Рассмотрено важное и перспективное в материаловедении направление — получение металлов в аморфном состоянии. Подробно освещены способы получения и условия формообразования аморфных металлов. Описаны их структура, термическая стабильность, магнитные, электронные, механические и химические свойства, а также сверхпроводимость. Показаны области применения указанных материалов.
Для научных работников и специалистов металлургической, машиностроительной, электротехнической, электронной и приборостроительной промышленности.
Аморфные металлы скачать книгу бесплатно
Предисловие к русскому изданию
Предисловие
Глава 1. Общие представления об аморфных металлах
Глава 2. Методы получения и условия образования аморфных структур
2.1. Основные особенности и характеристики методов получения аморфных металлов
2.1.1. Метод вакуумного напыления
2.1.2. Метод распыления
2.1.3. Методы металлизации
2.1.4. Методы, связанные с протеканием химических реакций в газовой фазе (CVD-методы)
Физика 10 Кристаллические и аморфные тела
2.1.5. Методы закалки из жидкого состояния
2.2. Условия образования аморфной структуры
2.2.1. Проблемы аморфизации жидкости
2.2.2. Факторы, контролирующие способность металлов и сплавов к аморфизации
2.2.3. Оценка способности к аморфизации по критической толщине
2.2.4. Классификация аморфных сплавов
Глава 3. Структура и атомные смещения
3.1. Процесс-стеклования переохлажденной жидкости
3.1.1. Превращения при стекловании
3.1.2. Критическая-скорость охлаждения
3.1.3. Изменения структуры при превращении жидкости в аморфное твердое тело
3.2. Изучение структуры ближнего порядка в аморфных сплавах
3.2.1. Парная функция распределения и интерференционная функция
3.2.2. Изучение локальной структуры аморфных сплавов путем определения парциальных функций рассеяния
3.2.3. Определение парных функций распределения высокоразрешающими методами
3.2.4. Структура химического ближнего поряДка
3.2.5. Наблюдение локальной структуры ближнего порядка методом ТСРП
3.3. Модели структур аморфных тел
3.3.1. Анализ структур случайной плотной упаковки (СПУ)
3.3.2. Дислокационные модели
3.3.3. Модели СПУ-структур бинарных аморфных сплавов
3.3.4. Модели структур ОЛК аморфных сплавов
3.4. Релаксация структуры аморфных металлов
3.4.1. Изменения структуры при низкотемпературном отжиге
3.4.2. Кинетика структурной релаксации
3.4.3. Расслоение и кристаллизация
3.4.4. Структура дальнего порядка и анизотропия
Глава 4. Термическая стабильность
4.1. Явления, происходящие при нагреве аморфных металлов
4.2. Изменения свойств при нагреве
4.2.1. Параметр изменения структуры
4.2.2. Изменения свойств на стадиях, предшествующих кристаллизации
4.3. Процессы кристаллизации
4.4. Стабильность структуры и химический состав сплавов
Глава 5. Магнитные свойства
5.1. Введение
Металлическое Стекло — Материал, К КОТОРОМУ МЫ НЕ ГОТОВЫ!
5.2. Ферромагнетизм и ферримагнетизм аморфных металлов
5.3. Ферромагнетизм аморфных сплавов (Fe, Co, Ni) — металлоид
5.3.1. Магнитный момент
5.3.2. Температура Кюри
5.3.3. Температурная зависимость намагниченности
5.4. Процессы намагничивания в аморфных сплавах, полученных закалкой из жидкого состояния
5.4.1. Петля гистерезиса
5.4.2. Доменная структура
5.4.3. Магнитострикция
5.4.4. Другие факторы, оказывающие влияние на процесс намагничивания
5.5. Способы улучшения свойств магнитно-мягких аморфных металлов
5.5.1. Структурная релаксация
5.5.2. Влияние отжига в магнитном поле
5.5.3. Магнитная анизотропия, наведенная отжигом в магнитном поле
5.5.4. Стабилизация доменов
5.5.5. Влияние растяжения
5.5.6. Влияние прокатки
5.6. Характеристики аморфных магнитно-мягких материалов
5.6.1 Сплавы с высокой магнитной проницаемостью и нулевой магнитострикцией
5.6.2. Охлаждение во вращающемся магнитном поле
5.6.3. Изменение магнитной проницаемости во времени и явление дезаккомодации
5.6.4. Сплавы с низкими потерями и высокой намагниченностью
5.7.,Аморфные металлические материалы с другими функциональными магнитными свойствами
5.7.1. Магнитострикционные характеристики
5.7.2. Инварные характеристики
Глава 6. Электронные свойства аморфных сплавов
6.2. Электронная структура и плотность состояний
6.2.1. Состояние электронов в модельных СПУ-структурах
6.2.2. Плотность состояний аморфных, сплавов типа металл — металл
6.2.3. Электронные состояния аморфных сплавов типа металл — металл
6.3. Электронная структура и волновые функции
6.3.1. Комптоновское рассеяние
6.3.2. Аннигиляция позитронов
6.4. Электросопротивление
6.4.1. Особенности электросопротивления аморфных сплавов
6.4.2. Теория электрического сопротивления Займана и ее модификации
6.4.3. Локальные колебания структуры и эффект Кондо
Глава 7. Сверхпроводимость
7.1. Введение
7.2. Критическая температура Тс аморфных сплавов переходных металлов
7.3. Факторы, контролирующие величину Тс
7.4. Критическое магнитное поле и критическая плотность электрического тока
7.5. Улучшение свойств аморфных сверхпроводников путем создания смешанной аморфно-кристаллической структуры
7.6. Улучшение свойств аморфных сверхпроводников путем кристаллизации
7.7. Стойкость к облучению
7.8. Аморфные сверхпроводники с покрытиями
7.9. Сравнение кристаллических и аморфных сверхпроводников
Глава 8. Механические свойства
8.1. Упругость
8.2. Твердость и прочность
8.3. Деформация и разрушение при комнатных температурах
8.4. Вязкость
8.5. Зависимость механических свойств от температуры и скорости деформации
8.6. Влияние облучения на механические свойства
8.7. Влияние атмосферы на механические свойства
8.8. Усталость аморфных металлов
8.9. Механизмы деформации аморфных металлов
8.9.1. Механизмы вязкого течения
8.9.2. Дислокационные механизмы деформации
8.10. Общая характеристика механических свойств аморфных металлов
Глава 9. Химические свойства
9.1. Химическое своеобразие аморфных металлов
9.1.1. Химическая однородность
9.1.2. Сплавы со сложными химическими составами
9.2. Коррозия аморфных сплавов
9.2.1. Аморфные сплавы на основе железа
9.2.2. Аморфные сплавы на основе кобальта и никеля
9.2.3. Аморфные сплавы типа металл — металла
9.3. Причины высокой коррозионной стойкости аморфных сплавов
9.3.1. Образование пассивирующей пленки
9.3.2. Ускоренное формирование пассивирующей пленки
9.3.3. Химическая гомогенность сплавов
9.4. Влияние легирующих металлических элементов
9.4.1. Случай, когда легирующий элемент более активен, чем металл основы сплава
9.4.2. Случай, когда легирующие элементы менее активны, чем основной металл
9.5. Местная коррозия
9.6. Коррозионное растрескивание и водородное охрупчивание
9.7. Другие химические свойства
9.7.1. Аморфные электродные материалы для электролиза поваренной
9.7.2. Катализаторы для синтеза этилена
9.7.3. Материалы для топливных элементов, работающих на метаноле
9.8. Абсорбция водорода
9.8.1. Изменение аморфной структуры при абсорбции водорода
9.8.2. Диаграммы «давление — состав — температура»
9.8.3. Максимальное количество абсорбированного водорода
9.8.4. Характеристики айорфных материалов как абсорбатов водорода
Глава 10. Свойства и применение аморфных металлов
10.1. Технологические факторы, контролирующие свойства аморфных металлов
10.1.1. Влияние условий охлаждения
10.1.2. Влияние химического состава
10.1.3. Влияние деформации
10.1.4. Влияние термической обработки
10.1.5. Влияние атмосферы
10.2. Свойства аморфных материалов и примеры их использования
10.2.1. Высокопрочные материалы
10.2.2. Коррозионностойкие материалы
10.2.3. Магнитно-мягкие материалы
10.2.4. Инварные и элинварные материалы
10.2.5. Другие аморфные металлические материалы
10.3. Перспективы на будущее
Библиографический список
Дополнительный библиографический список
Предметный указатель
Аморфные металлы скачать книгу бесплатно
Источник: www.materialscience.ru
Применение аморфных металлических сплавов
Металлы, имеющие аморфную структуру, имеют так называемый ближний порядк расположения атомов. Кристаллическая же структура, характерная для большинства металлов, повторяется во всем объеме вещества (дальний порядок). При аморфном состоянии металла его атомы располагаются упорядоченно лишь на близких расстояниях. Схожая структура характерна для обычного стекла.
Структуры дальнего и ближнего порядка
Основным методом получения аморфных металлов является сверхбыстрое охлаждение расплавленного вещества, при котором не успевает происходить процесс кристаллизации. Металл переходит в твердое состояние, сохраняя структуру, аналогичную расплавленной фазе.
Необходимость максимально быстрого охлаждения всего объема расплава обусловила получение аморфных металлов в виде тонких листов, ленты, проволоки или порошка. Для сохранения в аморфном состоянии объемных металлических изделий используются специальные сплавы, имеющие малую критическую скорость охлаждения.
Аморфные металлы: свойства
Если рассматривать механические свойства аморфных сплавов, то их отличия от кристаллических металлов достаточно велики:
- повышенная устойчивость к коррозии;
- высокий уровень прочности и твердости;
- высокий уровень вязкости.
Благодаря уникальным электромагнитным свойствам аморфные сплавы широко применяются в электротехнике. Их используют для изготовления сердечников трансформаторов, что позволяет в несколько раз сократить потери электроэнергии в них.
Аморфные сплавы обладают гораздо более высоким сопротивлением, чем кристаллические, но при этом имеют высокую магнитную проницаемость. В таких сердечниках не наблюдается вихревых токов, способствующих потерям энергии.
Широкое распространение аморфных металлов в различных сферах ограничивается лишь тем, что это не всегда является целесообразным с экономической точки зрения из-за относительно высокой стоимости получения сплавов.
Источник: mmetalloprom.ru
Что такое аморфные материалы?
Все вещества имеют особую атомную структуру. Но у материалов есть так называемое аморфное состояние. Каким комплексом свойств обладают такие материалы, как их получают и для чего они могут быть полезны? Рассказываем в карточках.
Когда материал является аморфным?
Возьмем твердое вещество, например, металл. Он обладает кристаллической решеткой, то есть его атомы стоят в четко отведенных местах. У атомов же аморфных веществ такого порядка нет, они расположены хаотично. В общем, сплошной разброд и шатание.
А происходит такое, если взять жидкое состояние нужного нам вещества и зафиксировать его хаотичную структуру в моменте. Получившееся вещество и будет аморфным.
А как они сохраняют целостность без кристаллической структуры?
Дело в том, что между атомами вещества все равно присутствуют связи. Они могут быть сильнее или слабее в зависимости от типа структуры, но в любом случае достаточными, чтобы атомы оставались друг с другом в соприкосновении и взаимодействии и не разбрелись по округе.
Возьмем, например, любой твердый металл. Если довести слиток до плавления, затем не спеша его охладить, то атомы в нем успеют занять отведенные им места, то есть вернуть кристаллическую структуру вещества. Но для того, чтобы металл сделать аморфным, расправленный слиток нужно мгновенно охладить, то есть не дать атомам занять отведенные им места, тем самым сформировав четкую структуру.
Любой ли материал может стать аморфным?
Теоретически да, но на практике же мы неизбежно столкнемся с техническими ограничениями. Ведь надо сначала сделать твердое жидким (но не перегреть, иначе испарится), а затем охладить так быстро, чтоб не успела произойти кристаллизация. С металлами такое проделывать удобнее всего, да и пригождаются они чаще.
Так в чем их польза?
Тут список достаточно большой. Начнем с того, что они обладают уникальными механическими свойствами. Они очень упругие, то есть могут вернуться к исходному геометрическому состоянию после запредельных деформаций. Сгибай их, крути, растягивай, завязывай в узел — аморфным материалам все нипочем! Как капроновый чулок: тянется и не рвется.
Только в тысячи раз лучше.
Еще они очень прочные. А поскольку у них нет четко выстроенной структуры атомов, то нет и способности проводить электричество. В электротехнических устройствах незаменимое свойство!
А где и для чего их используют?
Вот тут неожиданно: одно из первых применений выпало на спортивный инвентарь. А если точнее, из аморфных металлов делают клюшки для гольфа. Благодаря своей упругости клюшка при ударе не деформируется вообще, и абсолютно вся энергия передается мячу, без потерь. Мячик летит дальше — спортсмен счастлив.
Крышки некоторых смартфонов сделаны из аморфного пластика: он очень прочный, такой не разобьешь и не поцарапаешь. Профессиональные удочки тоже, на такой хоть кашалота тащи — не сломается! Очень перспективным направлением стали медицинские имплантаты. Штифты, спицы и искусственные суставы из аморфных металлов легче, но крепче изделий из титана или его сплавов. А в организме служат дольше, ведь почти не подвержены износу.
А еще из аморфных материалов получается припой, с помощью которого можно натурально соединить несоединяемое! Например, сталь и вольфрам. Клей на основе такого припоя заполняет даже самые глубокие зазоры и трещины между материалами. И держит крепко — прям суперклей, только сильнее.
Источник: homo-science.ru