Amorfní kovy

Amorfní kovy ( kovová skla ) jsou třídou kovových pevných látek s amorfní strukturou, která se vyznačuje absencí uspořádání na dlouhé vzdálenosti a přítomností uspořádání na krátké vzdálenosti v uspořádání atomů. Na rozdíl od kovů s krystalickou strukturou se amorfní kovy vyznačují fázovou homogenitou, jejich atomová struktura je podobná atomové struktuře přechlazených tavenin .

Historie

Ještě ve 40. letech 20. století bylo známo, že kovové filmy získané vakuovou nízkoteplotní depozicí nemají krystalickou strukturu. Studium amorfních kovů však začalo v roce 1960 , kdy bylo na California Institute of Technology pod vedením profesora Pol Duweze získáno kovové sklo Au 75 Si 25 [1] .  Velký vědecký zájem o toto téma se začal projevovat od roku 1970, zpočátku v USA a Japonsku , brzy i v Evropě , SSSR a Číně .

V 90. letech 20. století byly objeveny slitiny, které se staly amorfními již při rychlostech ochlazování kolem 1°C/s [2] [3] . To umožnilo vyrobit vzorky o rozměrech v řádu několika milimetrů.

Klasifikace

Amorfní slitiny se dělí na 2 hlavní typy: kov - metaloid a kov-kov.

Během amorfizace kalením z kapalného stavu lze získat slitiny obsahující následující prvky:

Vlastnosti

V některých vlastnostech se řada amorfních kovů výrazně liší od krystalických stejného složení. Některé z nich se vyznačují zejména vysokou pevností a houževnatostí , odolností proti korozi , vysokou magnetickou permeabilitou [4] .

Mechanické vlastnosti

Řada kovových skel se vyznačuje velmi vysokou pevností a tvrdostí . U amorfních slitin na bázi prvků podskupiny železa (Fe, Co, Ni) může tvrdost HV přesáhnout 1000 H/m 2 , pevnost je 4 H/m 2 . Kovová skla mají zároveň velmi vysokou lomovou houževnatost : např. lomová energie Fe 80 P 13 C 7 je 110 kJ/m 2 , zatímco u oceli X-200 je hodnota tohoto parametru 17 kJ/m 2 .

Elektrické vlastnosti

Odpor amorfních kovů je zpravidla asi 100-300 μΩ cm, což je mnohem více než odpor krystalických kovů. Kromě toho je odolnost různých kovových skel v určitých teplotních rozsazích charakterizována slabou teplotní závislostí a někdy dokonce klesá s rostoucí teplotou. Při analýze vlastností odolnosti amorfních kovů se rozlišují 3 skupiny:

Kovová skla skupiny jednoduchý kov-prostý kov se vyznačují nízkým měrným odporem (méně než 100 μΩ cm). S rostoucí teplotou se může odolnost různých materiálů této skupiny buď zvyšovat, nebo snižovat.

Odpor materiálů skupiny přechodný kov-metaloid leží v rozmezí 100-200 μΩ cm. Teplotní koeficient odporu je zpočátku kladný, a když odpor dosáhne ~150 μΩ cm, stává se záporným. Minimální hodnota odporu při teplotách 10-20 K.

Odpor materiálů skupiny přechodný kov-přechodný kov přesahuje 200 μΩ cm. S rostoucí teplotou odpor klesá.

Některé amorfní slitiny vykazují vlastnost supravodivosti při zachování dobré tažnosti.

Získání

Existuje mnoho způsobů, jak získat kovová skla.

  1. Depozice plynných kovů
    • Vakuové potahování
    • stříkání
    • Chemické reakce v plynné fázi
  2. tuhnutí tekutého kovu
    • Kalení z kapalného stavu
  3. Porušení krystalové struktury pevného kovu
    • Ozařování částicemi
    • dopad rázové vlny
    • Iontová implantace
  4. Elektrolytická depozice z roztoků

Kalení z kapalného stavu

Kalení z kapalného stavu je hlavní metodou pro získání kovových skel. Tato metoda spočívá v ultrarychlém ochlazení taveniny, v důsledku čehož přechází do pevného skupenství, přičemž nedochází ke krystalizaci - struktura materiálu zůstává téměř stejná jako v kapalném stavu. Zahrnuje několik metod, které umožňují získat amorfní kovy ve formě prášku, tenkého drátu, tenkého pásku a destiček. Rovněž byly vyvinuty slitiny s nízkou kritickou rychlostí ochlazování, což umožnilo vytvářet trojrozměrná kovová skla.

Pro získání desek o hmotnosti až několik set miligramů je kapka taveniny vystřelena vysokou rychlostí na chlazenou měděnou desku, rychlost ochlazování v tomto případě dosahuje 10 9 °C/s. Pro získání tenkých pásků o šířce desetin až desítek milimetrů se tavenina vytlačuje na rychle rotující chladicí plochu. K získání drátů o tloušťce od jednotek do stovek mikronů se používají různé metody. V prvním případě je tavenina tažena v trubici chladícím vodným roztokem, rychlost ochlazování je v tomto případě 10 4 -10 5 °C/s. U druhého způsobu proud taveniny vstupuje do chladicí kapaliny, která je umístěna na vnitřní straně rotujícího bubnu, kde je držena odstředivou silou.

Aplikace

Navzdory dobrým mechanickým vlastnostem se kovová skla nepoužívají jako kritické součásti konstrukcí kvůli jejich vysoké ceně a technologickým potížím. Slibným směrem je použití korozivzdorných amorfních slitin v různých průmyslových odvětvích.

V obranném průmyslu se při výrobě ochranných pancéřových plotů používají mezivrstvy z amorfních slitin na bázi hliníku k uhašení energie průnikového projektilu kvůli vysoké lomové houževnatosti takových mezivrstev.

Pro své magnetické vlastnosti se amorfní kovy používají při výrobě magnetických obrazovek, čtecích hlav (audio a video rekordéry, zařízení pro ukládání informací), transformátorů a dalších zařízení.

Od počátku osmdesátých let se amorfní materiály (měkké magnetické amorfní slitiny) široce používají v rádiových a elektrických výrobcích pro magnetické obvody (jádra), které se nyní v některých případech používají místo permalloyí, feritů, elektroocelí a magnetodielektrik. Druhým zástupcem nové třídy metastabilních rychle chlazených slitin a aktivním rivalem amorfních slitin jsou nanokrystalické slitiny. Nanokrystalické materiály získané z amorfních mají vynikající vlastnosti ve vysokofrekvenční oblasti.

Nízká teplotní závislost odporu některých amorfních kovů umožňuje jejich použití jako referenční odpory .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Klement, W.; Willens, RH; Duwez, P.O.L. Nekrystalická struktura v solidifikovaných slitinách zlata a křemíku  (anglicky)  // Nature : journal. - 1960. - Sv. 187 , č.p. 4740 . - S. 869-870 . - doi : 10.1038/187869b0 .
  2. ↑ VV Molokanov a VN Čebotnikov. [Key Engineering Materials, 40-41 (1990) 319-332 Schopnost tvořit sklo, struktura a vlastnosti slitin na bázi intermetalických sloučenin Ti a Zr].
  3. ↑ A. Inoue, K. Ohtera, K. Kita a T. Masumoto. [Japonsko. J. Appl. Phys Nové amorfní slitiny Mg-Ce-Ni s vysokou pevností a dobrou tažností]. - 1988. - T. 27 . — S. L2248 .
  4. ↑ Dmitrij Valentinovič Luzgin, Vladislav Igorevič Polkin. Objemová kovová skla: získávání, struktura, strukturální změny během ohřevu  // Izvestiya vuzov. Neželezná metalurgie. 2015;(6). - doi : 10.17073/0021-3438-2015-6- .

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích