Аморфные материалы (835546), страница 16
Текст из файла (страница 16)
На рис. 2.17 показано влияние металлоидов на критическую толщину сплавов Fe80(B, С, Р ) 2о. В двойныхсплавах FegoB2o и FesoP2 o критическая толщина составила соответственно лишь 40 и 20 мкм. При одновременном введении металлоидов двух сортов критическая толщина значительно увеличивается,т. е. аморфизация при этом облегчается. Так, при добавлении 5%(ат.) кремния в сплавы Fe— В и 5% (ат.) углерода в сплавыFe—Р критическая толщина возрастает соответственно до 155 и200 мкм. В тройных сплавах Fe80 (В, Р)го, Fe80(B, С )20, Fe80(P, Si) 2оувеличение концентрации второго металлоида не приводит к заметным изменениям критической толщины.Значения критической толщины сплавов Fe— Si—В приведенына рис.
2.18. Как видно из рисунка, максимальная критическаятолщина практически соответствует центру области аморфизациии равна 250 мкм для сплава Fe75Si1oBi5 . Аналогичные данные длясплавов Со—Si— В и N i—Si—В приведены на рис. 2.19 и 2.20. Длясплавов Со—S i—В максимальная критическая толщина 160 мкмсоответствует составу Co72 ,5 S ii 2 ,5 B i 5 , в случае сплавов Ni— Si—Вмаксимальная критическая толщина 225 мкм соответствует составу Ni75Si8B 17, причем оба состава также лежат практически в центре области аморфизации. На рис. 2.21 показано сравнение критической толщины сплавов системы (Fe, Со, N i)7s— (Si, В)г 5 52Яt.MKM107tO610s0, °c/c10* Ю 2000 SOV,M/CРис.
2.16. Соотношение меж ду толщиной ленты (, скоростью охлаж дения R и . скоростью вращения медного диска V при закалке сплаваFe 4 oNi«)PuB6; температура расплава1000°С, диска 20°СРис. 2.17. Влияние металлоидов накритическуютолщинуаморфныхсплавов на основе железа:25о Ат® Ат+Сп/•Cry■20 мкм20,.13-(30 60/155 ид'НО 5 0 ^2 015|л9 о \ Ьk10v#О / '- ч ' о \60о175\250\t60\80А V\>оо№ гщ. in.< \\ ° \ °Ч о \Ч5M soоJo'FeFe80 B2q—x Cx ;35 \ Г50 /80'2/о''г20 5 0 'IО4'соPeso B2q—;S i^ ;5 — Fe80 P20_ , Si*ON О ОУо .
р —аРе8о Рго—х С-с> ^Fe80 Щ0_ х Pj;; 4to toiЧ Н ---------- 1---------- 1--------- 6-51015д,%№ )2025Рис. 2.18. Критическая толщина (цифры у точек, мкм) тройных сплавовFe— Si—В:Ат — аморфное состояние; Cry —кристаллическое состояниеРис. 2.19.Критическаятолщина(цифры у точек, мкм) тройных сплавов Со— Si— В15202.,%lam.)Рис.
2.20.Критическаятолщина(цифры у точек, мкм) тройных спла-_вов N i— Si— В53Эти результаты показывают,что по критической толщине образования аморфной фазы можнооценитьспособностьданногосплава к аморфизации..2.2.4. Классификация аморфныхсплавовИзвестные к настоящему временя аморфные сплавы обычноотносят к одному из двух типов:металл-металлоид и металл-металл.На рис. 2.22 показаны элементы в периодической системе, являющиеся компонентами сплавов,Рис. 2.21.
Критическая толщина тройметодомзаныхсплавовFe75Si25-*Bx (- > аморфизируемыхкалки из жидкого состояния. ЭлеN ST —хВх ( ) и C S —хВх (5)менты, символы которых помещены в двойные рамки, входят в состав сплавов типа металл-металлоид, а элементы, символы которых заштрихованы, входят в составсплавов типа металл-металл. Видно, что большая часть металли017525ПаФА;Ве'АУУА2075125Металл-Металлоид%Металл-металлШа IVa Va Via77СгSc T i/А / / /'<%77/V/ аМо22^У/ У/Ваш Та WV / 77&УПа/АМп Fe'У/Тс К»Os2Z ;МП'А'СоV//Аш»-А7 /,/лшь IVb УЬ VIbвсN721Ж Si Р1Ь ЛЬ / А' А У / 7 /ф'Ъу %'Ni'Ge AsУ/ 7 /У //У/ У/А /Pd Ад' Cd In Sn ;s i7- / / '////иА<7/А А /PI Аи н д Т1 - рь ; Bi•'А У хФаОSSeТеРоУ//АУА77/ А 7 7 / а 7/ФАLa;Nd. Pm /Sin- ,Ец- /Gd тъ-но; -Ег; Тш Yb ,L hV/ ЩА У / 7 7 У 7 у 7 щ у / У-Ф///7а///Ас -Th Ра А / Np Pu Am Cm вь CfMvА /2аРис.
2.22. Элементы, входящие в составы сплавов, аморфизируемых сприменением различных методов закалки из жидкого состоянияческих элементов могут быть компонентами аморфизирующихсясплавов.Сплавы типа металл—металлоид почти без исключения аморфизируются при суммарном содержании металлоидов (В, С, Si,Ge, Al) J5-—30% (ат.). Сплавы типа металл—металл, имеющие в54Т а б л и ц а 2.7. Химические составы аморфных сплавов типа (металл — металлСистемаКонцентрация второгокомпонент-а % (ат.)Са—AgСа—А1Са—СиСа—GaСа—MgСа—ZnC o -T iСо—ZrC u -C dСи—HfСи—MgC u -T iСи—Zr12,5—42,512,5—47,512,5— 62,51622,5—42,517,5—62,521—23' 9— 1633— 4540.?30—3525—60CU^HfgoNbgnCU4 0 1 1зо^Ьд0—CUioZrgoNbgnEr—FeF e—ThF e—ZrGd—CoGd—FeHf—CoHf— NiLa—AgLa—AJLa—AuLa—СиLa—GaLa—Ge—3228—809 — 114 0 -5 032— 5022—9120—802518—3418—263016—2817—22—'Концентрациявторого компонента, %(ат.)СистемаLa— NiMg—GaMg— ZnNb—NiNb—Rh22'1925—3240— 6642—45№)48№ з 9А113—10— 1118, 3030302540— 7037—41!30— 40—20— 402720—4020— 3520— 402730— 5022—003322— 9020—3518— 26N i—ZrSr—A1Sr—GaSr—MgSr— ZnТа—NiT i - BeT i—Ni1G—CoU -C rU -F eU—MnU— Ni.U -V' Zr—BeZr—CoZr—FeZr—NiZr—PbZr—RhZrBe^Nbyх = 2 0 — 35у = 2,5-f-20качестве компонентов переходные металлы Ш а, IVa, Va, V llb и lbгрупп, аморфизируются в широкой области.
Известны сплавы типаЮм-Розери: M g—Zn, Са—M g, Са—Zn, а также сплавы, содержащие РЗМ: Gd—Со, Gd—Fe, La—Ga. Представление об областяхобразования аморфных сплавов в некоторых системах металл-^-металл дано в табл. 2.7, где приведены составы наиболее важных изизвестных сейчас аморфных сплавов.Г л а в а 3.СТРУКТУРА И АТОМНЫЕ СМЕЩЕНИЯ3.1. ПРОЦЕСС СТЕКЛОВАНИЯ ПЕРЕОХЛАЖДЕННОЙ ЖИДКОСТИ3.1.1. Превращ ения при стеклованииЖидкость, достаточно медленно охлажденная до температурызатвердевания1 Тт, превращается в кристалл. Однако хорошо известно, что при быстром охлаждении зарождение и рост кристал1 Здесь Тт — температурафазовогоравновесияжидкость — кристалл.Прим. ред.55лов подавляется и даже ниже Тт кристаллизации не происходит:образуется метастабильная переохлажденная жидкость.
Крометого, при понижении температуры степень переохлаждения увеличивается, скорость движения атомов в жидкости значительно падает (соответственно увеличивается вязкость и уменьшается коэффициент диффузии) и в конце концов движение атомов прекращается. В этом случае протекание кристаллизации и образованиепериодических атомных конфигураций невозможно — возникаеттвердое тело с таким же расположением атомов, как в переохлажденнойжидкости.Такоенеравновесноетвердоесостояниеназываютсостоянием'стекла, а температуру,прикоторой происходитзатвердевание,называюттемпературойстеклования Tg.
Температуру стеклования часто определяют кактемпературу, при которой вязкость переохлажденной жидкостидостигает значения г)= 1012 П а-с.Как видно из рис. 3.1, температурные зависимости удельногообъема и энтальпии в точке Тт имеют скачок, тогда как в точкеTg только перегиб. Однако температурный коэффициент линейногорасширения и удельная теплоемкость, являющиеся производнымипо температуре соответственно от объема и энтальпии, имеют скачок и в точке Tg> а их значения для аморфного состояния почти неРис.
3.1. Скачкообразные изменения термодинамических свойствв окрестности температур превращений [1]:а — удельный объем; б — энтальпия; в — температурный коэффициент линейного расширения; г — удельная теплоемкость; 1 — стеклообразное состояние; 2 — переохлажденная жидкость; 3 — кристаллическое состояние56отличаются от таковых для кристаллического состояния1. Эти особенности могли бы позволить рассматривать переход в аморфноесостояние как фазовое превращение второго рода. Однако температура Tg не является постоянной, а зависит от скорости охлаждения. И хотя интервал ее измененияузок, переход в аморфное состояниенельзя рассматривать как фазовоепревращение типа' термодинамический порядок — беспорядок12.На рис. 3.2 показаны температурные зависимости вязкости и постоянной времени структурной релаксации т сплава Pd 7 7 Cu6Sii7.Сплошной линией показаны результаты измерений.
По оси абсцисс отложена обратная гомологическаятемпература Тт/Т. Величина т . означает время, необходимое для того, чтобы атомы сплава образовалиновую конфигурацию, заняв позиции, близкие к равновесным. Этовремя рассчитывается ИЗ соотноше- Рис- 3 -2 - Температурные завиггВ Я З К О С Т И I] н постоянной времени структурной релаксадии х сплава Pd77Cu6Sii7СИМ ОСТИниях — п/и(3 11'''№где г) — вязкость; р, — модуль сдвигаВ окрестности Т.т вязкость жидкого металла составляет обычно10~2 П а-с, а с повышением температуры она медленно уменьшается(сплошная линия L).
В жидком состоянии энергия активации вязкого перемещения атомов почти всегда составляет ЕтаЪкТт (приТ == 1ООО К величина Е т 0,3 эВ ). При кристаллизации жидкостивязкость при Тт возрастает очень сильно (в 1010 раз). Однако притемпературе ниже Тт, в случае подавления кристаллизации, когдажидкость находится в переохлажденном состоянии, вязкость суменьшением температуры возрастает непрерывно.Изменение вязкости переохлажденной жидкости с температурой в диапазоне т] = 104- И 0 12 П а-с в хорошем приближении описывается выражениемГ) = Г)0 ехр [В / (Т — Т0) ] ,(3 .2 )где т]о и В — постоянные; Т0— температура «идеального» стеклования, являющаяся характеристикой данного сплава.
Формула(3.2) справедлива не только для жидких переохлажденных метал1 Для аморфных металлов подобные зависимости опытным путем получитькрайне трудно. Поэтому можно лишь предполагать, основываясь на аналогии снеметаллическими стеклами, что они имеют такой же вид, как это показано нарис. 3. 1. Прим. ред.2 И выше, и ниже Tq системанаходится в одном — разупорядоченном —состоянии. Прим.
ред.57лов и неорганических оксидов, но и для органических соединений;ее часто называют эмпирической формулой Фогеля-Фулчера.Зависимость вязкости переохлажденной жидкости от температуры может подчиняться закону Аррениуса:Ц = iioexp ( А/ Т) ,(3 .3 )а отклонения от этой зависимости в сторону приближения ФогеляФулчера происходит из-за того, что при любой температуре возникает эффект многократного переформирования структуры, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
