Mga amorphous na haluang metal. Amorphous na materyales: ang kanilang mga katangian, aplikasyon sa modernong teknolohiya, mga pamamaraan ng produksyon Synthesis ng mala-kristal at amorphous na mga materyales

SA mga nakaraang taon Noong ika-20 siglo, ang atensyon ng mga physicist at mga materyales na siyentipiko ay nakuha sa naturang condensed media, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang hindi maayos na pag-aayos ng mga atomo sa kalawakan. Ang Ingles na physicist na si J. Ziman ay nagpahayag ng pangkalahatang interes sa hindi maayos na estado tulad ng sumusunod: "Ang mga hindi maayos na yugto ng condensed media - bakal at salamin, lupa at tubig, kahit na wala ang iba pang mga elemento, apoy at hangin - ay matatagpuan nang mas madalas at sa Ang mga praktikal na termino ay hindi gaanong mahalaga kaysa sa mga idealized na solong kristal, na hindi pa matagal na ang nakalipas ay ang tanging pag-aalala ng solid state physics.

Kabilang sa solid condensed media, ang tinatawag na metallic glasses ay nararapat na espesyal na atensyon - amorphous metal alloys (AMS) na may hindi maayos na pag-aayos ng mga atomo sa espasyo. Hanggang kamakailan lamang, ang konsepto ng "metal" ay nauugnay sa konsepto ng "kristal", ang mga atomo na kung saan ay nakaayos sa isang mahigpit na nakaayos na espasyo. Gayunpaman, sa unang bahagi ng 60s. sa siyentipikong mundo, kumalat ang isang mensahe na nakuha ang mga metal na haluang metal na walang kristal na istraktura. Ang mga metal at haluang metal na may random na pag-aayos ng mga atom ay nagsimulang tawaging amorphous metallic na baso, na nagbibigay pugay sa pagkakatulad na umiiral sa pagitan ng hindi maayos na istraktura ng isang metal na haluang metal at hindi organikong baso.

Ang pagtuklas ng mga amorphous na metal ay gumawa ng malaking kontribusyon sa agham ng mga metal, na makabuluhang nagbabago sa ating pang-unawa sa mga ito. Ito ay lumabas na ang mga amorphous na metal ay kapansin-pansing naiiba sa kanilang mga katangian mula sa mga metal na kristal, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang nakaayos na pag-aayos ng mga atomo.

Nakukuha ang AMS sa pamamagitan ng mabilis na pagsusubo ng mga natutunaw sa mga rate ng paglamig ng likidong metal na 10 4 -10 6 °C/s at sa kondisyon na ang haluang metal ay naglalaman ng sapat na dami ng mga elemento ng amorphizing. Ang mga amorphizer ay hindi metal: boron, phosphorus, silicon, carbon. Alinsunod dito, ang mga amorphous na haluang metal ay nahahati sa "metal-non-metal" at "metal-metal" na mga haluang metal.

Ang malambot na magnetic alloys ng "metal-non-metal" na sistema ay malawakang ginagamit sa industriya. Ang mga ito ay nakuha sa batayan ng ferromagnetic metal - iron, nickel, cobalt, gamit ang iba't ibang mga kumbinasyon ng mga non-metal bilang mga amorphizer.

Ang istraktura ng mga amorphous na haluang metal ay katulad ng istraktura ng isang frozen na likido. Ang solidification ay nangyayari nang napakabilis na ang mga atomo ng bagay ay nagyelo sa mga posisyon na kanilang inookupahan kapag nasa likidong estado. Ang amorphous na istraktura ay nailalarawan sa pamamagitan ng kawalan ng pangmatagalang pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga atomo (Larawan 1), dahil kung saan walang mala-kristal na anisotropy dito, walang mga hangganan ng bloke, butil, at iba pang mga depekto sa istruktura na tipikal ng mga polycrystalline alloys. .

Larawan 1. mga modelo ng kompyuter mga istruktura ng long-range (a) at short-range (b) na mga order

Ang kinahinatnan ng amorphous structure na ito ay ang hindi pangkaraniwang magnetic, mechanical, electrical properties at corrosion resistance ng amorphous metal alloys. Kasama ng mataas na magnetic softness (ang antas ng electromagnetic losses sa amorphous alloys na may mataas na magnetic induction ay lumalabas na makabuluhang mas mababa kaysa sa lahat ng kilalang crystalline alloys), ang mga materyales na ito ay nagpapakita ng napakataas na mechanical hardness at tensile strength, sa ilang mga kaso mayroon silang thermal expansion coefficient malapit sa zero, at ang kanilang electrical resistivity ay tatlo hanggang apat na beses na mas mataas kaysa sa halaga nito para sa bakal at mga haluang metal nito. Ang ilan sa mga amorphous na haluang metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na paglaban sa kaagnasan.

Ang solidification sa pagbuo ng isang amorphous na istraktura ay panimula na posible para sa lahat ng mga metal at haluang metal. Para sa mga praktikal na aplikasyon, ang mga haluang metal ng mga transition na metal (Fe, Co, Mn, Cr, Ni, atbp.) ay karaniwang ginagamit, kung saan ang mga amorphous na elemento ng uri B, C, Si, P, S ay idinagdag upang bumuo ng isang amorphous na istraktura. Ang ganitong mga amorphous na haluang metal ay karaniwang naglalaman ng humigit-kumulang 80 % (at.) ng isa o higit pang transition metal at 20% ng mga metalloid na idinagdag upang mabuo at patatagin ang amorphous na istraktura. Ang komposisyon ng mga amorphous na haluang metal ay malapit sa formula na M 80 X 20 kung saan ang M ay isa o higit pang mga transition metal, at X ay isa o higit pang mga amorphizer. Mga kilalang amorphous alloy, ang komposisyon nito ay tumutugma sa formula sa itaas: Fe 70 Cr 10 P 15 B 5 , Fe 40 Ni 40 Si 14 B 6 , Fe 80 P 13 B 7 at iba pa. glass transition upang ang isang amorphous phase ay nabuo ang resulta. Ang silikon at boron ay may pinakamalaking impluwensya sa thermal stability ng mga amorphous na haluang metal, ang mga haluang metal na may boron at carbon ay may pinakamalaking lakas, at ang paglaban sa kaagnasan ay nakasalalay sa konsentrasyon ng chromium at phosphorus.

Ang mga amorphous na haluang metal ay nasa isang thermodynamically nonequilibrium na estado. Dahil sa kanilang amorphous na kalikasan, ang mga metal na baso ay may mga katangian na likas sa mga di-metal na baso: kapag pinainit, sumasailalim sila sa structural relaxation, devitrification, at crystallization. Samakatuwid, para sa matatag na operasyon ng mga produktong gawa sa mga amorphous na haluang metal, kinakailangan na ang kanilang temperatura ay hindi lalampas sa isang tiyak na temperatura ng pagpapatakbo na tinukoy para sa bawat haluang metal.

2. Mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga amorphous na haluang metal

Ang napakataas na mga rate ng paglamig ng likidong metal upang makakuha ng amorphous na istraktura ay ipinapatupad sa iba't ibang paraan. Ang pagkakapareho nila ay upang matiyak ang rate ng paglamig na hindi bababa sa 106 °C/s.

Mayroong iba't ibang mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga amorphous na haluang metal: pagbuga ng isang patak sa isang malamig na plato, atomization ng isang jet na may isang gas o likido, centrifugation ng isang drop o jet, pagtunaw ng isang manipis na pelikula ng isang metal na ibabaw ng isang laser na may mabilis na init pag-alis sa pamamagitan ng masa ng base metal, ultrafast cooling mula sa isang gaseous medium, atbp.

Ang paggamit ng mga pamamaraang ito ay ginagawang posible upang makakuha ng tape ng iba't ibang kapal, mga wire at pulbos.

Pagtanggap ng tape. Karamihan mabisang paraan industriyal na produksyon Ang amorphous tape ay ang paglamig ng isang jet ng likidong metal sa panlabas (hardening sa disk) o panloob (centrifugal hardening) na ibabaw ng mga umiikot na drum o pag-roll ng tunaw sa pagitan ng mga cold roll na gawa sa mga materyales na may mataas na thermal conductivity.

Ipinapakita ng Figure 2 mga diagram ng circuit mga pamamaraang ito. Ang natutunaw na nakuha sa induction furnace ay pinipiga ng neutral na gas mula sa nozzle at nagpapatigas kapag nadikit sa ibabaw ng umiikot na cooled body (refrigerator). Ang pagkakaiba ay na sa mga pamamaraan ng centrifugal hardening at hardening sa isang disk, ang matunaw ay pinalamig lamang sa isang panig. Ang pangunahing problema ay upang makakuha ng sapat na antas ng kalinisan ng panlabas na ibabaw, na hindi nakikipag-ugnay sa refrigerator. Ginagawang posible ng melt rolling method na makakuha ng magandang kalidad sa magkabilang ibabaw ng tape, na lalong mahalaga para sa mga amorphous tape na ginagamit para sa mga magnetic recording head. Ang bawat pamamaraan ay may sariling mga limitasyon sa laki ng sinturon, dahil may mga pagkakaiba sa parehong proseso ng paggamot at kagamitan na ginamit. Kung, sa panahon ng centrifugal hardening, ang lapad ng tape ay hanggang sa 5 mm, pagkatapos ay sa pamamagitan ng pag-roll, ang mga tape na may lapad na 10 mm o higit pa ay nakuha. Ang disc quenching method, na nangangailangan ng mas simpleng apparatus, ay nagbibigay-daan sa lapad ng band na iba-iba sa isang malawak na hanay depende sa laki ng mga natutunaw na crucibles. Ginagawang posible ng pamamaraang ito na makagawa ng parehong makitid na mga teyp na may lapad na 0.1–0.2 mm at lapad na hanggang 100 mm, at ang katumpakan ng lapad ay maaaring ±3 µm. Ang mga halaman na may pinakamataas na kapasidad ng crucible na hanggang 50 kg ay binuo.

Larawan 2. : a - centrifugal hardening; b - pagpapatigas sa disk; c - matunaw na lumiligid; g - centrifugal hardening; d - pagpapatigas ng planeta

Sa lahat ng likidong hardening machine, ang metal ay mabilis na nagpapatigas, na kumakalat sa isang manipis na layer sa ibabaw ng umiikot na palamigan. Sa patuloy na komposisyon ng haluang metal, ang rate ng paglamig ay nakasalalay sa kapal ng matunaw at mga katangian ng palamigan. Ang kapal ng matunaw sa palamigan ay tinutukoy ng bilis ng pag-ikot nito at ang bilis ng pag-agos ng matunaw, ibig sabihin, depende ito sa diameter ng nozzle at ang presyon ng gas sa matunaw. Pinakamahalaga ay may tamang pagpili ng anggulo ng matunaw na supply sa disk, na nagbibigay-daan upang madagdagan ang tagal ng pakikipag-ugnay ng metal sa palamigan. Ang rate ng paglamig ay nakasalalay din sa mga katangian ng matunaw mismo: thermal conductivity, kapasidad ng init, lagkit, density.

Pagkuha ng wire. Upang makakuha ng manipis na amorphous wire, ginagamit ang iba't ibang paraan ng pagguhit ng mga hibla mula sa natunaw (Larawan 3).

Larawan 3. : a - paghila ng matunaw sa pamamagitan ng coolant (melt extrusion); b - paghila ng sinulid mula sa umiikot na drum; c - lumalawak ang matunaw sa isang glass capillary; 1 - matunaw; 2 - coolant; 3 - salamin; 4 - nguso ng gripo; 5 - wire winding

Ang unang paraan (Figure 3, a) - ang tinunaw na metal ay iginuhit sa isang pabilog na tubo sa pamamagitan ng isang may tubig na solusyon ng mga asing-gamot. Ang pangalawang paraan (Larawan 3, b) - isang jet ng tinunaw na metal ay nahuhulog sa isang likido na hawak ng centrifugal force sa loobang bahagi umiikot na drum: ang solidified na sinulid ay tinanggal mula sa umiikot na likido. Ang isang paraan ay kilala na binubuo sa pagkuha ng isang amorphous wire sa pamamagitan ng paghila ng matunaw sa lalong madaling panahon sa isang glass capillary (Figure 3, c). Ang pamamaraang ito ay tinatawag na pamamaraang Taylor. Ang hibla ay nakukuha sa pamamagitan ng paghila ng matunaw nang sabay-sabay sa glass tube, habang ang fiber diameter ay 2-5 µm. Ang pangunahing kahirapan ay namamalagi sa paghihiwalay ng hibla mula sa salamin na sumasaklaw dito, na natural na nililimitahan ang komposisyon ng mga haluang metal na na-amorphize ng pamamaraang ito.

Pagkuha ng mga pulbos. Para sa paggawa ng mga pulbos ng mga amorphous na haluang metal, posible na gamitin ang mga pamamaraan at kagamitan na ginagamit para sa paggawa ng mga maginoo na pulbos na metal.

Ang Figure 4 ay nagpapakita ng eskematiko ng ilang mga pamamaraan na ginagawang posible upang makakuha ng mga amorphous na pulbos sa malalaking dami. Kabilang sa mga ito, dapat tandaan ang mga paraan ng pag-spray (Figure 4, a) na napatunayang mabuti ang kanilang sarili.

Larawan 4. : a - spray method (paraan ng spray); b - paraan ng cavitation; c - paraan ng pag-spray ng matunaw na may umiikot na disk; 1 - pulbos; 2 - feedstock; 3 - nguso ng gripo; 4 - coolant; 5 - pinalamig na plato

Kilala para sa paggawa ng mga amorphous na pulbos sa pamamagitan ng paraan ng cavitation, na ipinatupad sa pamamagitan ng pag-roll ng matunaw sa mga rolyo, at sa pamamagitan ng pag-spray ng matunaw na may umiikot na disk. Sa pamamaraan ng cavitation (Larawan 4, b), ang tinunaw na metal ay pinipiga sa pagitan ng dalawang rolyo (0.2–0.5 mm), na ginawa, halimbawa, mula sa grapayt o boron nitride. Nangyayari ang cavitation - ang pagkatunaw ay pinalabas ng mga roller sa anyo ng pulbos, na nahuhulog sa isang cooled plate o sa isang cooling water solution. Ang cavitation ay nangyayari sa puwang sa pagitan ng mga roll, bilang isang resulta kung saan ang mga bula ng gas na nasa metal ay nawawala. Ang paraan ng pag-spray gamit ang isang umiikot na disk (Larawan 4, c) ay sa prinsipyo ay katulad ng naunang inilarawan na paraan para sa paggawa ng manipis na kawad, ngunit dito ang tinunaw na metal, na nahuhulog sa likido, ay na-spray dahil sa magulong paggalaw nito. Sa pamamaraang ito, ang isang pulbos ay nakuha sa anyo ng mga butil na may diameter na halos 100 microns.

3. Pagmamarka, mga katangian at paggamit ng mga amorphous na haluang metal

Ang pagmamarka ng mga amorphous na haluang metal ay isinasagawa alinsunod sa TU 14-1-4972-91 gamit ang isang alphanumeric notation. Ang mga elemento ay itinalaga ng mga titik ng alpabetong Ruso sa parehong paraan tulad ng ibinigay para sa mga bakal. Ang mga numero bago ang pagtatalaga ng titik ng elemento ay nagpapahiwatig ng average na nilalaman nito sa haluang metal. Ang nilalaman ng silikon at boron ay hindi ipinahiwatig sa pagtatalaga ng tatak, ang kanilang kabuuang nilalaman, bilang mga elemento ng amorphizing, ay 20-25% (at.).

Ang kemikal na komposisyon ng mga amorphous na haluang metal ay tinutukoy din ng mga simbolo mga elemento ng kemikal na may mga numerical na indeks na nagpapahiwatig ng nilalaman ng isang ibinigay na elemento (% (at.)), halimbawa, Fe 31 B 14 Si 4 C 2 . Ang mga komersyal na ginawang haluang metal ay tinatawag na Metglas sa US, Vitrovac sa Germany, at Amomet sa Japan. May idinagdag na code number sa mga pangalang ito.

Dahil sa likas na metal ng bono, maraming katangian ng mga basong metal ay malaki ang pagkakaiba sa mga hindi metal na baso. Kabilang dito ang malapot na katangian ng bali, mataas na electrical at thermal conductivity, at optical na katangian.

Ang density ng mga amorphous na haluang metal ay 1-2% na mas mababa kaysa sa density ng kaukulang mga mala-kristal na katawan. Ang mga metal na baso ay may malapit na istraktura, na ibang-iba sa mas maluwag na istraktura ng mga baso na hindi metal na may mga itinuro na mga bono.

Ang mga amorphous na metal ay mga materyales na may mataas na lakas. Kasama ng mataas na lakas, ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mahusay na kalagkit sa compression (hanggang sa 50%) at baluktot. Sa temperatura ng silid, ang mga amorphous na haluang metal ay malamig na pinagsama sa manipis na mga foil. Ang isang 25 µm na kapal Ni 49 Fe 29 P 14 B 6 A 12 amorphous alloy tape ay maaaring ibaluktot sa dulo ng isang razor blade nang hindi bumubuo ng mga microcrack. Gayunpaman, kapag nakaunat, ang kanilang kamag-anak na pagpahaba ay hindi hihigit sa 1-2%. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang plastic deformation ay nangyayari sa makitid (10-40 nm) na naisalokal na mga banda ng paggugupit, at sa labas ng mga banda na ito, ang pagpapapangit ay halos hindi nabubuo, na humahantong sa mababang halaga ng macroscopic tensile plasticity. Ang lakas ng ani ng mga amorphous na haluang metal Fe 40 Ni 40 P 14 B 6 , Fe 80 B 20 , Fe 60 Cr 6 Mo 6 B 28 ay, ayon sa pagkakabanggit, 2400, 3600, 4500 MPa, at ang yield strength ng high-strength steels ay karaniwang hindi hihigit sa 2 500 MPa.

Ang mga amorphous na haluang metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malinaw na linear na relasyon sa pagitan ng katigasan at lakas. Para sa mga haluang metal batay sa Fe, Ni, Co, ang expression na HV = 3.2 σ t ay wasto, na ginagawang posible na gamitin ang mga pagbabasa ng hardness tester na may sapat na katumpakan upang matukoy ang mga katangian ng lakas. Ang enerhiya ng pagkasira at ang lakas ng epekto ng mga amorphous na haluang metal ay higit na lumampas sa mga katangiang ito ng mga maginoo na materyal na mala-kristal - mga bakal at haluang metal, at higit pa sa mga hindi organikong baso. Ang likas na katangian ng bali ay nagpapahiwatig ng ductile fracture ng mga metal na baso. Ito ay maaaring dahil sa kanilang adiabatic heating bilang resulta ng plastic deformation.

Amorphous structural alloys . Ang AMS ay may mahalagang hanay ng mga mekanikal na katangian. Una sa lahat, ang kanilang tampok ay isang kumbinasyon ng mataas na katigasan at lakas. Ang katigasan ng HV ay maaaring umabot sa mga halaga na higit sa 1,000, at lakas - 4,000 MPa at mas mataas. Halimbawa, ang Fe 46 Cr 16 Mo 20 C 18 na haluang metal ay may tigas na HV 1 150 na may lakas na 4,000 MPa; haluang metal Co 34 Cr 28 Mo 20 C 18 - ayon sa pagkakabanggit 1400 at 4100 MPa.

Ang mga amorphous structural alloys ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na nababanat na pagpapapangit - mga 2%, mababang halaga ng plasticity - δ = 0.03-0.3%. Gayunpaman, ang mga haluang metal ay hindi maaaring mauri bilang malutong na materyales, dahil maaari silang maselyohan, gupitin at igulong. Ang mga haluang metal ay nagpapahiram ng kanilang mga sarili sa malamig na rolling na may pagbawas ng 30-50% at sa pagguhit na may pagbawas ng hanggang 90%.

Ang mga mekanikal na katangian ng ilang amorphous na haluang metal ay ipinapakita sa Talahanayan 1.

Talahanayan 1 - Mga mekanikal na katangian ng amorphous metal alloys

Haluang metal	HV	σ sa	σ 0.2	E,	E/σ sa	δ, %
Haluang metal	HV	MPa		E,	E/σ sa	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	–

* Sa - 269 °C.

Kasama ng mataas na mekanikal na katangian, ang amorphous structural alloys ay may mahusay na corrosion resistance. Ang posibilidad ng paggamit ng amorphous structural alloys ay limitado ng medyo mababang temperatura (T crist) ng kanilang paglipat sa mala-kristal na estado kapag pinainit, ang pagkakaroon ng temper brittleness na nangyayari sa panandaliang pag-init sa mga temperatura na mas mababa sa T crist, at gayundin ng ang katotohanan na ang hanay ng mga ginawang materyales ay limitado. Ang mga manipis na laso, foil at mga thread lamang ang ginawa. Ang napakalaking blangko at mga produkto ay maaaring makuha sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng metalurhiya ng pulbos. Gayunpaman, ang karaniwang teknolohiya - sintering ng mga blangko ng pulbos - ay hindi katanggap-tanggap dahil sa mababang thermal stability ng mga amorphous na materyales. Sa eksperimento, ang mga sample ng amorphous na pulbos ay ginagawa sa pamamagitan ng paputok na pagpindot.

Ang buhay ng serbisyo ng isang amorphous na haluang metal ay nakasalalay sa temperatura ng pagpapatakbo. Ang thermal stability ng amorphous alloys ay mababa. Gayunpaman, may mga materyales na may T crist na higit sa 725°C. Kabilang dito, sa partikular, ang Ti 40 Ni 40 Si 20 na haluang metal na may mataas na mekanikal na katangian: HV 1070, σ in = 3,450 MPa at tiyak na lakas σ in / (ρg) = 58 km (ρ - density; g - free fall acceleration ) .

Maaaring gamitin ang mga high-strength AMS thread sa mga composite na materyales, at ang mga tape ay maaaring gamitin bilang windings upang palakasin ang mga pressure vessel.

Ang mga amorphous metal alloy ay isang promising na materyal para sa paggawa ng mga nababanat na elemento. Kapansin-pansin ang haluang metal na Ti 40 Be 40 Zr 10, na may mataas na relaxation resistance at nababanat na reserbang enerhiya. Sa mga tuntunin ng epektibong puwersa, ang mga bukal na ginawa mula sa haluang ito ay isang order ng magnitude na higit na mataas kaysa sa mga bukal na ginawa mula sa maginoo na polycrystalline na mga metal.

Ang kawalan ng mga hangganan ng butil, mataas na tigas, wear resistance, at corrosion resistance ng amorphous alloys ay ginagawang posible na makagawa ng mataas na kalidad na thin-blade na mga tool mula sa kanila, tulad ng razor blades.

Ang amorphization ng mga layer sa ibabaw ng mga produkto sa pamamagitan ng pagpoproseso ng laser (upang madagdagan ang kanilang katigasan) ay maaaring makipagkumpitensya sa mga tradisyonal na pamamaraan ng pagpapatigas sa ibabaw. Ang pamamaraang ito, sa partikular, sa pamamagitan ng isang order ng magnitude (HV 1 050) ay nadagdagan ang katigasan ng ibabaw ng single-crystal alloy Ni 60 Nb 40 at nakamit ang katigasan ng HV 1 200 sa ibabaw ng mga produktong cast iron na may komposisyon: 3.20% C ; 2.60% Si; 0.64% Mn, 0.06% R.

Malambot at matigas na magnetic amorphous alloys . Ang amorphous soft magnetic alloys ay ginagamit sa mga produktong elektroniko. Ayon sa komposisyon ng kemikal, ang mga haluang metal ay nahahati sa tatlong sistema: batay sa bakal, bakal at nikel, bakal at kobalt. Ang isang malaking bilang ng mga komposisyon ng mga amorphous na metal na materyales ay binuo, gayunpaman, ang mga haluang metal ng isang limitadong hanay ay ginawa sa mga eksperimentong at pilot batch.

AMS na nakabatay sa bakal ay nakikilala sa pamamagitan ng mataas na saturation induction (1.5–1.8 T). Sa bagay na ito, sila ay pangalawa lamang sa mga de-koryenteng bakal at iron-cobalt alloys. Ang paggamit ng AMS sa mga power transformer ay promising. Gayunpaman, nangangailangan ito ng pagbabago sa teknolohiya ng pagmamanupaktura ng mga transformer (paikot-ikot na tape sa mga coils ng transpormer, pagsusubo sa isang magnetic field at sa isang hindi gumagalaw na kapaligiran, mga espesyal na kondisyon para sa sealing at impregnating core). Kasama sa grupong ito ng AMS ang mga haluang metal: 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, atbp.

Iron-nickel AMS may mataas na magnetic permeability; sa mga tuntunin ng saturation induction, ang mga ito ay maihahambing sa metal magnetic alloys at ferrites, mayroon silang isang mababang puwersang pumipilit at isang mataas na squareness ng hysteresis loop. Ang AMS ay ginagamit para sa paggawa ng mga transformer at electromagnetic na aparato na tumatakbo sa mas mataas na mga frequency, na ginagawang posible upang mabawasan ang mga sukat ng mga produkto. Kasama sa grupong ito ng AMS ang mga haluang metal: 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), H25-A, 10НСР at iba pa.

Mataas na permeability iron-cobalt amorphous metal alloys ay maaaring palitan ang mga permalloy na may mataas na induction sa radio-electronic na kagamitan, na higit sa huli sa ilang mga katangian at sa paggawa. Ang mga tape na gawa sa amorphous cobalt alloys ay ginagamit sa mga core ng maliit na laki ng high-frequency na mga transformer para sa iba't ibang layunin, lalo na, para sa pangalawang power supply at magnetic amplifier. Ginagamit ang mga ito sa kasalukuyang mga leakage detector, mga sistema ng telekomunikasyon at bilang mga sensor (kabilang ang uri ng fluxgate), para sa mga magnetic screen at mga sensor na sensitibo sa temperatura, pati na rin sa mga napakasensitibong modulating magnetic converter.

Ang mga haluang metal ay ginagamit para sa mga magnetic head na ginagamit para sa pagtatala at pagpaparami ng impormasyon. Dahil sa tumaas na abrasion resistance at mataas na magnetic properties sa low-intensity field, ang mga cobalt-based na haluang metal ay higit na mataas sa ilang mga parameter kaysa sa malambot na magnetic na materyales na tradisyonal na ginagamit para sa mga layuning ito. Kasama sa grupong ito ng AMS ang mga haluang metal: 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, atbp ..

Ang mga amorphous na pelikula ng hard magnetic alloy na SmCo 5 na may magnetic energy na 120 kT A/m ay nakuha sa pamamagitan ng cathode sputtering, na maaaring magamit sa paggawa ng maliit na laki ng permanenteng magnet para sa iba't ibang layunin.

Invar amorphous alloys. Ang ilang AMS batay sa bakal (93ZhKhR-A, 96ZhR-A) sa ilang partikular na hanay ng temperatura ay may mababang koepisyent ng linear expansion α< 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.

Resistive amorphous alloys may mataas na electrical resistance. Ginagamit ang mga ito upang gumawa ng microwire sa glass insulation. Ang mga AMS (Ni-Si-B system) ay may magandang pagkakaiba sa mga katangian mula sa mga haluang kristal. Mayroon silang isang order ng magnitude na mas mababang thermal coefficient ng electrical resistance at 1.5 beses na mas mataas na electrical resistivity. Ang mga haluang metal ay paramagnetic, lumalaban sa kaagnasan, may linear na pagdepende sa temperatura ng EMF at medyo mataas na temperatura ng pagkikristal. Ang kawalan ng magnetocrystalline anisotropy, na sinamahan ng medyo mataas na electrical resistance, ay binabawasan ang eddy current loss, lalo na sa mataas na frequency. Ang pagkawala sa mga core mula sa Fe 81 B 13 Si 4 C 2 amorphous alloy na binuo sa Japan ay 0.06 W/kg, ibig sabihin, mga dalawampung beses na mas mababa kaysa sa pagkawala sa textured transformer steel sheets. Ang pagtitipid dahil sa pagbabawas ng pagkawala ng enerhiya ng hysteresis kapag ginagamit ang Fe 83 B 15 Si 2 alloy sa halip na mga transformer steel ay nasa USA lamang ng 300 milyong dolyar sa isang taon. Maaari silang magamit hindi lamang para sa paggawa ng mga precision resistors, kundi pati na rin para sa mga strain gauge kapag sinusukat ang mga deformation at microdisplacement, atbp. Ang mga haluang metal ng pangkat na ito ay kinabibilangan ng: 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 atbp.

Mga promising area ng AMS application. Ang kumbinasyon ng mataas na lakas, kaagnasan at wear resistance pati na rin ang malambot na magnetic properties ay nagpapahiwatig ng posibilidad ng iba't ibang mga aplikasyon. Halimbawa, posible na gumamit ng gayong mga baso bilang inductors sa mga magnetic separation device. Ang mga produktong hinabi mula sa tape ay ginamit bilang magnetic screen. Ang bentahe ng mga materyales na ito ay maaari silang i-cut at baluktot sa nais na mga hugis nang hindi nakompromiso ang kanilang mga magnetic properties.

Ang paggamit ng amorphous alloys bilang catalysts ay kilala. mga reaksiyong kemikal. Halimbawa, ang isang amorphous na Pd-Rb na haluang metal ay naging isang katalista para sa pagkabulok ng NaCl (may tubig) sa NaOH at Cl 2, habang ang mga haluang metal na nakabase sa bakal ay nagbibigay ng mas mataas na ani (mga 80%) kumpara sa iron powder (mga 15 %) sa reaksyon ng synthesis ng 4H. 2 + 2CO \u003d C 2 H 4 + 2H 2 O.

Dahil ang mga baso ay isang napakalamig na likido, ang kanilang pagkikristal sa pag-init ay kadalasang nangyayari na may malakas na nucleation, na ginagawang posible upang makakuha ng isang homogenous, sobrang pinong butil na metal. Ang nasabing isang mala-kristal na yugto ay hindi maaaring makuha sa pamamagitan ng maginoo na mga pamamaraan sa pagproseso. Binubuksan nito ang posibilidad na makakuha ng mga espesyal na solder sa anyo ng isang manipis na tape. Ang tape na ito ay madaling yumuko at maaaring i-cut at i-stamp upang makuha ang pinakamabuting kalagayan na pagsasaayos. Napakahalaga para sa paghihinang na ang tape ay homogenous sa komposisyon at nagbibigay ng maaasahang contact sa lahat ng mga punto ng mga produkto na ibinebenta. Ang mga solder ay may mataas na paglaban sa kaagnasan. Ginagamit ang mga ito sa teknolohiya ng aviation at space.

Sa hinaharap, posible na makakuha ng mga superconducting cable sa pamamagitan ng crystallization ng paunang amorphous phase.

Ang mga amorphous na haluang metal batay sa iron at nickel, na naglalaman ng chromium, ay may hindi pangkaraniwang mataas na pagtutol sa kaagnasan sa iba't ibang uri ng kinakaing unti-unti na kapaligiran.

Ipinapakita ng Figure 5 ang mga rate ng kaagnasan ng mga crystalline na sample ng chromium steels at Fe 80-x Cr x P 13 C 7 amorphous alloys, na tinutukoy mula sa mass loss ng mga sample na itinatago sa isang concentrated NaCl solution. Ang resistensya ng kaagnasan ng mga haluang metal na may nilalamang kromo sa itaas ng 8% (at.) ay ilang mga order ng magnitude na mas mataas kaysa sa mga klasikal na hindi kinakalawang na asero.

Figure 5. Impluwensya ng chromium content sa corrosion rate ng amorphous alloy Fe 80-x Cr x P 13 C 7 (1) at crystalline Fe-Cr (2) at NaCl sa 30 °C

Ang isang amorphous na haluang metal na walang chromium ay dumaranas ng kaagnasan nang mas mabilis kaysa sa mala-kristal na bakal, gayunpaman (habang tumataas ang nilalaman ng kromo), ang rate ng kaagnasan ng amorphous na haluang metal ay bumababa nang husto at, sa nilalamang 8% (at.) Cr o higit pa, ay hindi naayos ng isang microbalance pagkatapos na humawak ng 168 h .

Ang mga amorphous na haluang metal ay halos hindi napapailalim sa pitting corrosion kahit na sa kaso ng anodic polarization sa hydrochloric acid.

Ang mataas na resistensya ng kaagnasan ay dahil sa pagbuo ng mga passivating na pelikula sa ibabaw, na may mataas na mga katangian ng proteksiyon, isang mataas na antas ng pagkakapareho at mabilis na pagbuo. Bilang karagdagan sa chromium, ang pagpapakilala ng posporus ay nag-aambag sa pagtaas ng resistensya ng kaagnasan. Sa pelikula ng high-chromium crystalline steels, ang mga micropores ay palaging naroroon, na kalaunan ay nagiging mga corrosion center. Sa amorphous alloys na naglalaman ng isang tiyak na halaga ng chromium at phosphorus, ang passivating film mataas na antas Ang homogeneity ay maaaring mabuo kahit na sa 1 n. HCl solusyon. Ang pagbuo ng isang homogenous na passivating film ay sinisiguro ng kemikal at structural homogeneity ng amorphous phase, na walang mga crystalline defects (precipitation of excess phase, segregation formations at grain boundaries).

Alloy Fe 45 Cr 25 Mo 10 P 13 C 7, na ipinapasa kahit na sa isang puro solusyon bilang 12 N. HCl solution sa 60 °C, halos hindi nabubulok. Sa mga tuntunin ng paglaban nito sa kaagnasan, ang haluang ito ay lumalampas sa metal na tantalum.

Ang mga amorphous na metal ay madalas na tinatawag na mga materyales ng hinaharap, dahil sa pagiging natatangi ng kanilang mga katangian na hindi matatagpuan sa maginoo na mga kristal na metal (talahanayan 2).

Talahanayan 2 - Mga katangian at pangunahing aplikasyon ng mga amorphous na metal na materyales

Ari-arian	Aplikasyon	Komposisyon ng haluang metal
Mataas na lakas, mataas na tigas	Wire, reinforcing materials, springs, cutting tools	Fe75Si10B15
Mataas na paglaban sa kaagnasan	Mga materyales sa elektrod, mga filter para sa operasyon sa mga solusyon sa acid, tubig dagat, dumi sa alkantarilya	Fe45Cr25Mo10P13C7
Mataas na saturation magnetic induction, mababang pagkalugi	Mga core ng transformer, converter, chokes	Fe81B13Si4C2
Mataas na magnetic permeability, mababang puwersang pumipilit	Magnetic na ulo at screen, magnetometer, signaling device	Fe5Co70Si10B15
Constancy ng elastic moduli at temperature coefficient ng linear expansion	Invar at elite na materyales	Fe83B17

Ang malawak na pamamahagi ng mga amorphous na metal ay nahahadlangan ng mataas na gastos, medyo mababa ang thermal stability, at gayundin ang maliliit na sukat ng mga nagresultang tape, wire, at granules. Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga amorphous na haluang metal sa mga istruktura ay limitado dahil sa kanilang mababang weldability.

PRESENTASYON

disiplina: Mga proseso para sa pagkuha ng mga nanoparticle at nanomaterial

sa paksang: "Pagkuha ng mga nanomaterial gamit ang solid-state transformations"

Nakumpleto:

Mag-aaral gr. 4301-11

Mukhamitova A.A.

Kazan, 2014

	PANIMULA
1.
	1.1.	PARAAN NG ELECTROLYTIC DEPOSITION NG AMORPHOUS FILMS MULA SA ELECTROLYTE SOLUTIONS
	1.2.	AMORPHIZATION NG CRYSTAL STATE SA PAMAMAGITAN NG PAGPAPAKILALA NG MALAKING BILANG NG MGA DEPEKTO SA MGA KRISTAL.
	1.3.	MATINDING PLASTIC DEFORMATION
	1.4.	PAGTIGAS NG LIQUID
2.	MGA BENTE AT KASAMAHAN NG PARAAN NG PAGKUHA NG MGA NANOMATERIAL GAMIT ANG SOLID-PHASE TRANSFORMATIONS
	KONGKLUSYON
	LISTAHAN NG GINAMIT NA LITERATURA

PANIMULA

SA Kamakailan lamang Ang isang bilang ng mga pamamaraan ay binuo para sa pagkuha ng mga nanomaterial, kung saan ang pagpapakalat ay isinasagawa sa isang solidong sangkap nang hindi binabago ang estado ng pagsasama-sama.

Kinokontrol na pagkikristal mula sa isang amorphous na estado ay isa sa mga paraan upang makakuha ng napakalaking nanomaterial. Ang pamamaraan ay binubuo sa pagkuha ng isang amorphous na materyal, halimbawa, sa pamamagitan ng pagsusubo mula sa isang likidong estado, at pagkatapos ay pagkikristal nito sa ilalim ng kinokontrol na mga kondisyon ng pag-init.

Ang amorphous ay mga metal na nasa solidong estado, na walang pangmatagalang pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga atomo, na katangian ng mga metal sa karaniwan, i.e. mala-kristal na estado. Upang makilala ang mga metal sa estadong ito, ang mga terminong "metallic glass" ay ginagamit din, mas madalas - "mga non-crystalline na metal". Ang amorphous state ay ang naglilimita sa kaso ng thermodynamic instability ng solid metal system, kabaligtaran sa thermodynamic state ng isang kristal na walang depekto.

Sa loob ng libu-libong taon, ang sangkatauhan ay gumamit ng mga solidong metal na eksklusibo sa isang mala-kristal na estado. Sa pagtatapos lamang ng 1930s mayroong mga pagtatangka na makakuha ng mga non-crystalline na metal coatings sa anyo ng mga thinnest na pelikula sa pamamagitan ng vacuum deposition. Noong 1950, ang isang amorphous film ng Ni-P alloy ay nakuha sa pamamagitan ng paraan ng electrodeposition mula sa mga solusyon. Ang ganitong mga pelikula ay ginamit bilang matigas, lumalaban sa pagsusuot at lumalaban sa kaagnasan.

Malaki ang pagbabago ng sitwasyon nang, noong 1960, natuklasan ang isang paraan para sa pagkuha ng mga amorphous na haluang metal sa pamamagitan ng pagsusubo sa estado ng likido, at noong 1968, isang paraan para sa pagsusubo ng pagkatunaw sa ibabaw ng isang umiikot na disk upang makakuha ng isang amorphous na laso na malaki (daan-daang ng metro) haba. Binuksan nito ang posibilidad ng malakihang produksyon ng mga amorphous na metal sa kanilang medyo mababang halaga at humantong sa isang paputok na paglago sa pananaliksik sa larangan ng amorphous alloys.

Ngayon, humigit-kumulang 80% ng mga pang-industriyang amorphous na haluang metal ay ginawa para sa kanilang natatanging magnetic properties. Ginagamit ang mga ito bilang malambot na magnetic material na pinagsasama ang isotropic properties, mataas na magnetic permeability, mataas na saturation induction, at mababang coercive force. Ginagamit ang mga ito para sa paggawa ng mga magnetic screen, magnetic filter at separator, sensor, recording head, atbp. Ang mga core ng transformer na gawa sa mga amorphous na haluang metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng napakababang pagkawala ng remagnetization dahil sa isang makitid na hysteresis loop, pati na rin ang mataas na electrical resistance at isang manipis na amorphous tape, na binabawasan ang mga pagkalugi na nauugnay sa mga eddy currents.

Kamakailan lamang, humigit-kumulang mula noong kalagitnaan ng 1990s, ang interes sa mga elemento ng istruktura ay tumaas nang malaki. iba't ibang materyales, kabilang ang mga metal na may sukat na nanoscale (1…100 nm). Sa ganitong mga sukat ng mga structural formations, sa partikular na mga kristal, ang proporsyon ng mga particle sa ibabaw, na may isang pakikipag-ugnayan na naiiba mula sa mga matatagpuan sa loob ng mga volume ng mga particle, ay tumataas nang malaki. Bilang isang resulta, ang mga katangian ng mga materyales na nabuo ng naturang mga particle ay maaaring magkakaiba nang malaki mula sa mga katangian ng mga materyales ng parehong komposisyon, ngunit may mas malaking sukat ng mga yunit ng istruktura. Upang makilala ang mga naturang materyales at pamamaraan ng kanilang produksyon, ang mga espesyal na terminong nanomaterial, nanotechnologies, nanoindustriya ay lumitaw at malawakang ginagamit.

Sa modernong kahulugan, ang mga nanomaterial ay isang uri ng mga produkto sa anyo ng mga materyales na naglalaman mga elemento ng istruktura mga laki ng nanometer, ang pagkakaroon ng kung saan ay nagbibigay ng isang makabuluhang pagpapabuti o ang hitsura ng qualitatively bagong mekanikal, kemikal, pisikal, biological at iba pang mga katangian na tinutukoy ng pagpapakita ng mga nanoscale na kadahilanan. At ang mga nanotechnologies ay isang hanay ng mga pamamaraan at pamamaraan na ginagamit sa pag-aaral, disenyo, produksyon at paggamit ng mga istruktura, device at system, kabilang ang naka-target na kontrol at pagbabago ng hugis, sukat, integrasyon at interaksyon ng kanilang constituent nanoscale (1 ... 100 nm) mga elemento upang makakuha ng mga bagay na may bagong kemikal, pisikal, biological na katangian. Alinsunod dito, ang nanoindustry ay ang paggawa ng mga nanomaterial na nagpapatupad ng mga nanotechnologies. Kaugnay ng mga metal, ang terminong "nanocrystalline" ay karaniwang ginagamit upang tumukoy sa mga metal na ang mga sukat ng kristal ay nasa loob ng hanay ng nanometer na ibinigay sa itaas.

Ang pagbuo ng mga nanomaterial, nanotechnologies at ang paggamit ng mga bagay na may kontroladong mga istruktura ng nanoscale ay naging posible sa isang malaking lawak dahil sa paglitaw ng mga instrumento sa pananaliksik at direktang pamamaraan para sa pag-aaral ng mga bagay sa antas ng atomic. Halimbawa, ang modernong transmission electron microscopes na may magnification ng order na 1.5x10 6 ay ginagawang posible na biswal na obserbahan ang atomic na istraktura.

Umiiral iba't ibang paraan pagkuha ng mga nanostructured na materyales, kabilang ang mga metal. Halimbawa, ang isang nanostructure ay maaaring makuha sa isang bulk metal workpiece sa pamamagitan ng paggiling ng mga ordinaryong kristal sa mga nanoscale. Ito ay maaaring makamit, sa partikular, sa pamamagitan ng matinding plastic deformation. Gayunpaman, ang mga pamamaraan ng pagpipino ng istraktura sa pamamagitan ng pagpapapangit ay hindi ginagawang posible upang makakuha ng mga nanocrystalline na metal sa isang pang-industriya na sukat at hindi nabibilang sa tradisyonal na mga teknolohiyang metalurhiko.

Kasabay nito, ang isang nanocrystalline, pati na rin ang isang amorphous, na istraktura ng isang metal ay maaari ding makuha sa pamamagitan ng tradisyonal na mga pamamaraan ng metalurhiko, sa partikular, sa pamamagitan ng mabilis na paglamig ng matunaw. Depende sa mga kondisyon ng pagsusubo ng estado ng likido, mayroong tatlong mga pagpipilian para sa pagbuo ng istraktura:

· Direktang nanocrystallization sa proseso ng pagtunaw ng pagsusubo (ang naglilimita sa kaso ng maginoo na pinabilis na pagkikristal, na humahantong sa pagkuha ng hindi lamang isang pinong butil, ngunit isang nanostructure);

· sa proseso ng pagtunaw ng pagsusubo, ang bahagyang pagkikristal ay nangyayari, upang ang isang pinagsama-samang amorphous-crystalline na istraktura ay nabuo;

· sa panahon ng hardening, isang amorphous na istraktura ay nabuo, at isang nanocrystalline na istraktura ay nabuo sa panahon ng kasunod na pagsusubo.

Ang nanocrystalline, pati na rin ang mga amorphous, mga metal, na nakuha sa pamamagitan ng pagsusubo ng estado ng likido, ay ginagamit din pangunahin bilang mga magnetic at elektrikal na materyales na may mga natatanging katangian. Ginagamit ang mga ito bilang malambot at matigas na magnetic na materyales, conductor, semiconductors, dielectrics, atbp.

Sa partikular, ang malambot na magnetic alloys ng uri ng Finemet ay nakahanap ng malawak na aplikasyon. Ang mga ito ay nanocrystalline alloys ng Fe-Si-B system na may mga karagdagan ng Cu at Nb o iba pang mga refractory na metal. Ang mga haluang metal ay nakuha sa pamamagitan ng bahagyang pagkikristal ng amorphous na estado. Ang kanilang istraktura ay binubuo ng ferromagnetic crystallites 10...30 nm ang laki, na ibinahagi sa isang amorphous matrix, na mula 20 hanggang 40% ng volume. Ang mga finemet-type na haluang metal ay may napakababang puwersang pumipilit, mataas na magnetic permeability at magnetization, mababa ang pagkalugi ng remagnetization, na lumalampas sa iba pang malambot na magnetic alloy, kabilang ang mga amorphous, sa kanilang mga katangian.

Ang mga magnetic na hard nanocrystalline alloy ng Fe–Nd–B, Fe–Sm–N system ay malawakang ginagamit. Dahil marami magnetic na materyales(Fe-Si, Fe-Nd-B) ay malutong, ang pagbaba sa laki ng butil ay hindi lamang nagpapabuti sa kanilang mga magnetic na katangian, ngunit pinatataas din ang kanilang ductility.

MGA PARAAN PARA SA PAGGAWA NG MGA AMORPHOUS METAL

Ang pagkuha ng mga amorphous na metal ay posible sa pamamagitan ng pagdurog sa orihinal na mala-kristal na katawan upang makakuha ng isang amorphous na istraktura (ang "top-down" na paraan). Ang landas ay nagsasangkot ng paglabag sa regular na pag-aayos ng mga atomo sa isang mala-kristal na katawan bilang resulta ng mga panlabas na impluwensya sa kristal at ang pagbabago ng isang solidong mala-kristal na katawan sa isang solidong amorphous.

Sa ngayon, maraming mga teknikal na pamamaraan para sa pagpapatupad ng mga landas na ito ay kilala (Larawan 1). Dahil ang isang amorphous na metal mula sa isang thermodynamic point of view ay isang lubhang nonequilibrium system na may malaking labis na enerhiya, ang produksyon nito, sa kaibahan sa produksyon ng isang mala-kristal na metal, ay nangangailangan ng mga prosesong hindi balanse. Sa figure na ito, ang mga proseso ng balanse ng mga pagbabagong bahagi ng metal ay kinakatawan ng mga solidong arrow, at ang mga di-equilibrium na proseso ng pagkuha ng isang amorphous na metal ay putol-putol.

Fig.1. Mga pamamaraan para sa pagkamit ng equilibrium at non-equilibrium na estado ng mga metal

Tulad ng sumusunod mula sa scheme sa itaas, ang isang thermodynamically nonequilibrium na amorphous (at nanocrystalline) na metal ay maaaring makuha mula sa anumang equilibrium phase:

condensation mula sa gas phase. Sa ilang mga reserbasyon, ang mga paraan ng electrolytic deposition ng mga amorphous na pelikula mula sa mga electrolyte solution ay maaari ding isama sa grupong ito;

amorphization ng mala-kristal na estado sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang malaking bilang ng mga depekto sa mga kristal;

pagsusubo ng estado ng likido mula sa pagkatunaw ng metal.

Ang unang dalawang pamamaraan para sa pagkuha ng mga amorphous na metal - mula sa gas phase at crystalline na mga metal - ay lumitaw sa unang kalahati ng huling siglo at ginamit nang medyo mahabang panahon, ngunit hindi sila nabibilang sa mga teknolohiyang metalurhiko.

Sa ngayon, maraming mga teknikal na pamamaraan para sa pagpapatupad ng mga landas na ito ay kilala (Larawan 1). Dahil ang isang amorphous na metal mula sa isang thermodynamic point of view ay isang lubhang nonequilibrium system na may malaking labis na enerhiya, ang produksyon nito, sa kaibahan sa produksyon ng isang mala-kristal na metal, ay nangangailangan ng mga proseso ng nonequilibrium. Sa figure na ito, ang mga proseso ng balanse ng mga pagbabagong bahagi ng metal ay kinakatawan ng mga solidong arrow, at ang mga di-equilibrium na proseso ng pagkuha ng isang amorphous na metal ay putol-putol.

Fig.1. Mga pamamaraan para sa pagkamit ng equilibrium at non-equilibrium na estado ng mga metal

Tulad ng sumusunod mula sa pamamaraan sa itaas, ang isang thermodynamically nonequilibrium na amorphous (at nanocrystalline) na metal ay maaaring makuha mula sa anumang equilibrium phase:

condensation mula sa gas phase. Sa ilang mga reserbasyon, ang mga paraan ng electrolytic deposition ng mga amorphous na pelikula mula sa mga electrolyte solution ay maaari ding isama sa grupong ito;

amorphization ng mala-kristal na estado sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang malaking bilang ng mga depekto sa mga kristal;

pagsusubo sa estado ng likido mula sa pagkatunaw ng metal.

1.1 Paraan ng electrolytic deposition ng mga amorphous na pelikula mula sa mga electrolyte solution

Sa partikular, ang paraan ng vacuum deposition, batay sa prinsipyo ng pagsasalansan ng atom sa pamamagitan ng atom, ay ginagamit upang makakuha ng ultrathin (10-1…101 nm) na mga pelikula. Ang metal ay pinainit sa vacuum sa isang presyon ng 10-3...10-9 Pa (mas mabuti sa pinakamababang posibleng natitirang presyon). Sa kasong ito, ang mga indibidwal na atom ay sumingaw mula sa ibabaw ng matunaw. Ang mga atom na gumagalaw nang rectilinearly sa vacuum ay idineposito sa isang napakalaking cooled plate-substrate. Bilang resulta ng condensation ng mga solong atomo, ang kanilang labis na enerhiya ay may oras na masipsip ng substrate sa isang rate na tumutugma sa isang rate ng paglamig na 109-1013 K / s at sapat upang makakuha ng isang amorphous na estado ng mga purong metal. Sa kasong ito, upang makakuha ng mga amorphous na pelikula ng purong transition metal, ang substrate ay dapat na palamig sa temperatura ng likidong helium.

Ang mga amorphous na pelikula ng iron, nickel, cobalt, manganese, chromium, aluminum, vanadium, palladium, zirconium, hafnium, rhenium, borium, tantalum, tungsten, molibdenum, tellurium, antimony, gadolinium, arsenic at iba pang mga elemento ay nakuha sa pamamagitan ng vacuum deposition. Ang temperatura ng crystallization at thermal stability ng mga nakadeposito na pelikula ay nakasalalay sa kanilang kapal. Kaya, ang isang bakal na pelikula na 2.5 nm ang kapal ay nag-crystallize na sa 50...60 K, at sa kapal ng pelikula na 15 nm ay hindi posible na makakuha ng bakal sa isang amorphous na estado.

Ang kawalan ng pamamaraan ay na sa substrate, kasabay ng mga atomo ng idineposito na metal, ang mga atomo ng mga natitirang gas na naroroon sa kapaligiran ng silid ng pagtitiwalag ay nagpapalapot. Samakatuwid, ang komposisyon at mga katangian ng idineposito na pelikula ay nakasalalay sa antas ng rarefaction at ang komposisyon ng mga natitirang gas.

3.1. amorphous na materyales. Ang mga metal na materyales ay isa-dalawa o polycrystalline na haluang metal. Bakal, cast iron, duralumin, tanso, atbp. matagal nang ginagamit ng mga tao, ngunit ang mga bagong pangangailangan ay maaari lamang matugunan ng mga bagong materyales. Ang batayan ng mga materyales ay madalas na pareho sa mga polycrystalline na materyales, ngunit inihanda gamit ang ibang teknolohiya, nakakakuha sila ng mga bagong katangian. Ilan sa mga teknolohiyang isasaalang-alang natin ngayon

Upang makakuha ng isang amorphous na materyal mula sa gas phase, kinakailangan na ang kinetic energy ng idineposito na atom ay hindi lalampas sa nagbubuklod na enerhiya ng mga atomo sa substrate. Ang mga sedentary atom ay inilalagay sa substrate nang random, at samakatuwid ay walang istraktura. Ang paglipat ng mga atom ay maaaring lumipat upang lumikha ng isang mas energetically paborableng istraktura. Mga kalamangan - mataas na rate ng paglamig, na nagsisiguro sa pagpapanatili ng amorphous na estado. Ang mga disadvantages ay ang mababang rate ng paglago ng amorphous layer, ang mga kinakailangan para sa mataas na vacuum, ang posibilidad ng pagbagsak ng mga atom ng evacuated na kapaligiran sa substrate. Mga partikular na teknolohiya: Vacuum thermal evaporation Laser o electron beam evaporation Plasma evaporation Cathodic sputtering Plasma chemistry, i.e. agnas sa isang glow discharge Pagkuha mula sa gas phase

Ang mga amorphous na sangkap ay nakukuha sa pamamagitan ng mga reaksyon ng precipitation mula sa solusyon. Kung ang mga kondisyon ay mabilis na nagbabago, kung gayon ang kristal na istraktura ay maaaring walang oras upang ayusin at ito ay magiging amorphous. Paraan: Pagsingaw. Pagdaragdag ng mga precipitants, halimbawa sa isang polar solvent - non-polar, o sa isang non-polar - polar. electrolytic deposition. Dito, ang posporus o boron ay idinagdag sa electrolyte bath. Nag-aambag sila sa pagbuo ng mga non-crystalline na metal. Thermal decomposition ng gel. Pagkuha mula sa mga solusyon.

Pagkuha mula sa mala-kristal na yugto 1. Ang pinakawalang halaga ay ang mabilis na pag-init at mabilis na paglamig. O iba pang malakas na impluwensya kung saan ang mga atom ay maaaring umalis sa kanilang mga posisyon ng balanse. 2. Solid state reactions. 3. Malakas na mekanikal na impluwensya, halimbawa, sa isang planetary o vibrating mill, kapag ang mekanikal na karamdaman sa ibabaw ay maaaring kumalat nang malalim sa materyal. Halimbawa, napakaraming mga dislokasyon na walang saysay na pag-usapan ang tungkol sa mala-kristal na materyal. 4. Pag-iilaw ng ibabaw na may mga neutron, o pambobomba ng mga ion (halimbawa, pagtatanim ng ion). Epekto ng shock wave.

Pagkuha mula sa mga natutunaw Upang makakuha ng mga baso mula sa mga natutunaw, kinakailangan ang mataas na lagkit. Tulad ng aming isinasaalang-alang kanina, ang pagkikristal ay nangyayari sa pamamagitan ng pagbuo at paglaki ng nuclei ng isang bagong yugto. Kung ang lagkit ay mataas, kung gayon ang mga molekula ay tumatagal ng mahabang panahon upang makabuo ng mga kristal. Kung mabilis kang lumamig, kung gayon ang istraktura ng kristal ay walang oras upang pumila. Isang halimbawa na may silicon dioxide SiO 2. T pl 1722 C, T glass 1222 C, lagkit sa T pl 1 MPa.s. (Oxygen, sulfur, selenium-chalcogens). Ang mga baso ng chalcogenide ay mga compound na may iba pang mga elemento. Mga karaniwang komposisyon: Ge S, Ge Se, As S, As Se, Ge S P, Ge As Se, Ge Se Te, As Se Te, Ge As Se Te, atbp. Ang mataas na lagkit ay ginagawang amorphous o malasalamin ang mga compound.

Mga metal na baso Ang mga metal na baso ay ginawa sa pamamagitan ng: ultrafast tempering; napakabilis na paglamig; gas atomization K/s; Centrifugation Dispersion Paglamig sa gas - mabagal, sa likido hanggang 10 5 K/s, sa metal - hanggang 10 8 K/s. Shot spray, plasma spray, cylinder casting, centrifuge casting, umiikot na silindro sa paliguan. Gumugulong sa pagitan ng dalawang rolyo. Pagsipsip sa isang capillary sa ilalim ng vacuum, na pinipilit sa pamamagitan ng isang spinneret na may paglamig sa shell. Mga pamamaraan ng welding sa pamamagitan ng laser irradiation, gamit ang high-voltage spark, gas discharge, electron beam - hanggang K / C

Mga Nanomaterial Nanoscience, nanotechnology, nanostructured na materyales at mga bagay. Nagtalaga sila ng mga prayoridad na direksyon ng patakarang siyentipiko at teknikal sa mga binuo na bansa. Halimbawa, ang programang National Nanotechnology Initiative ay tumatakbo sa Estados Unidos (badyet ~$500 milyon). Pinagtibay kamakailan ng European Union ang ikaanim na programa ng balangkas para sa pagpapaunlad ng agham, kung saan ang nanotechnology ay nasa unahan. Ang Ministri ng Industriya at Agham ng Russian Federation at ang Russian Academy of Sciences ay mayroon ding mga listahan ng priyoridad, mga teknolohiyang pambihirang tagumpay na may prefix na nano-. Ang kasalukuyang sitwasyon ay sa maraming paraan katulad ng isa na nauna sa kabuuang rebolusyon ng computer, ngunit ang mga kahihinatnan ng nanotechnological revolution ay magiging mas matarik.

Mga pangunahing kaalaman ng nanotechnology nanos, isinalin bilang dwarf Ang hanay ng mga nano-object - mula sa mga indibidwal na atom (R

Ratio ng "ibabaw" at "bulk" na mga atomo Ang fraction ng mga atom a na matatagpuan sa isang manipis na malapit sa ibabaw na layer (~1 nm) ay tumataas nang bumababa sa laki ng particle R, dahil ang isang ~ S/V ~ R 2 /R 3 ~ 1/ R (narito ang S ay ang ibabaw ng particle, V ang dami nito). Kilalang-kilala na ang mga atomo sa ibabaw ay may mga katangian na naiiba sa mga maramihan, dahil ang mga ito ay nauugnay sa kanilang mga kapitbahay sa ibang paraan kaysa sa maramihan. Ang malapit-ibabaw na layer ay maaaring ituring bilang isang bagong estado ng bagay.

Mga paliwanag para sa nakaraang slide Mga halimbawa ng partikular na pag-uugali ng bagay sa antas ng sukat ng submicron at ang mga pangunahing dahilan para sa mga detalye ng mga nanoobject. 1 - oscillating na katangian ng pagbabago sa mga katangian, 2 - paglago ng katangian na may saturation, 3 - paglago ng katangian na may maximum. Sa wakas, kung ang isang bagay ay may atomic scale sa isa, dalawa o tatlong direksyon, ang mga katangian nito ay maaaring magkaiba nang husto mula sa mga bulk para sa parehong materyal dahil sa pagpapakita ng mga pattern ng quantum sa pag-uugali.

Ang mga biophysicist ay lumikha ng isang nanoelectronic na aparato batay sa isang solong organikong molekula Sa Arizona Pambansang Unibersidad lumikha ng isang elektronikong aparato na binubuo ng isang solong organikong molekula. Ang isang kadena ng pitong aniline fragment ay kumikilos tulad ng isang risistor na may negatibong paglaban sa kaugalian. Ang resulta ng gawain ng mga biophysicist ay maaaring gamitin sa nanoelectronics.

Mataas na lakas ng nanocrystalline at amorphous na mga materyales thin-film at heterostructure na mga bahagi ng microelectronics at optotronics ng susunod na henerasyon, magnetically soft at magnetically hard na materyales, nanoporous na materyales para sa kemikal at petrochemical na mga materyales na pinagsama-samang microelectromechanical device, fuel cell, electric batteries at iba pang energy converter , mga biocompatible na tisyu para sa paglipat, mga gamot na panggamot.

Mga Mata at Daliri ng Nanotechnology Isang probe, isang matalas na karayom na may tip radius na ~10 nm) at isang mekanismo ng pag-scan na may kakayahang ilipat ito sa ibabaw ng sample na ibabaw sa tatlong dimensyon. Ang magaspang na pagpoposisyon ay isinasagawa ng tatlong-coordinate na motorized na mga talahanayan. Ipinapatupad ang fine scanning gamit ang three-coordinate piezoactuators na nagbibigay-daan sa iyong ilipat ang karayom o sample na may katumpakan ng mga fraction ng isang angstrom sa pamamagitan ng sampu-sampung micrometer sa x at y at sa pamamagitan ng mga unit ng micrometers sa z.

Ang mga kasalukuyang kilalang pamamaraan ay ang pag-scan ng tunneling microscopy; ang isang maliit na boltahe (~ V) ay inilalapat dito sa pagitan ng electrically conductive tip at ang sample, at ang kasalukuyang sa gap ay naitala, na depende sa mga katangian at pag-aayos ng mga atomo sa sample na ibabaw sa ilalim ng pag-aaral; - mikroskopya ng atomic force; ito ay nagrerehistro ng mga pagbabago sa puwersa ng pagkahumaling ng karayom sa ibabaw mula sa punto patungo sa punto. Ang karayom ay matatagpuan sa dulo ng isang cantilever beam (cantilever), na may kilalang tigas at may kakayahang yumuko sa ilalim ng pagkilos ng maliliit na pwersa na lumabas sa pagitan ng ibabaw na pinag-aaralan at ang dulo ng dulo. Ang pagpapapangit ng cantilever ay naitala sa pamamagitan ng pagpapalihis ng insidente ng laser beam sa likurang ibabaw nito, o ng piezoresistive effect na nangyayari sa mismong cantilever; – malapit sa field na optical microscopy; sa loob nito, ang probe ay isang optical waveguide (optical fiber), patulis sa dulo na nakaharap sa sample sa diameter na mas mababa kaysa sa wavelength ng liwanag.
Ano ang nasa unahan? Ang unang hakbang sa direksyong ito ay ang paglikha ng mga micro-nano-electromechanical system (MEMS/NEMS). Parehong nanotips, at nanocantilevers, at simpleng nanowires ay maaaring maging napakasensitibo at pumipili na mga sensor na matatagpuan sa parehong chip na may mga electronics. Ang mga nano pump ay maaaring idagdag sa kanila, at ang resulta ay isang analytical laboratoryo ng kemikal na matatagpuan sa isang plato na may sukat na ~1 cm 2. Mayroon nang mga analyzer ng mga ahente ng chemical warfare, biological na armas, isang artipisyal na ilong at isang artipisyal na dila para sa pagpapatunay ng mga produktong pagkain (alak, keso, prutas, gulay).

Mga Aplikasyon sa Militar Ang US Department of Defense, halimbawa, ay nagpopondo sa Smart Dust program. isang malaking pamilya ng microrobots, ang laki ng isang maliit na butil ng alikabok, na, na nakakalat sa teritoryo ng kaaway, ay magagawang tumagos sa lahat ng mga bitak, mga channel ng komunikasyon, lumikha ng kanilang sariling network, mangolekta at magpadala ng impormasyon sa pagpapatakbo, magsagawa ng espesyal na mga operasyon, atbp.

Medisina Mayroon ding mas maraming humanistic na proyekto: upang lumikha ng mga espesyal na microrobot na doktor na pagsasama-samahin ang mga function ng isang diagnostician, therapist at surgeon, na gumagalaw sa circulatory, lymphatic o iba pang sistema ng tao. Ang mga sample ng naturang mga robot ay nagawa na, na ang lahat ng mga functional unit at dimensyon ay halos 1 mm (ngayon, 2008 - 0.2 mm), at may tunay na pag-asa na bawasan ang kanilang laki sa antas ng micron at submicron.