Amorfiset metallit

Amorfiset metallit ( metallilasit ) ovat amorfisen rakenteen omaavien metallisten kiinteiden aineiden luokka , joille on ominaista pitkän kantaman järjestyksen puuttuminen ja lyhyen kantaman järjestyksen esiintyminen atomien järjestelyssä. Toisin kuin metalleille, joilla on kiderakenne , amorfisille metalleille on ominaista faasihomogeenisuus, niiden atomirakenne on samanlainen kuin alijäähdytettyjen sulatteiden atomirakenne .

Historia

Vielä 1940-luvulla tiedettiin, että matalalämpötila-tyhjiöpinnoituksella saaduilla metallikalvoilla ei ole kiderakennetta. Amorfisten metallien tutkimus alkoi kuitenkin vuonna 1960 , jolloin Au 75 Si 25 -metallilasi hankittiin Kalifornian teknillisestä korkeakoulusta professori Pol Duwezin [1] johdolla .  Suuri tieteellinen kiinnostus aihetta kohtaan alkoi ilmaantua vuodesta 1970 lähtien, aluksi Yhdysvalloissa ja Japanissa ja pian Euroopassa , Neuvostoliitossa ja Kiinassa .

1990-luvulla löydettiin seoksia, jotka muuttuivat amorfiseksi jo noin 1°C/s jäähdytysnopeuksilla [2] [3] . Tämä mahdollisti useiden millimetrien luokkaa olevien näytteiden valmistamisen.

Luokitus

Amorfiset seokset jaetaan kahteen päätyyppiin: metalli - metalloidi ja metalli-metalli.

Amorfisoinnin aikana sammuttamalla nestemäisestä tilasta voidaan saada metalliseoksia, jotka sisältävät seuraavat alkuaineet:

Ominaisuudet

Joissakin ominaisuuksissa useat amorfiset metallit eroavat merkittävästi saman koostumuksen omaavista kiteisistä metalleista. Erityisesti jotkut niistä erottuvat suuresta lujuudesta ja sitkeydestä , korroosionkestävyydestä ja korkeasta magneettisesta läpäisevyydestä [4] .

Mekaaniset ominaisuudet

Useille metallilaseille on ominaista erittäin korkea lujuus ja kovuus . Amorfisissa metalliseoksissa , jotka perustuvat raudan alaryhmän alkuaineisiin (Fe, Co, Ni), kovuus HV voi ylittää 1000 H/m2 , lujuus on 4 H/ m2 . Samanaikaisesti metallilaseilla on erittäin korkea murtolujuus : esimerkiksi Fe 80 P 13 C 7 : n murtumisenergia on 110 kJ/m 2 , kun taas teräksellä X-200 tämän parametrin arvo on 17 kJ/m 2 .

Sähköiset ominaisuudet

Amorfisten metallien vastus on pääsääntöisesti noin 100-300 μΩ cm, mikä on paljon suurempi kuin kiteisten metallien vastus. Lisäksi erilaisten metallilasien kestävyydelle tietyillä lämpötila-alueilla on ominaista heikko lämpötilariippuvuus, ja joskus jopa laskee lämpötilan noustessa. Amorfisten metallien kestävyysominaisuuksia analysoitaessa erotetaan kolme ryhmää:

Yksinkertaisen metalli-yksinkertaisen metallin ryhmän metallilaseille on ominaista alhainen ominaisvastus (alle 100 μΩ cm). Lämpötilan noustessa tämän ryhmän eri materiaalien kestävyys voi joko kasvaa tai pienentyä.

Siirtymämetalli-metalloidiryhmän materiaalien kestävyys on alueella 100-200 μΩ cm. Lämpötilavastuskerroin on aluksi positiivinen, ja kun vastus saavuttaa ~150 μΩ cm, se muuttuu negatiiviseksi. Resistanssin vähimmäisarvo lämpötiloissa 10-20 K.

Siirtymämetalli-siirtymämetalliryhmän materiaalien vastus ylittää 200 μΩ cm. Lämpötilan noustessa vastus pienenee.

Joillakin amorfisilla lejeeringeillä on suprajohtavuus ja ne säilyttävät hyvän sitkeyden.

Haetaan

On monia tapoja saada metallilasit.

  1. Kaasumaisen metallin laskeuma
    • Tyhjiöpinnoite
    • ruiskuttamalla
    • Kemialliset reaktiot kaasufaasissa
  2. nestemäisen metallin jähmettyminen
    • Sammutus nestemäisestä tilasta
  3. Kiinteän metallin kiderakenteen rikkominen
    • Säteilytys hiukkasilla
    • shokkiaallon vaikutus
    • Ioni-istutus
  4. Elektrolyyttinen saostus liuoksista

Sammuttaminen nestemäisestä tilasta

Karkaisu nestemäisestä tilasta on tärkein menetelmä metallilasien saamiseksi. Tämä menetelmä koostuu sulan erittäin nopeasta jäähdytyksestä, jonka seurauksena se siirtyy kiinteään tilaan välttäen kiteytymistä - materiaalin rakenne pysyy lähes samana kuin nestemäisessä tilassa. Se sisältää useita menetelmiä, joiden avulla on mahdollista saada amorfisia metalleja jauheen, ohuen langan, ohuen nauhan ja levyjen muodossa. Lisäksi kehitettiin seoksia, joilla on alhainen kriittinen jäähdytysnopeus, mikä mahdollisti kolmiulotteisten metallilasien luomisen.

Jopa usean sadan milligramman painoisten levyjen saamiseksi jäähdytetylle kuparilevylle poltetaan suurella nopeudella pisara sulaa, jäähdytysnopeus on tässä tapauksessa 10 9 °C/s. Ohuiden nauhojen saamiseksi, joiden leveys on kymmenesosista kymmeniin millimetreihin, sulate ekstrudoidaan nopeasti pyörivälle jäähdytyspinnalle. Erilaisia ​​menetelmiä käytetään lankojen saamiseksi, joiden paksuus on yksiköistä satoihin mikroneihin. Ensimmäisessä tapauksessa sula vedetään putkessa jäähdyttävän vesiliuoksen läpi, jäähdytysnopeus on tässä tapauksessa 10 4 - 10 5 °C/s. Toisessa menetelmässä sulasuihku menee jäähdytysnesteeseen, joka sijaitsee pyörivän rummun sisäpuolella, missä sitä pitää keskipakovoima.

Sovellus

Hyvistä mekaanisista ominaisuuksista huolimatta metallilaseja ei käytetä kriittisinä osina rakenteissa niiden korkeiden kustannusten ja teknologisten vaikeuksien vuoksi. Lupaava suunta on korroosionkestävien amorfisten metalliseosten käyttö eri teollisuudenaloilla.

Puolustusteollisuudessa suojaavien panssaroitujen aitojen valmistuksessa käytetään amorfisten alumiinipohjaisten metalliseosten välikerroksia sammuttamaan läpäisevän ammuksen energiaa tällaisten välikerrosten suuren murtumislujuuden vuoksi.

Amorfisia metalleja käytetään magneettisten ominaisuuksiensa vuoksi magneettisten näyttöjen, lukupäiden (ääni- ja videonauhureiden, tiedontallennuslaitteiden), muuntajien ja muiden laitteiden valmistuksessa.

1980-luvun alusta lähtien amorfisia materiaaleja (pehmeitä magneettisia amorfisia metalliseoksia) on käytetty laajalti radio- ja sähkötuotteissa magneettipiirien (ytimien) valmistukseen, joita käytetään nykyään joissain tapauksissa permalloysien, ferriittien, sähköterästen ja magnetodielektriikan sijaan. Toinen metastabiilien nopeasti jäähdytettyjen metalliseosten luokan edustaja ja amorfisten metalliseosten aktiivinen kilpailija ovat nanokiteiset metalliseokset. Amorfisista aineista saaduilla nanokiteisillä materiaaleilla on erinomaiset ominaisuudet suurtaajuusalueella.

Joidenkin amorfisten metallien resistanssin matala lämpötilariippuvuus mahdollistaa niiden käytön vertailuvastuksina .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Klement, W.; Willens, RH; Duwez, P.O.L. Ei-kiteinen rakenne kiinteissä kulta-pii-seoksissa  (englanniksi)  // Nature : Journal. - 1960. - Voi. 187 , no. 4740 . - s. 869-870 . - doi : 10.1038/187869b0 .
  2. ↑ VV Molokanov ja VN Chebotnikov. [Key Engineering Materials, 40-41 (1990) 319-332 Ti- ja Zr-metalliyhdistepohjaisten metalliseosten lasinmuodostuskyky, rakenne ja ominaisuudet.
  3. ↑ A. Inoue, K. Ohtera, K. Kita ja T. Masumoto. [Japani. J. Appl. Phys Uudet amorfiset Mg-Ce-Ni-seokset, joilla on suuri lujuus ja hyvä sitkeys]. - 1988. - T. 27 . — S. L2248 .
  4. ↑ Dmitri Valentinovitš Luzgin, Vladislav Igorevitš Polkin. Volumetriset metallilasit: saaminen, rakenne, rakenteelliset muutokset lämmityksen aikana  // Izvestiya vuzov. Ei-rautametallien metallurgia. 2015; (6). - doi : 10.17073/0021-3438-2015-6- .

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa