Аморфный металл
Аморфный металл (также известный как металлическое стекло или стекловидный металл ) представляет собой твердый металлический материал, обычно сплав , с неупорядоченной структурой атомного масштаба. Большинство металлов являются кристаллическими в твердом состоянии, что означает, что они имеют высокоупорядоченное расположение атомов . Аморфные металлы некристалличны и имеют стекловидную структуру . Но в отличие от обычных стекол, таких как оконное стекло, которые обычно являются электрическими изоляторами , аморфные металлы обладают хорошей электропроводностью , а также проявляют сверхпроводимость при низких температурах.
Существует несколько способов получения аморфных металлов, в том числе чрезвычайно быстрое охлаждение , физическое осаждение из паровой фазы , твердофазная реакция , ионное облучение и механическое сплавление . [1] [2] Ранее небольшие партии аморфных металлов производились с помощью различных методов быстрого охлаждения, таких как ленты из аморфного металла, которые изготавливались путем распыления расплавленного металла на вращающийся металлический диск (формирование из расплава ). Быстрое охлаждение (порядка миллионов градусов Цельсия в секунду) слишком быстрое для образования кристаллов, и материал «запирается» в стекловидном состоянии. [3] В настоящее время получен ряд сплавов с критическими скоростями охлаждения, достаточно низкими для образования аморфной структуры в толстых слоях (более 1 мм); они известны как объемные металлические стекла ( BMG ). Совсем недавно были произведены партии аморфной стали с прочностью, в три раза превышающей прочность обычных стальных сплавов.
Первым известным металлическим стеклом был сплав (Au 75 Si 25 ), полученный в Калифорнийском технологическом институте У. Клементом (младшим), Уилленсом и Дювезом в 1960 году. порядка одного мегакельвина в секунду , 10 6 К/с), чтобы избежать кристаллизации. Важным следствием этого было то, что металлические стекла можно было производить только в ограниченном количестве форм (обычно ленты, фольга или проволока), в которых одно измерение было небольшим, так что тепло можно было отводить достаточно быстро для достижения необходимой скорости охлаждения. В результате образцы металлического стекла (за некоторыми исключениями) были ограничены толщиной менее ста микрометров .
В 1969 году было обнаружено, что сплав из 77,5% палладия , 6% меди и 16,5% кремния имеет критическую скорость охлаждения от 100 до 1000 К/с.
В 1976 Х. Либерманн и К. Грэм разработали новый метод изготовления тонких лент из аморфного металла на переохлаждаемой быстровращающейся прялке . [5] Это был сплав железа , никеля и бора . Материал, известный как Metglas , был коммерциализирован в начале 1980-х годов и используется для силовых распределительных трансформаторов с малыми потерями (трансформатор из аморфного металла ). Metglas-2605 состоит из 80% железа и 20% бора, имеет температуру Кюри 373 °C и намагниченность насыщения при комнатной температуре 1,56 тесла . [6]
В начале 1980-х годов из сплава 55 % палладия, 22,5 % свинца и 22,5 % сурьмы были получены стекловидные слитки диаметром 5 мм путем поверхностного травления с последующими циклами нагрева-охлаждения. С помощью флюса на основе оксида бора достижимая толщина была увеличена до сантиметра. [ требуется уточнение ]
