eljárások amorf ötvözetek előállítására

A folyékony fém rendkívül nagy hűtési sebessége az amorf szerkezet kialakítása érdekében különféle módokon valósítható meg. Közös bennük, hogy legalább 10 6 °C/s hűtési sebességet biztosítanak.

Az amorf ötvözetek előállítására többféle módszer létezik: csepp katapultálása hideg lemezre, sugár permetezése gázzal vagy folyadékkal, csepp vagy sugár centrifugálása, a fémfelület vékony filmrétegének megolvasztása lézerrel, a tömeg gyors hőelvonásával. nem nemesfém, ultragyors hűtés gáznemű közegből stb.

Ezen módszerek alkalmazása lehetővé teszi különböző vastagságú szalagok, huzalok és porok előállítását.

A szalag átvétele. Az amorf szalag ipari előállításának leghatékonyabb módszerei a forgó dobok külső (tárcsás kioltás) vagy belső (centrifugális kioltás) felületére folyékony fémsugár hűtése, vagy az olvadék hengerítése a nagy hővezető képességű anyagokból készült hideghengerek között.

A 2. ábra ezen módszerek sematikus diagramjait mutatja be. Az indukciós kemencében kapott olvadékot semleges gáz préseli ki a fúvókából, és egy forgó hűtött test (hűtőszekrény) felületével érintkezve megszilárdul. A különbség az, hogy a centrifugális és tárcsás oltási módszereknél az olvadékot csak az egyik oldalon hűtik. A fő probléma a külső felület megfelelő fokú tisztasága, amely nem érintkezik a hűtővel. Az olvadékhengerlési eljárás jó minőséget produkál a szalag mindkét felületén, ami különösen fontos a mágneses rögzítőfejekhez használt amorf szalagok esetében. Mindegyik módszernek megvannak a maga korlátai a szalagok méretét illetően, mivel mind a megszilárdítási folyamatban, mind a használt berendezésben vannak különbségek. Ha a centrifugális edzés során a szalag szélessége legfeljebb 5 mm, akkor a hengerlés 10 mm vagy annál nagyobb szélességű szalagokat eredményez. Az egyszerűbb berendezéseket igénylő tárcsás edzési módszer az olvasztótégelyek méretétől függően a szalagszélesség széles tartományon belüli változtatását teszi lehetővé. Ez a módszer lehetővé teszi mind a keskeny, 0,1–0,2 mm széles szalagok, mind a szélesek - akár 100 mm-es - gyártását, és a szélességi pontosság ±3 mikron lehet. Legfeljebb 50 kg-os tégelykapacitású berendezéseket fejlesztenek ki.

2. ábra: a - centrifugális edzés; b - keményedés a lemezen; c - olvadékhengerlés; g - centrifugális edzés; d - bolygókeményedés

Minden oltóberendezésben a fém folyékony halmazállapotból gyorsan megszilárdul, és vékony rétegben szétterül a forgó hűtőszekrény felületén. Ha az ötvözet összetétele állandó, a hűtési sebesség az olvadék vastagságától és a hűtőszekrény jellemzőitől függ. A hűtőszekrényen lévő olvadék vastagságát annak forgási sebessége és az olvadék áramlási sebessége határozza meg, azaz függ a fúvóka átmérőjétől és az olvadékra ható gáznyomástól. Nagy jelentőséggel bír az olvadék koronghoz való bemeneti szögének helyes megválasztása, amely lehetővé teszi a fém és a hűtőszekrény közötti érintkezés időtartamának növelését. A hűtési sebesség magának az olvadéknak a tulajdonságaitól is függ: hővezető képesség, hőkapacitás, viszkozitás, sűrűség.

Fogadó vezeték. Vékony amorf huzal előállításához különféle módszereket alkalmaznak a szálak olvadékból való kihúzására (3. ábra).

3. ábra: a - az olvadék áthúzása hűtőfolyadékon (olvadékextrudálás); b - a szál kihúzása a forgó dobból; c - az olvadék kihúzása egy üvegkapillárisban; 1 - olvadék; 2 - hűtőfolyadék; 3 - üveg; 4 - fúvóka; 5 - huzal tekercselés

Az első módszer (3. ábra, a) - az olvadt fémet egy kerek csőben húzzák a sók vizes oldatán keresztül. A második módszer (3. ábra, b) - egy olvadt fémáram egy forgó dob belső felületén centrifugális erő által tartott folyadékba esik: a megszilárdult szálat ezután letekerik a forgó folyadékról. Egy ismert eljárás abból áll, hogy amorf huzalt állítanak elő úgy, hogy az olvadékot a lehető leggyorsabban egy üvegkapillárisba húzzák (3. ábra, c). Ezt a módszert Taylor-módszernek nevezik. A szálat az olvadék üvegcsővel történő egyidejű meghúzásával nyerik, a szál átmérője 2-5 mikron. A fő nehézséget a szál és az azt fedő üveg elválasztása jelenti, ami természetesen korlátozza az ezzel a módszerrel amorfizált ötvözetek összetételét.

Porok készítése. Amorf ötvözetporok előállításához használhatja a hagyományos fémporok előállításához használt módszereket és berendezéseket.

A 4. ábra vázlatosan bemutat számos olyan eljárást, amely lehetővé teszi nagy mennyiségben amorf porok előállítását. Ezek közül kiemelendőek a bevált permetezési módszerek (4. ábra, a).

4. ábra: a - permetezési módszer (permetezési módszer); b - kavitációs módszer; c - az olvadék forgótárcsával történő permetezési módja; 1 - por; 2 - alapanyag; 3 - fúvóka; 4 - hűtőfolyadék; 5 - hűtött lemez

Ismeretes az amorf porok előállítása kavitációs eljárással, amelyet az olvadék tekercsben hengerelésével, valamint az olvadék forgótárcsával történő permetezésével valósítanak meg. A kavitációs módszernél (4. ábra, b) két, például grafitból vagy bór-nitridből készült tekercs közötti résben (0,2–0,5 mm) olvadt fémet préselnek ki. Kavitáció lép fel - az olvadékot hengerek dobják ki por formájában, amely egy lehűtött lemezre vagy egy hűtő vizes oldatba esik. A hengerek közötti résben kavitáció lép fel, aminek következtében a fémben lévő gázbuborékok eltűnnek. A forgótárcsával történő permetezés módja (4. ábra, c) elvileg hasonló a korábban ismertetett vékony huzal előállításának módszeréhez, de itt a folyadékba kerülő olvadt fém turbulens mozgása miatt szóródik ki. Ezzel a módszerrel a port körülbelül 100 mikron átmérőjű granulátum formájában állítjuk elő.

3. Amorf ötvözetek jelölése, tulajdonságai és alkalmazásai

Az amorf ötvözetek jelölése a TU 14-1-4972-91 szerint alfanumerikus jelölési rendszerrel történik. Az elemeket az acélokhoz hasonlóan az orosz ábécé betűivel jelöljük. Az elem betűjelölése előtti számok az ötvözet átlagos tartalmát jelzik. A szilícium és a bór tartalma a márkajelzésen nincs feltüntetve, ezek össztartalma, mint amorfizáló elem, 20-25% (at.).

Az amorf ötvözetek kémiai összetételét a kémiai elemek szimbólumai is jelzik digitális indexekkel, amelyek az adott elem tartalmát jelzik (% (at.)), például Fe 31 B 14 Si 4 C 2. Az ipari méretekben gyártott ötvözeteket az USA-ban Metglasnak, Németországban Vitrovacnak, Japánban Amometnek hívják. Ezekhez a nevekhez kódszámot adunk.

A kötés fémes jellege miatt a fémüvegek számos tulajdonsága jelentősen eltér a nemfémes üvegek tulajdonságaitól. Ide tartozik a roncsolás viszkózus jellege, a magas elektromos és hővezető képesség, valamint az optikai jellemzők.

Az amorf ötvözetek sűrűsége mindössze 1-2%-kal kisebb, mint a megfelelő kristályos testek sűrűsége. A fémes üvegek szorosan záródó szerkezettel rendelkeznek, ami nagyon különbözik az irányított kötéssel rendelkező, nem fémes üvegek lazább szerkezetétől.

Az amorf fémek nagy szilárdságú anyagok. A nagy szilárdság mellett jó hajlékonyság jellemzi őket a tömörítésben (akár 50%) és a hajlításban. Szobahőmérsékleten az amorf ötvözeteket hidegen hengereljük vékony fóliába. A 25 mikron vastagságú Ni 49 Fe 29 P 14 B 6 A 12 amorf ötvözet csíkja mikrorepedések kialakulása nélkül hajlítható a borotvapenge hegye köré. Nyújtáskor azonban relatív nyúlásuk nem több 1-2%-nál. Ez azzal magyarázható, hogy szűken (10-40 nm) lokalizált nyírási sávokban plasztikus deformáció lép fel, és ezeken a sávokon túl gyakorlatilag nem alakul ki deformáció, ami a makroszkopikus szakítószilárdság alacsony értékéhez vezet. A Fe 40 Ni 40 P 14 B 6, Fe 80 B 20, Fe 60 Cr 6 Mo 6 B 28 amorf ötvözetek folyáshatára rendre 2400, 3600, 4500 MPa, a nagy szilárdságú acélok folyáshatára általában legfeljebb 2500 MPa.

Az amorf ötvözeteket a keménység és a szilárdság közötti egyértelmű lineáris kapcsolat jellemzi. Fe, Ni és Co alapú ötvözetek esetében érvényes a HV = 3,2 σ t kifejezés, amely lehetővé teszi a keménységmérő leolvasásainak megfelelő pontosságú használatát a szilárdsági jellemzők meghatározásához. Az amorf ötvözetek törési energiája és ütési szilárdsága is jelentősen meghaladja a hagyományos kristályos anyagok - acélok és ötvözetek, és még inkább a szervetlen üvegek - jellemzőit. A törés jellege fémüvegek képlékeny törésére utal. Ennek oka lehet a képlékeny deformáció következtében kialakuló adiabatikus felmelegedésük.

Amorf szerkezeti ötvözetek . Az AMC-k értékes mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Mindenekelőtt jellemzőjük a nagy keménység és szilárdság kombinációja. A HV keménység elérheti az 1000-et, a szilárdság pedig a 4000 MPa-t és magasabb értéket. Például a Fe 46 Cr 16 Mo 20 C 18 ötvözet keménysége HV 1150, szilárdsága 4000 MPa; ötvözet Co 34 Cr 28 Mo 20 C 18 - 1400, illetve 4100 MPa.

Az amorf szerkezeti ötvözeteket nagy rugalmas alakváltozás jellemzi - körülbelül 2%, alacsony duktilitás - δ = 0,03–0,3%. Az ötvözetek azonban nem sorolhatók a rideg anyagok közé, mivel bélyegezhetők, vághatók és hengerelhetők. Az ötvözetek jól alkalmazhatók hideghengerlésre 30-50%-os redukcióval és húzásra akár 90%-os redukcióval.

Egyes amorf ötvözetek mechanikai tulajdonságait az 1. táblázat tartalmazza.

Asztal 1 - Amorf fémötvözetek mechanikai tulajdonságai

Ötvözet	HV	σ be	σ 0,2	E,	E/σ in	δ, %
Ötvözet	HV	MPa		E,	E/σ in	δ, %
Fe 80 B 20	1 100	3 130	–	169	54	–
Fe 78 Mo2B 20	1 015	2 600	–	144	55	–
Fe 40 Ni 40 P 14 B 6	640	1 710	–	144	84	–
Fe 80 P 13 C 7	760	3 040	2 300	121	40	0,03
Fe 78 Si 10 B 12	890	3 300	2 180	85	26	0,3
Ni 75 Si 8 B 17	860	2 650	2 160	103	39	0,14
Ni 49 Fe 29 P 14 B 6 Al 2	–	1 960	–	103	53	0,02
Pd 80 Si 20	325	1 330	850	67	50	0,11
Cu 60 Zr 40	540	1 960	1 350	76	38	0,2
Ti 50 Be 40 Zr 10	730	1 860	–	106	57	–
Pd 77,5 Cu 6 Si 16,5	129	1 810	1 000	82	45	0,3
La 80 Al 20 *	–	430	–	24	56	0,1–0,2
Co 75 Si 15 B 10	910	2 940	–	104	36	–

* -269 °C-on.

A magas mechanikai tulajdonságok mellett az amorf szerkezeti ötvözetek jó korrózióállósággal rendelkeznek. Az amorf szerkezeti ötvözetek alkalmazásának lehetőségét korlátozza a viszonylag alacsony hőmérséklet (Tcryst) kristályos állapotba való átmenetük hevítéskor, a temper ridegség jelenléte, amely a Tcrystnél lényegesen alacsonyabb hőmérsékletre történő rövid távú melegítés során lép fel, valamint tény, hogy a gyártott anyagok köre korlátozott. Csak vékony szalagok, fóliák és szálak készülnek. Masszív nyersdarabok és termékek porkohászati módszerekkel állíthatók elő. A szokásos technológia - por alakú nyersdarabok szinterezése - azonban elfogadhatatlan az amorf anyagok alacsony hőstabilitása miatt. Kísérletileg amorf porokból mintákat készítenek robbanásszerű sajtolással.

Az amorf ötvözet élettartama az üzemi hőmérséklettől függ. Az amorf ötvözetek hőállósága alacsony. Vannak azonban olyan anyagok, amelyek T-kristálya nagyobb, mint 725 °C. Ezek közé tartozik különösen a Ti 40 Ni 40 Si 20 ötvözet, amely magas mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik: HV 1070, σ in = 3450 MPa és fajlagos szilárdság σ in /(ρg) = 58 km (ρ - sűrűség; g - szabadesési gyorsulás ) .

A nagy szilárdságú AMC fonalak kompozit anyagokban, a szalagok pedig tekercsként használhatók a nyomástartó edények megerősítésére.

Az amorf fémötvözetek ígéretes anyagok a rugalmas elemek gyártásához. Figyelmet érdemel a Ti 40 Be 40 Zr 10 ötvözet, amely nagy relaxációs ellenállással és rugalmas energiatartalékkal rendelkezik. Az ebből az ötvözetből készült rugók effektív ereje egy nagyságrenddel jobb, mint a hagyományos polikristályos fémekből készült rugók.

Az amorf ötvözetek szemcsehatárának hiánya, nagy keménysége, kopásállósága és korrózióállósága lehetővé teszi belőlük kiváló minőségű vékony élű szerszámok, például borotvapenge gyártását.

A termékek felületi rétegeinek lézeres megmunkálással történő amorfizálása (a keménység növelése érdekében) versenyezhet a hagyományos felületkeményítési módszerekkel. Ez a módszer különösen az egykristályos Ni 60 Nb 40 ötvözet felületi keménységét egy nagyságrenddel (HV 1050) növelte, és a következő összetételű öntöttvas termékek felületén HV 1200 keménységet ért el: 3,20% C ; 2,60% Si; 0,64% Mn, 0,06% R.

Lágy mágneses és kemény mágneses amorf ötvözetek . Az elektronikai termékekben amorf lágy mágneses ötvözeteket használnak. Kémiai összetételük szerint az ötvözetek három rendszerre oszthatók: vasalapú, vas és nikkel, vas és kobalt. Amorf fémes anyagokból nagyszámú összetételt fejlesztettek ki, de kísérleti és kísérleti tételekben korlátozott tartományú ötvözetek készülnek.

Vas alapú AMS nagy telítési indukció jellemzi (1,5-1,8 T). Ebben a tekintetben csak a második helyen állnak az elektromos acélok és a vas-kobalt ötvözetek után. Ígéretes az AMS alkalmazása a transzformátorokban. Ehhez azonban a transzformátor gyártási technológiájának változtatására van szükség (szalag tekercselése transzformátor tekercsekre, izzítás mágneses térben és inert környezetben, speciális magok tömítésének és impregnálásának feltételei). Ebbe az AMS-csoportba tartoznak a következő ötvözetek: Metglas 2605 (Fe 80 B 20), Amomet (Fe 78 Si 10 B 12), Amomet (Fe 82 Si 8 B 10), Amomet (Fe 81 B 13 Si 4 C 2), Metglas 26055C ( Fe 81 B 13 Si 13,5 C 1,5), 9ZhSR-A stb.

Vas-nikkel AMS magas mágneses permeabilitással rendelkeznek; telítési indukció szempontjából fémmágneses ötvözetekhez és ferritekhez hasonlíthatóak, kicsi a koercitív erejük és nagy a hiszterézishurok derékszögűsége. Az AMC-ket magasabb frekvencián működő transzformátorok és elektromágneses eszközök gyártására használják, ami lehetővé teszi a termékek méretének csökkentését. Ebbe az AMS-csoportba tartoznak a következő ötvözetek: Metglas 2826 (Fe 40 Ni 40 P 14 B 6), Metglas 2826 MB (Fe 40 Ni 38 Mo 4 B 19), Amomet (Fe 32 Ni 16 Si 18 B 14), N25-A, 10NSR stb.

Nagy áteresztőképességű vas-kobalt amorf fémötvözetek helyettesítheti a nagy indukciós permalloyokat az elektronikai berendezésekben, ez utóbbiakat bizonyos tulajdonságaiban és gyárthatóságában felülmúlja. Az amorf kobaltötvözetekből készült szalagokat kis méretű nagyfrekvenciás transzformátorok magjaiban használják különféle célokra, különösen másodlagos tápegységekhez és mágneses erősítőkhöz. Áramszivárgás-érzékelőkben, távközlési rendszerekben és érzékelőként (beleértve a fluxgate típust is), mágneses képernyőkhöz és hőmérséklet-érzékeny érzékelőkhöz, valamint nagy érzékenységű modulációs mágneses átalakítókhoz használják.

Az ötvözetek az információ rögzítésére és reprodukálására használt mágneses fejek. A megnövekedett kopásállóságuk és az alacsony intenzitású mezőkben tapasztalható magas mágneses tulajdonságaik miatt a kobalt alapú ötvözetek számos paraméterben felülmúlják az ilyen célra hagyományosan használt lágymágneses anyagokat. Az AMS ebbe a csoportjába ötvözetek tartoznak: Amomet (Fe 5 Co 70 Si 10 B 15), Amomet (Fe 5 Co 60 Cr 9 Si 5 B 15), K83-A, K25-A, 24KSR, 71KNSR, 45NPR-A stb. .

A katódporlasztásos módszerrel az SmCo 5 keménymágneses ötvözet 120 kT·A/m mágneses energiájú amorf filmjeit kaptuk, amelyek kis méretű állandó mágnesek gyártására használhatók különböző célokra.

Invar amorf ötvözetek. Egyes vasalapú AMC-k (93ZhKhR-A, 96ZhR-A) bizonyos hőmérsékleti tartományokban alacsony α lineáris tágulási együtthatóval rendelkeznek< 10 -6 (°С) -1 . При комнатной температуре их свойства близки к свойствам поликристаллического сплава 36Н. Они сохраняют низкое значение α вплоть до температуры 250–300 °С, в то время как сплав 36Н - до 100 °С.

Ellenálló amorf ötvözetek nagy elektromos ellenállással rendelkeznek. Az üvegszigetelésű mikrohuzalok készülnek belőlük. Az AMS (Ni–Si–B rendszerek) tulajdonságait tekintve előnyösen összehasonlítható a kristályos ötvözetekkel. Nagyságrenddel kisebb elektromos ellenállással és 1,5-szer nagyobb elektromos ellenállással rendelkeznek. Az ötvözetek paramágnesesek, korrózióállóak, az emf lineáris hőmérsékletfüggéssel és viszonylag magas kristályosodási hőmérséklettel rendelkeznek. A magnetokristályos anizotrópia hiánya a meglehetősen nagy elektromos ellenállással kombinálva csökkenti az örvényáram-veszteséget, különösen magas frekvenciákon. A Japánban kifejlesztett Fe 81 B 13 Si 4 C 2 amorf ötvözetből készült magok veszteségei 0,06 W/kg, azaz körülbelül hússzor kisebbek, mint a szemcseorientált transzformátoracél lemezek veszteségei. A transzformátoracélok helyett a Fe 83 B 15 Si 2 ötvözet használata esetén a hiszterézis energiaveszteségének csökkentése miatti megtakarítás csak az USA-ban eléri a 300 millió dollárt évente. Nemcsak precíziós ellenállások gyártására használhatók, hanem deformációk és mikroelmozdulások stb. mérésére szolgáló nyúlásmérőkhöz is. Ebbe a csoportba tartozó ötvözetek a következők: Ni 68 Si l5 B l7, Ni 68 Si 10 B 22, Ni 67 Si 4 B 29 , Ni 67 Si 7 B 26, Ni 68 Si l2 B 20, Cu 77 Ag 8 P 15, Cu 79 Ag 6 P 15, Cu 50 Ag 6 P 14 stb.

Az AMS ígéretes alkalmazási területei. A nagy szilárdság, a korrózió- és kopásállóság, valamint a lágymágneses tulajdonságok kombinációja sokféle alkalmazás lehetőségét jelzi. Például lehetséges az ilyen üvegek induktorként való használata mágneses elválasztó eszközökben. A szalagból szőtt termékeket mágneses képernyőként használták. Ezeknek az anyagoknak az az előnye, hogy mágneses tulajdonságaik veszélyeztetése nélkül vághatók és hajlíthatók a kívánt formára.

Ismeretes az amorf ötvözetek használata kémiai reakciók katalizátoraként. Például egy amorf Pd-Rb ötvözet katalizátornak bizonyult a NaCl (aq) NaOH-ra és Cl 2 -re bomlási reakciójában, és a vasalapú ötvözetek nagyobb hozamot (körülbelül 80%) biztosítanak a vasporhoz képest (kb. 15%) a 4H szintézis reakcióban 2 + 2CO = C 2 H 4 + 2 H 2 O.

A jövőben lehetőség nyílik szupravezető kábelek előállítására a kezdeti amorf fázis kristályosításával.

A krómot tartalmazó amorf vas-nikkel ötvözetek szokatlanul magas korrózióállóságot kínálnak a legkülönfélébb korrozív környezetekben.

Az 5. ábra a krómacélok és az amorf Fe 80-x Cr x P 13 C 7 ötvözetek kristályos mintáinak korróziós sebességét mutatja, amelyet a tömény NaCl-oldatban tartott minták tömegveszteségéből határoztunk meg. A 8% (at.) feletti krómtartalmú ötvözetek korrózióállósága több nagyságrenddel nagyobb, mint a klasszikus rozsdamentes acéloké.

5. ábra A krómtartalom hatása az amorf Fe 80-x Cr x P 13 C 7 ötvözet (1) és a kristályos Fe–Cr (2) és NaCl korróziós sebességére 30 °C-on

A krómot nem tartalmazó amorf ötvözet gyorsabban korrodál, mint a kristályos vas, azonban (a krómtartalom növekedésével) az amorf ötvözet korróziós sebessége meredeken csökken, és 8%-os (at.) Cr-tartalomnál a mikromérlegek már nem észlelik. 168 órás expozíció után.

Az amorf ötvözetek gyakorlatilag nincsenek kitéve a pontkorróziónak még sósavban történő anódos polarizáció esetén sem.

A nagy korrózióállóság annak köszönhető, hogy a felületen passziváló filmek képződnek, amelyek magas védőtulajdonságokkal, nagyfokú egyenletességgel és gyors képződéssel rendelkeznek. A króm mellett a foszfor bevezetése segít a korrózióállóság növelésében. A magas krómtartalmú kristályacélok filmje mindig tartalmaz mikropórusokat, amelyek idővel korróziós foltokká alakulnak. Bizonyos mennyiségű krómot és foszfort tartalmazó amorf ötvözeteken még 1 N-ben is nagy homogenitású passziváló film képződhet. HCl oldat. A homogén passziváló film kialakulását az amorf fázis kémiai és szerkezeti homogenitása biztosítja, amely mentes a kristályos hibáktól (fázisfelesleg csapadék, szegregációs képződmények és szemcsehatárok).

Fe 45 Cr 25 Mo 10 P 13 C 7 ötvözet, még olyan tömény oldatban is passzivál, mint 12 N. HCl-oldat 60 °C-on szinte nem korrodál. Ez az ötvözet korrózióállóságában felülmúlja a tantál fémet.

Az amorf fémeket gyakran nevezik a jövő anyagainak, tulajdonságaik egyedisége miatt, amelyek a közönséges kristályos fémekben nem találhatók meg (2. táblázat).

2. táblázat - Amorf fémes anyagok tulajdonságai és főbb felhasználási területei

Ingatlan	Alkalmazás	Ötvözet összetétele
Nagy szilárdság, nagy szívósság	Drót, erősítő anyagok, rugók, vágószerszámok	Fe75Si10B15
Magas korrózióállóság	Elektróda anyagok, szűrők savas oldatok, tengervíz, szennyvíz megmunkálásához	Fe45Cr25Mo10P13C7
Magas telítésű mágneses fluxussűrűség, alacsony veszteségek	Transzformátormagok, átalakítók, fojtótekercsek	Fe81B13Si4C2
Magas mágneses permeabilitás, alacsony koercitivitás	Mágneses fejek és képernyők, magnetométerek, jelzőberendezések	Fe5Co70Si10B15
A rugalmassági modulus állandósága és a lineáris tágulás hőmérsékleti együtthatója	Invar és elit anyagok	Fe83B17

Az amorf fémek széles körű elterjedését nehezíti a magas költségek, a viszonylag alacsony hőstabilitás, valamint a keletkező szalagok, huzalok és granulátumok kis mérete. Ezen túlmenően az amorf ötvözetek szerkezetekben való felhasználása korlátozott, mivel alacsony a hegeszthetőségük.

3.1. Amorf anyagok. A fémanyagok szimpla kettős vagy polikristályos ötvözetek. Acél, öntöttvas, duralumínium, sárgaréz stb. az emberek már régóta használják, de csak az új anyagok tudnak új igényeket kielégíteni. Az anyagok alapja gyakran megegyezik a polikristályos anyagokéval, de más technológiával elkészítve új tulajdonságokat kapnak. Most megvizsgálunk néhány technológiát

Ahhoz, hogy a gázfázisból amorf anyagot nyerjünk, szükséges, hogy a lerakódott atom kinetikai energiája ne haladja meg a hordozón lévő atomok kötési energiáját. Az alacsony mobilitású atomok véletlenszerűen helyezkednek el a hordozón, ezért szerkezet nélkül. A mozgékony atomok mozoghatnak, és energetikailag kedvezőbb szerkezetet hozhatnak létre. Előnyök: nagy hűtési sebesség, amely biztosítja az amorf állapot megőrzését. Hátrányok: az amorf réteg alacsony növekedési üteme, nagy vákuumigény, valamint a kiürített atmoszféra atomjainak az aljzatra kerülésének lehetősége. Specifikus technológiák: Termikus bepárlás vákuumban Lézeres vagy elektronsugaras bepárlás Plazmapárologtatás Katódporlasztás Plazmakémia, i.e. bomlás izzító kisülésben Előkészítés a gázfázisból

Az amorf anyagokat oldatból történő kicsapási reakciókkal nyerik. Ha a körülmények nagyon gyorsan változnak, akkor előfordulhat, hogy a kristályszerkezetnek nem lesz ideje rendeződni, és amorf lesz. Módszerek: Bepárlás. Kicsapószerek hozzáadása, például poláris oldószerhez - nem poláris vagy nem poláris - poláris. Elektrolitikus lerakódás. Itt foszfort vagy bórt adnak az elektrolitfürdőhöz. Elősegítik a nem kristályos fémek képződését. A gél termikus bomlása. Elkészítés oldatokból.

Előkészítés a kristályos fázisból 1. A legtriviálisabb dolog a gyors melegítés és gyors hűtés. Vagy más erős hatások, amelyek hatására az atomok elhagyhatják egyensúlyi helyzetüket. 2. Szilárd fázisú reakciók. 3. Erős mechanikai behatások, például bolygó- vagy vibrációs malomban, amikor a felület mechanikai rendellenességei mélyen az anyagba terjedhetnek. Például a diszlokációk, amelyekből annyi van, hogy nincs értelme kristályos anyagról beszélni. 4. A felület besugárzása neutronokkal, vagy ionokkal történő bombázás (például ionbeültetés). Lökéshullám hatása.

Előkészítés olvadékokból Ahhoz, hogy olvadékokból üvegeket állítsunk elő, nagy viszkozitás szükséges. Amint azt korábban tárgyaltuk, a kristályosodás új fázisú magok képződésén és növekedésén keresztül megy végbe. Ha a viszkozitás magas, a molekuláknak jelentős időre van szükségük a kristályok felépítéséhez. Ha gyorsan lehűtjük, a kristályos szerkezetnek nincs ideje felsorakoztatni. Példa szilícium-dioxiddal SiO 2. Olvadék 1722 C, üveg T 1222 C, olvadék viszkozitása 1 MPa.s. (Oxigén, kén, szelén-kalkogén). Kalkogenid üvegek - vegyületek más elemekkel. Tipikus összetételek: Ge S, Ge Se, As S, As Se, Ge S P, Ge As Se, Ge Se Te, As Se Te, Ge As Se Te stb. A nagy viszkozitás a vegyületeket amorf vagy üvegessé teszi.

Fémüvegek A fémüvegeket: ultragyors temperálás; nagyon gyors hűtés; gázpermetezés K/s; Centrifugálás Diszperzió A hűtés gázban lassú, folyadékban 10 5 K/s-ig, fémen 10 8 K/s-ig. Sörétszórás, plazmaszóró, hengeröntés, centrifuga öntés, forgóhenger fürdőben. Guruló két tekercs között. Vákuum alatt egy kapillárisba szívjuk, egy szerszámon keresztül préseljük, hűtéssel a héjban. Hegesztési módszerek lézeres besugárzással, nagyfeszültségű szikrával, gázkisüléssel, elektronsugárral - K/S-ig

Nanoanyagok Nanotudomány, nanotechnológia, nanostrukturált anyagok és tárgyak. Kijelölik a tudományos és technológiai politika kiemelt területeit a fejlett országokban. Így az USA-ban létezik a National Nanotechnology Initiative nevű program (költségvetés ~500 millió dollár). Az Európai Unió nemrégiben fogadta el a hatodik tudományos keretprogramot, amelyben a nanotechnológia vezető szerepet tölt be. Az Orosz Föderáció Ipari és Tudományos Minisztériuma és az Orosz Tudományos Akadémia is rendelkezik a prioritást élvező, áttörést jelentő technológiák listájával nano- előtaggal. A jelenlegi helyzet sok tekintetben hasonlít a teljes számítógép-forradalmat megelőző állapothoz, de a nanotechnológiai forradalom következményei még nagyobbak lesznek.

A nanotechnológia alapjai nanos, lefordítva törpe A nanoobjektumok köre - egyedi atomokból (R

A „felszíni” és „tömb” atomok aránya A vékony felületközeli rétegben (~1 nm) elhelyezkedő atomok aránya az R részecskeméret csökkenésével növekszik, mivel a ~ S/V ~ R 2 /R 3 ~ 1/ R (itt S a részecske felülete, V a térfogata). Köztudott, hogy a felszíni atomok tulajdonságai eltérnek az ömlesztett atomoktól, mivel más módon kapcsolódnak szomszédaikhoz, mint a tömegben. A felszíni réteg új halmazállapotnak tekinthető.

Magyarázatok az előző diához Példák az anyag specifikus viselkedésére szubmikron léptékű szinten és a nanoobjektumok specifitásának főbb okai. 1 - a tulajdonságok változásának oszcilláló jellege, 2 - a jellemző növekedése telítettséggel, 3 - a jellemző növekedése maximummal. Végül, ha egy objektum egy, két vagy három irányban atomi léptékkel rendelkezik, akkor tulajdonságai élesen eltérhetnek ugyanannak az anyagnak a tömeges tulajdonságaitól a viselkedésben megnyilvánuló kvantumtörvények miatt.

A biofizikusok egyetlen szerves molekulán alapuló nanoelektronikai eszközt készítettek, az Arizona State University-n pedig egyetlen szerves molekulából álló elektronikus eszközt. A hét anilin töredékből álló lánc negatív differenciálellenállásként viselkedik. A biofizikusok munkájának eredménye felhasználható a nanoelektronikában.

Mit és hogyan nyerünk? Nagy szilárdságú nanokristályos és amorf anyagok, a következő generációs mikroelektronika és optotronika vékonyréteg- és heteroszerkezetű komponensei, lágy és kemény mágneses anyagok, nanopórusos anyagok a vegyipar és petrolkémiai ipar számára, integrált mikroelektromechanikai eszközök, üzemanyagcellák, elektromos akkumulátorok és egyéb energiaátalakítók, biokompatibilis szövetek transzplantációhoz, gyógyhatású gyógyszerek.

A nanotechnológia szemei és ujjai Egy szonda, egy jól kihegyezett, ~10 nm csúcssugarú tű) és egy letapogató mechanizmus, amely képes három dimenzióban mozgatni a minta felületén. A durva pozicionálás háromtengelyes motoros asztalokkal történik. A finom pásztázást háromkoordinátás piezo-aktorokkal valósítják meg, amelyek lehetővé teszik a tű vagy a minta mozgatását egy angström töredékének pontosságával x-ben és y-ben tíz mikrométerrel, z-ben pedig mikrométeres egységekkel.

A jelenleg ismert módszerek a pásztázó alagútmikroszkópia; ebben az elektromosan vezető csúcs és a minta közé kis feszültséget (~ V) kapcsolunk, és a résben lévő áramot rögzítjük, a vizsgált minta felületén lévő atomok tulajdonságaitól és elrendezésétől függően; – atomerőmikroszkópia; pontról pontra rögzíti a tű felszín felé irányuló vonzási erejének változásait. A tű egy konzolos gerenda (konzolos) végén található, amely ismert merevséggel rendelkezik, és a vizsgált felület és a hegy csúcsa között fellépő kis erők hatására képes meghajolni. A konzol deformációját a hátsó felületére beeső lézersugár eltérítésével, vagy magában a konzolban fellépő piezorezisztív hatás segítségével rögzítjük; – közelmezős optikai mikroszkópia; benne a szonda egy optikai hullámvezető (szál), amely a minta felé néző végén a fény hullámhosszánál kisebb átmérőre szűkül.
mi vár rád? Az első lépés ebbe az irányba a mikro-nano-elektromechanikai rendszerek (MEMS/NEMS) létrehozása. A nanocsúcsok, nanokonzolok és egyszerűen a nanovezetők nagyon érzékeny és szelektív érzékelők lehetnek, amelyek ugyanazon a chipen helyezkednek el az elektronikával. Nano pumpák is hozzáadhatók hozzájuk, és az eredmény egy ~1 cm2-es tányéron elhelyezett analitikai kémiai laboratórium lesz.Vegyi harci anyagok, biológiai fegyverek, műorr és műnyelv elemzői már vannak. élelmiszerek (borok, sajtok, gyümölcsök, zöldségek) minősítésére.

Katonai alkalmazások Az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma például egy programot finanszíroz, amelynek célja a Smart dust – smart dust, azaz az intelligens por létrehozása. egy porszemnyi nagyságú mikrorobotcsalád, amely az ellenséges területen szétszórva minden repedésen és kommunikációs csatornán áthatol, saját hálózatot hoz létre, operatív információkat gyűjt és továbbít, különleges műveleteket hajt végre stb.

Orvostudomány Vannak humanisztikusabb projektek is: speciális mikrorobot orvosok létrehozása, amelyek egyesítik a diagnosztikus, a terapeuta és a sebész funkcióit, áthaladva az emberi keringési, nyirokrendszeri vagy egyéb rendszeren. Már készültek ilyen robotok mintái, amelyek minden funkcionális alkatrésze és mérete körülbelül 1 mm (jelenleg 2008 - 0,2 mm), és reális kilátás nyílik a méretük mikron és szubmikron szintre való csökkentésére.

A folyékony fém ultra-nagy hűtési sebessége az amorf szerkezet kialakítása érdekében különféle módokon valósítható meg. Közös bennük, hogy legalább 10 K/s hűtési sebességet kell biztosítani. Ismertek módszerek egy csepp hideg lemezre katapultálására, egy sugár permetezésére gázzal vagy folyadékkal, egy csepp vagy sugár centrifugálására, egy fémfelület vékony filmrétegének lézerrel történő olvasztására az alapfém tömegével történő gyors hőeltávolítással. , ultragyors hűtés gázhalmazállapotú közegből stb. Ezeknek a módszereknek az alkalmazása lehetővé teszi különböző szélességű és vastagságú szalagok, huzalok és porok előállítását.

A szalag átvétele.

ábrán. Az 1. ábra ezen módszerek sematikus diagramjait mutatja be. Az indukciós kemencében nyert olvadékot semleges gáz préseli ki a fúvókából, és egy forgó hűtött test (hűtőszekrény) felületével érintkezve megszilárdul. A különbség az, hogy a centrifugális kioltás és a korongon történő kioltás során az olvadékot csak az egyik oldalon hűtik. A fő probléma a külső felület megfelelő tisztaságának elérése, amely nem érintkezik a hűtővel. Az olvadékhengerlési eljárás jó minőséget produkál a szalag mindkét felületén, ami különösen fontos a mágneses rögzítőfejekhez használt amorf szalagok esetében. Mindegyik módszernek megvannak a maga korlátai a szalagok méretét illetően, mivel mind a megszilárdítási folyamat során, mind a módszerek hardveres kialakításában vannak eltérések.

Rizs. 1. Módszerek vékony szalag előállítására olvadékoltással:

A - centrifugális edzés; b - keményedés a lemezen; V - olvadékhengerlés; G - centrifugális edzés; d - bolygó letöltés lemezre

Rizs. 2 . Eszközök a keményítő szalag és a lemez érintkezési idejének növelésére: A - gázsugarak használata;

b - szorítószalag használata

Ha a centrifugális edzés során a szalag szélessége legfeljebb 5 mm, akkor a hengerlés 10 mm vagy annál nagyobb szélességű szalagokat eredményez. Az egyszerűbb berendezéseket igénylő tárcsás keményítési módszer az olvasztótégelyek méretétől függően széles tartományban teszi lehetővé a szalag szélességének változtatását. Ez a módszer lehetővé teszi mind a keskeny, 0,1-0,2 mm szélességű, mind a széles szalagok előállítását - 100 mm-ig, és a szélesség megtartásának pontossága ± 3 mikron lehet. Legfeljebb 50 kg-os tégelykapacitású berendezéseket fejlesztenek ki.

Minden edzésnél a fém folyékony halmazállapotból gyorsan megszilárdul, és vékony rétegben szétterül a forgó hűtőszekrény felületén. Ha az ötvözet összetétele állandó, a hűtési sebesség az olvadék vastagságától és a hűtőszekrény jellemzőitől függ. Az olvadék vastagságát a hűtőszekrényen forgási sebessége és az olvadék áramlási sebessége határozza meg, vagyis a fúvóka átmérőjétől és az olvadékra gyakorolt gáznyomástól függ. Nagy jelentőséggel bír az olvadék tárcsához való bemeneti szögének helyes megválasztása, amely lehetővé teszi a fém és a hűtőszekrény közötti érintkezés időtartamának növelését. A hűtési sebesség magának az olvadéknak a tulajdonságaitól is függ: hővezető képesség, hőkapacitás, viszkozitás, sűrűség.

A megszilárdult fém koronggal való érintkezésének időtartamának növelése speciális eszközökkel érhető el: a szalagot a koronghoz nyomó gázsugarak vagy a koronggal azonos sebességgel mozgó, berilliumot tartalmazó rézötvözetből készült szalag (13.34. ábra). . Így az amorf szalag maximális vastagsága az ötvözet kritikus hűtési sebességétől és az oltóberendezés képességeitől függ. Ha a telepítésben megvalósított hűtési sebesség kisebb, mint a kritikus, akkor a fém amorfizálódása nem következik be.

Rizs. 3. Vékony, olvadékban edzett huzal előállításának módszerei:

A - az olvadék áthúzása hűtőfolyadékon (olvadékextrudálás); b - a szál kihúzása egy forgó dobból; V - üvegkapillárisba húzzuk az olvadékot; 1 - olvadék; 2 - hűtőfolyadék; 3 - üveg; 4 - fúvóka; 5 - tekercselő huzal

Fogadó vezeték.

A vékony amorf huzal előállításához különféle módszereket alkalmaznak a szálak olvadékból való kihúzására.

Az első módszernél (3. ábra, A) Az olvadt fémet egy kör alakú csőben húzzák át a sók vizes oldatán. A másodikban (3. ábra. b) - egy forgó dob belső felületén centrifugális erő által visszatartott folyadékba olvadt fémsugár esik: a megszilárdult fonalat ezután letekerik a forgó folyadékról. Egy ismert módszer abból áll, hogy amorf huzalt állítanak elő úgy, hogy az olvadékot a lehető leggyorsabban egy üvegkapillárisba húzzák (3. ábra, V). Ezt a módszert Taylor-módszernek is nevezik. A szálat az olvadék üvegcsővel történő egyidejű meghúzásával nyerik, a szál átmérője 2-5 mikron. A fő nehézség itt a szál elválasztása az azt fedő üvegtől, ami természetesen korlátozza az ezzel a módszerrel amorfizált ötvözetek összetételét.

Porok készítése.Amorf ötvözetporok előállításához használhatja az ömlesztett fémporok előállításához használt módszereket és berendezéseket.

ábrán. A 4. ábra vázlatosan bemutat számos olyan eljárást, amely lehetővé teszi nagy mennyiségben amorf porok előállítását. Ezek közül elsőként a jól bevált permetezési módszereket kell megjegyezni.

Rizs. 4. Módszerek amorf porok előállítására:

A - permetezési módszer (permetezési módszer); b - kavitációs módszer; V - az olvadék forgótárcsával történő permetezési módja; 1 - por; 2 - alapanyag: 3 - fúvóka; 4 - hűtőfolyadék; 5 - hűtött tányér

a fémet két, például grafitból vagy bór-nitridből készült tekercs közötti résben (0,2-0,5 mm) préselik ki. Kavitáció lép fel - az olvadékot hengerek dobják ki por formájában, amely egy lehűtött lemezre vagy egy hűtő vizes oldatba esik. A hengerek közötti résben kavitáció lép fel, aminek következtében a fémben lévő gázbuborékok eltűnnek. Forgótárcsás permetezési módszer (4. ábra, V) elvileg hasonló a korábban ismertetett vékony huzalkészítési módszerhez, de itt a folyadékba kerülő olvadt fém turbulens mozgása miatt szóródik ki. Ezzel a módszerrel a port körülbelül 100 mikron átmérőjű granulátum formájában állítjuk elő.

típus