Аморфные материалы (835546), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

2 .1 0 ,6 ) — струя расплавленного металла падает вжидкость, удерживаемую центробежной силой на внутренней поповерхности вращающегося барабана; затвердевшая нить сматыва­ется затем из вращающейся жидкости. В экспериментах, описанныхв работе [13], в качестве охлаждающих жидкостей использовали дис-4&тиллированную воду и раствор поваренной соли, при этом скоростьохлаждения составляла 104— 105°С/с. Поэтому получить этим ме­тодом тонкую проволоку из аморфных сплавов довольно трудно.Недавно, однако, Масумото с сотр. [14, 15] получили тонкую про­волоку диаметром 100— 150 мкм из аморфных сплавов на основежелеза, никеля и кобальта при надлежащем подборе концентра­ций металлоидов.

В будущем, по-видимому, будет возможно дажемассовое производство аморфной проволоки этим методом.Еще один метод, который известен довольно давно, состоит вполучении аморфной проволоки путем вытягивания расплава в стек­лянном капилляре (рис. 2.10,в). Этот метод также называют мето­дом Тейлора1.

Волокно получается при протягивании расплава од-Рис. 2.10. Методы полу­чения тонкой проволокизакалкой из расплава:а — протягивание распла­ва через охлаждающуюжидкость(экструзиярасплава); б — вытяги­вание нити из вращаю­щегося барабана; в — вы­тягивание расплававстеклянномкапилляре;1 — расплав; 2 — охлаж ­дающая жидкость; 3 —стекло;4 —-форсунка;5 — смотка проволокиновременно со стеклянной трубкой, при этом диаметр волокна со­ставляет 2—5 мкм. Главная трудность здесь состоит в отделенииволокна от покрывающего его стекла, что, естественно, ограничи­вает составы сплавов, аморфизируемых данным методом.Получение порошковДля производства порошков аморфных сплавов можно восполь­зоваться методами и оборудованием, применяемым для изготовле­ния обычных металлических порошков.

Например, можно исполь­зовать метод распыления расплава (спрей-метод) или его разновид­н о с т ь -м е т о д электроразряда в масле. Однако для массовогопроизводства аморфных порошков последний метод не пригоден.На рис. 2.11 схематично показано несколько методов, позволя­ющих в больших количествах получать аморфные порошки. Срединих в первую очередь следует отметить хорошо зарекомендовавшиесебя методы распыления. Однако использование этих методов ог­раничено, поскольку нельзя применять обычные окислительные печи.1 В отечественной литературе этот метод иногда называют методом Улитовского — Тейлора. Прим. ред.44В последнее время было опробовано производство аморфных по­рошков кавитационным методом, реализуемым прокаткой расплавав валках, и методом распыления расплава вращающимся диском.В кавитационном методе (рис.

2.11,6) расплавленный металл вы­давливается в зазоре между двумя валками (0,2—0,5 мм), изготов­ленными, например, из графита или нитрида бора. Происходиткавитация — расплав выбрасывается валками в виде порошка,который попадает на охлаждаемую плиту или в охлаждающийводный раствор. Кавитация возникает в зазоре между валками,вслед­ствие чего исчезают пузырьки газа, имеющиеся в металле. Методраспыления вращающимся диском (рис. 2.11, в) в принципе анало­гичен ранее описаному методу изготовления тонкой проволоки.дающая жидкость; 5 —охлаждаемая плитано здесь расплавленный металл, попадая в жидкость, разбрызги­вается за счет ее турбулентного движения. При помощи этого ме­тода получается порошок в виде гранул диаметром — 100 мкм.Так как в настоящее время области .

применения аморфныхпорошков еще четко не установлены, исследований методов получе­ния порошков пока мало. Однако в будущем здесь'можно ожидатьопределенного прогресса1.2.2. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АМОРФНОЙ СТРУКТУРЫПолучение аморфного состояния возможно, как видно из рис.

2.1,при переходе из трех исходных состояний: газообразного, жидкогои кристаллического. Механизмы и условия аморфизации во всехэтих случаях разные. К тому же имеется довольно сложная зави­симость от способа получения аморфного состояния. Нужно сказать,что полного понимания механизмов и условий образования аморф­ных структур в настоящее время еще не достигнуто. Поэтому покатрудно надежно прогнозировать химические составы сплавов,поддающихся аморфизации. В настоящем разделе будут описанынекоторые условия аморфизации при различных методах закалкииз жидкого состояния, более или менее надежно установленные кнастоящему времени.1 Из аморфных порошков можно получать изделия путем компактированияпод давлением или взрывом.

Прим. ред.452.2.1. Проблемы аморф изации жидкостиНаиболее распространенный способ получения аморфных ве­ществ сводится к «замораживанию» структуры жидкости. Напри­мер, такое хорошо известное аморфное вещество, каким являетсястекло (главный структурный элемент S i0 2), получается при ох­лаждении расплава на воздухе. Точно также издавна получали идругие стекла, не только силикатные. Аморфное же состояние ме­таллов и сплавов до недавнего времени реализовать не удавалось.Это связано с особенностями жидкого состояния металлов.При охлаждении в течение достаточно продолжительного про­межутка времени, так что становится возможным термодинамичес­ки равновесное состояние жидкости, расплав кристаллизуется притемпературе затвердевания1 Тт (рис.

2.12). Однако при большойскорости охлаждения жидкость не кристаллизуется даж е при пере­охлаждении ниже Тт. Жидкость в таком состоянии называется пере­охлажденной. Далее, если скорость охлаждения поддерживаетсядостаточно большой, то жидкость не превращается в кристалл,структура жидкости сохраняется до довольно низких температур,но в конце концов жидкость все ж е затвердевает. В этом случае' S-10ТяРис. 2.12.

Схема процессов ох­лаждения жидкости:1 — жидкость (стабильное со­стояние) ;2 — переохлажден­ная жидкость (метастабильиоесостояние); 3 — стекло (аморф­ное состояние); 4 — криеталл2030I/O50 1/С2.13. Температурные зависимо­сти текучести и вязкости легко аморфизирующихся веществ и металлов:1 — силикатное стекло (S i0 2) ; 2, 3 —полимеры; 4 — металлРИС.текучесть вещества Ф (величина, обратная кинематической вязко­сти т]) непрерывно уменьшается с понижением температуры и за­твердевание происходит при Ф = 10-12 (г| = 1012 П а-с). Такое со­стояние соответствует так называемому стеклообразному, или1 Имеется в виду термодинамически равновесная температура кристаллиза­ции Тт. Прим ред.46аморфному, состоянию, которое является структурно метастабильным и термодинамически неравновесным.

Переохлажденная жид­кость затвердевает при температуре, называемой температуройстеклования Tg. Изменение состояния вещества сопровождаетсяизменением физических свойств. На рис. 2.12 схематично показа­но изменение удельного объема. Вследствие теплового движенияатомов жидкость имеет довольно большой объем, который при сни­жении температуры уменьшается. Объем переохлажденной жид­кости непрерывно уменьшается до температуры Tg, а объем затвер­девшей жидкости (аморфного вещества) несколько больше, чемобъем кристалла.В принципе все вещества можно перевести в аморфное состоя­ние путем переохлаждения жидкости, но во многих случаях этосделать весьма трудно. Из схемы на рис.

2.12 понятно, что еслитемпературный интервал между Тт и Tg невелик, то такое веществолегко аморфизируется. Кроме того, если вязкость переохлажден­ной жидкости сильно зависит от температуры, то с понижениемпоследней вязкость может резко возрасти. В этом случае такжелегко получить аморфное состояние. Те ж е металлы, вязкость рас­плава которых невелика и мал ее температурный коэффициент,аморфизируются с трудом1.

На рис. 2.13 показана схема темпе­ратурных изменений вязкости т] и текучести Ф. Здесь т — приведен­ная температура, позволяющая сравнивать поведение различныхвеществ, x=kT/hv, k — постоянная Больцмана, Т — абсолютнаятемпература, h v — молекулярная теплота испарения.

Из рисункавидно, что для легко аморфизирующихся полимеров и жидкого си­ликата характерна сильная зависимость вязкости от температуры.Напротив, в случае металлов эта зависимость чрезвычайно слабая.Такое различие в температурных зависимостях вязкости прямос связано с диффузионной подвижностью атомов или молекул дан­ного вещества. Вязкость т) и коэффициент диффузии D связанымежду собой соотношениемг| = 3 л a D / k T ,( 2 .5 )где a — диаметр диффундирующих атомов.Следовательно, вязкость обратно пропорциональна абсолютнойтемпературе и прямо пропорциональна коэффициенту диффузии ЛКоэффициент диффузии, выражающий подвижность атомов, разу­меется, различен для разных веществ.

В частности, если связьмежду атомами слабая, например у металлов, то коэффициент диф­фузии D велик, и наоборот, у тех веществ, для которых характер­на сильная связь между атомами, коэффициент D мал. В вещест­вах с ковалентной связью при понижении температуры в жидкомсостоянии межатомные взаимодействия становятся очень сильны­ми. Поскольку в жидких металлах атомы могут сравнительно сво­бодно перемещаться, то межатомные взаимодействия с понижениемтемпературы остаются слабыми. В веществах с ковалентной связью1 Последнее условие имеет более существенное значениечем первое. Прим.

ред.(оно обязательное),47при переохлаждении жидкости движение атомов резко затруд­няется, вязкость круто возрастает, а в металлах, напротив, вязкостьс температурой меняется мало.При охлаждении переохлажденной жидкости в ней могут про­текать процессы образования и роста зародышей кристаллизации(рис. 2.14). Эти процессы подробно описаны в главе 3. Здесь сто­ит только подчеркнуть, что с понижением температуры частотапоявления зародышей кристаллизации уменьшается, а скорость ихроста возрастает.

Можно построить так .называемую С-образнуюдиаграмму начала кристаллизации.Эта диаграмма называется ТТТ-диаграммой (начальные буквы англий­ских слов температура — время —превращение, см. гл. 3). Она схема­тично показана на рис. 2.14. Штри­ховые линии на рисунке представ­ляют собой аналогичную диаграммупри непрерывном охлаждении (такназываемая ССТ-диаграмма). ТТТдиаграммы получают в изотерми­ческих условиях, а ССТ-диаграмРис.2.14.Кристаллизациямы — в условиях непрерывного ох­жидкости:лаждения, поэтому между ними име­1, 3 — ТТТ-диаграммы началаются некоторые различия. Однако,кристаллизации; 2, 4 — ССТпоскольку эти различия небольшие,диаграммы; 5 — переохлажденмы в дальнейшем будем пользовать­'ная жидкосться ТТТ-диаграммами.На рис.

2.14 приведены ТТТ-диаграммы веществ Л и В, которые,как видно, существенно различаются: линия, отвечающая началукристаллизации вещества В, смещена в сторону больших времен.Для аморфизации обоих этих веществ требуются минимальныескорости охлаждения, определяемые по линиям, касающимся вы­ступов диаграмм.

Характеристики

Список файлов книги