Аморфные металлы — металлы и сплавы с аморфной структурой, образующейся при очень быстром охлаждении расплава. Это вещества с характерным строением, которое близко к структуре расплавленного металла или стекла. Заметное упорядочение в аморфных металлах распространяется только на несколько межатомных расстояний, как у обычных стекол. Такую структуру металлы приобретают при охлаждении со скоростью более 1 миллиона градусов Цельсия в секунду.
Затвердевание с образованием аморфной структуры принципиально возможно для всех металлов и сплавов. Для практического применения обычно используют сплавы переходных металлов (Fe, Co, Mn, Cr, Ni и др), в которые для образования аморфной структуры добавляют аморфообразующие элементы (В, С, Si, P, S). Такие аморфные сплавы обычно содержат около 80% (ат.) одного или нескольких переходных металлов и 20% неметаллов, добавляемых для образования и стабилизации аморфной структуры.
Файлы: 1 файл
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Физика 10 Кристаллические и аморфные тела
МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
по дисциплине «Основы нано технологий»
на тему: «Аморфные металлы»
Выполнила: Недворягина Е.В. студентка 2 курса, группы ТФБ-11
Проверила: Полякова М.А.
Закалка из жидкого состояния……………………………………………
Аморфные металлы — металлы и сплавы с аморфной структурой, образующейся при очень быстром охлаждении расплава. Это вещества с характерным строением, которое близко к структуре расплавленного металла или стекла. Заметное упорядочение в аморфных металлах распространяется только на несколько межатомных расстояний, как у обычных стекол. Такую структуру металлы приобретают при охлаждении со скоростью более 1 миллиона градусов Цельсия в секунду.
Затвердевание с образованием аморфной структуры принципиально возможно для всех металлов и сплавов. Для практического применения обычно используют сплавы переходных металлов (Fe, Co, Mn, Cr, Ni и др), в которые для образования аморфной структуры добавляют аморфообразующие элементы (В, С, Si, P, S). Такие аморфные сплавы обычно содержат около 80% (ат.) одного или нескольких переходных металлов и 20% неметаллов, добавляемых для образования и стабилизации аморфной структуры.
Аморфные металлы привлекали усиленное внимание ученых со времени их открытия в 1960 году. Первым из полученных аморфных металлов был сплав золото-кремний. Затем удалось получить в аморфном состоянии не только сплавы, но и многие чистые металлы, в том числе железо, алюминий, хром, никель, ванадий, германий и др. Для этого потребовались скорости охлаждения до 10 миллиардов градусов в секунду.
Однако аморфное состояние чистых металлов неустойчиво – при нагревании начинается кристаллизация. Намного устойчивее сплавы, содержащие такие переходные элементы, как никель, палладий, цирконий, лантан, а также некоторые неметаллы – кремний, бор, углерод, фосфор.
Структура аморфных сплавов подобна структуре замороженной жидкости. Затвердевание происходит настолько быстро, что атомы вещества оказываются замороженными в тех положениях, которые они занимали, будучи в жидком состоянии. Аморфная структура характеризуется отсутствием дальнего порядка в расположении атомов, благодаря чему в ней нет кристаллической анизотропии, отсутствуют границы блоков, зерен и другие дефекты структуры, типичные для поликристаллических сплавов.
Металлическое Стекло — Материал, К КОТОРОМУ МЫ НЕ ГОТОВЫ!
Благодаря характерной структуре аморфные металлы обладают рядом особых свойств: они становятся в несколько раз прочнее, изменяются модули их упругости, электромагнитные свойства, повышается стойкость к коррозии. В противоположность обычным стеклам они проявляют заметную пластичность. Эти свойства определяют особое место аморфных металлов среди прочих материалов и привлекают к себе внимание специалистов. Они представляют собой многообещающие материалы для техники будущего.
Интерес, проявляемый специалистами к аморфным металлам, обусловлен еще и тем, что они значительно дешевле традиционных материалов.
Плотность аморфных сплавов лишь на 1-2% меньше плотности соответствующих кристаллических тел.
Закалка из жидкого состояния
Закалка из жидкого состояния является основным способом получения металлических стёкол. Этот метод заключается в сверхбыстром охлаждении расплава, в результате которого он переходит в твёрдое состояние, избежав кристаллизации — структура материала остаётся практически такой же, как в жидком состоянии. Он включает в себя несколько методов, которые позволяют получать аморфные металлы в формах порошка, тонкой проволоки, тонкой ленты, пластинок. Также были разработаны сплавы с малой критической скоростью охлаждения, что позволило создавать объёмные металлические стёкла.
Сверхвысокие скорости охлаждения для получения аморфной структуры можно реализовать различными способами. Общим в них является необходимость обеспечения скорости охлаждения не ниже 106 К/с. Известны методы:
o катапультирования капли на холодную пластину,
o распыление струи газом или жидкостью,
o центрифугирование капли или струи,
o расплавление тонкой пленки поверхности металла лазером с быстрым отводом тепла массой основного металла,
- сверхбыстрое охлаждение из газовой среды и др. Использование этих методов позволяет получать ленту различной ширины и толщины, проволоку и порошки.
Благодаря своим магнитным свойствам аморфные металлы используются при производстве магнитных экранов, считывающих головок аудио- и видеомагнитофонов, устройств записи и хранения информации в компьютерной технике, трансформаторов и других устройств.
Низкая зависимость сопротивления некоторых аморфных металлов от температуры позволяет использовать их в качестве эталонных резисторов.
Аморфные материалы используют для армирования трубок высокого давления, изготовления металлокорда шин и др. Высокая прочность в сочетании с коррозионной стойкостью позволяют использовать аморфные сплавы для изготовления кабелей, работающих в контакте с морской водой, изделий, условия эксплуатации которых связаны с воздействием агрессивных сред. Из аморфной ленты изготавливают предметы бытового назначения — бритвенные лезвия, рулетки и др.
Широкому применению аморфных металлов препятствуют высокая себестоимость, сравнительно низкая термическая устойчивость, а также малые размеры получаемых лент, проволоки, гранул. Кроме того, применение аморфных сплавов в конструкциях ограничено из-за их низкой свариваемости.
Таблица 1. Свойства и области применения аморфных металлических материалов
Высокая прочность, высокая вязкость
Высокая коррозионная стойкость
Высокая магнитная индукция насыщения, низкие потери
Высокая магнитная проницае-мость, низкая коэрцитивная сила
Постоянство модулей упругости и температурного коэффициента линейного расширения
Проволока, армирующие материалы, пружины, режущий инструмент
Электродные материалы, фильтры для работы в растворах кислот, морской воде, сточных водах
Сердечники трансформаторов, преобразователи, дроссели
Магнитные головки и экраны, маг-нетометры, сигнальные устройства
Инварные и элинварные материалы
Источник: www.yaneuch.ru
Что такое аморфное золото
Рассмотрены структура и физико-химические свойства нового класса перспективных металлических материалов, называемых аморфными металлами и сплавами или металлическими стеклами (метглассы). Это вещества, характеризующиеся отсутствием дальнего порядка в расположении атомов, что придает им ряд существенных отличий от кристаллических металлов.
Показано, что аморфные металлические материалы характеризуются сочетанием высоких механических, магнитных, электрических свойств и исключительно высокой коррозионной стойкостью. Рассмотрены специальные методы получения аморфных металлических материалов, области их применения и перспективы дальнейших исследований. Отмечены и недостатки аморфных металлов – это их невысокая термическая устойчивость и недостаточная стабильность во времени, а также пока незначительные размеры получаемых изделий. Интерес, проявляемый специалистами к аморфным металлам, обусловлен еще и тем, что они значительно дешевле традиционных материалов, выполняющих ту же задачу.
аморфные металлы
металлические стекла
ближний порядок
сверхбыстрое охлаждение
высокие механические
электрические
магнитные свойства
коррозионная стойкость
1. Вьюгов П.Н., Дмитренко А.Е. Металлические стекла. Вопросы атомной науки и – Соросовский образовательный журнал, № 4, 1997, С. 73-78.
3. Ржевская С. В. Материаловедение: Учеб. для вузов. – 424 с.
4. Рябов А.В., Окишев К.Ю. Новые металлические материалы и – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. япон. – 328 с.
В последние 20 лет особое внимание специалистов-материаловедов привлечено к новым неорганическим материалам, представляющим собой аморфные металлические металлы и сплавы с неупорядоченным расположением атомов в пространстве. До недавнего времени понятие «металл» связывалось с понятием «кристалл», атомы которого расположены в пространстве строго упорядоченно. Однако в 1960 г. впервые в Калифорнийском технологическом институте под руководством профессора П. Дювеза методом закалки расплава был получен аморфный сплав золото-кремний в виде металлического стекла состава Au75Si25, не имеющего кристаллической структуры [1]. Широкое признание аморфные металлические материалы получили в начале 70-х годов прошлого века, когда были разработаны высокоэффективные методы их получения в виде тонкой ленты или проволоки. С 70-х годов такие исследования стали проводиться и в нашей стране.
Металлы и сплавы с беспорядочным расположением атомов стали называть аморфными металлическими стеклами. Металлические стекла (аморфные сплавы, стекловидные металлы, метглассы) – это металлические сплавы в стеклообразном состоянии, образующиеся при сверхбыстром охлаждении металлического расплава, когда быстрым охлаждением предотвращается кристаллизация (скорость охлаждения не менее 106 К/с) [3]. С помощью методов рентгеновской, нейтронной, электронной дифракции было показано, что в аморфных металлических стеклах имеется более или менее четко определяемый на расстоянии двух-трех соседних атомов так называемый ближний порядок: в аморфном металлическом сплаве элементарная ячейка, характерная для кристаллического состояния, также сохраняется. Однако при стыковке элементарных ячеек в пространстве порядок их нарушается, и стройность рядов атомов, характерная для дальнего порядка, отсутствует [3].
Особенности структуры аморфных металлических стекол сказались и на многих физических свойствах. Металлические стекла обладают уникальным сочетанием высоких механических, магнитных, электрических и антикоррозионных свойств. Так, несмотря на то, что плотность аморфных сплавов на 1-2 % ниже плотности кристаллических аналогов, прочность их выше в 5-10 раз [2]. Металлические стекла отличаются от кристаллических сплавов отсутствием таких дефектов структуры, как вакансии, дислокации, границы зерен, и уникальной химической однородностью: отсутствует ликвация, весь сплав однофазен. Особенности строения металлических стекол обуславливают отсутствие характерной для кристаллов анизотропии свойств, высокую прочность и магнитную проницаемость, малые потери на перемагничивание.
Ещё в начале 60-х годов было показано, что можно получить аморфную структуру сплава, охлаждая жидкий расплав на холодной металлической подложке [1]. Для получения металлических стекол используются, в основном, два метода. В первом методе жидкий металл наносят на внешнюю цилиндрическую поверхность вращающегося диска (колеса), во втором – расплав извлекается вращающимся диском.
Данным методом перевести в твердое аморфное состояния чистые металлические элементы трудно. Например, чистый никель удалось зафиксировать в стеклообразном состоянии только при экстремально больших скоростях охлаждения (около 1010 К/с). Однако сплавление элементов друг с другом, особенно с металлоидами, значительно облегчает процесс стеклообразования.
Характерным в этом отношении является сплав Pd – Si. Чистый палладий не удается перевести в аморфное состояние даже при очень больших скоростях охлаждения. Но сплав палладия с 20 % кремния аморфизируется уже при скоростях охлаждения примерно 102 К/с. Другой способ получения металлических стекол – высокоскоростное ионно-плазменное распыление металлов и сплавов. Аморфные металлические сплавы получают в виде напыленного слоя толщиной от 1 до 1000 мкм [2].
Аморфные металлические сплавы в зависимости от состава можно разделить на две основные группы:
2. Сплавы типа металл – металл (Cu–Cd, Cu–Zr, Hf–Ni, Nb–Ni и др.).
Благодаря особенностям своего строения, аморфные металлы и сплавы имеют ряд отличительных свойств. Аморфные сплавы обладают уникальными механическими свойствами: они имеют высокую прочность и твёрдость в сочетании с высокой пластичностью при сжатии или изгибе, также имеют высокий предел прочности на растяжение, высокую усталостную прочность, высокую энергию ударного разрушения и упругости.
Так, например, по своей прочности и пластичности проволока их аморфного сплава Fe75Si10B15 превосходит даже стальную рояльную проволоку. Поэтому аморфные сплавы могут найти самое широкое применение как конструкционные или специальные материалы: конструкционные материалы машинного оборудования, материалы матриц (фильер), инструментальные материалы, композитные материалы и др. [1, 3]. Но наиболее широкое применение металлические стекла нашли благодаря их магнитным и электрическим свойствам. Около 80 % промышленных аморфных сплавов применяются в качестве магнитомягких материалов, сочетающих изотропность свойств, высокую магнитную проницаемость, высокую индукцию насыщения, малую коэрцитивную силу. Их применяют для изготовления магнитных экранов, магнитных фильтров и сепараторов, датчиков, записывающих головок и др. [4].
В аморфном состоянии, несмотря на неупорядоченное расположение атомов, может возникать упорядоченное расположение магнитных моментов. Потому многие аморфные сплавы на основе железа, кобальта, никеля, а также некоторых редкоземельных металлов ферромагнитны [4].
Их поведение качественно похоже на поведение кристаллических ферромагнетиков: в них возникают магнитные домены, при перемагничивании имеется петля гистерезиса, существует точка Кюри, выше которой спонтанная намагниченность исчезает, и т.д. В аморфных сплавах отсутствуют такие барьеры для движения доменных стенок при перемагничивании, как дислокации или границы зёрен, однако в роли барьеров могут выступать локальные неоднородности, магнитострикция от внутренних напряжений и т.п. Отжиг ниже температуры кристаллизации, приводящий к релаксации аморфной структуры и уменьшению внутренних напряжений, обычно уменьшает коэрцитивную силу. Однако в некоторых случаях он, наоборот, может привести к расширению петли гистерезиса из-за стабилизации границ доменов.
Беспорядок расположения атомов в виде ближнего порядка оказывает сильное влияние и на электропроводность металлических стекол. Их удельное электрическое сопротивление в 3-5 раз выше, чем у кристаллических аналогов. Это связано с тем, что при движении электронов через нерегулярную структуру аморфных металлических стекол они испытывают гораздо больше столкновений с ионами, чем в кристаллической решетке [2].
Сплавы типа металл – металл и, особенно, металл – металлоид в аморфном состоянии имеют более высокую коррозионную стойкость, чем в кристаллическом состоянии, т.к. химическая однородность, отсутствие межзёренных границ и линейных дефектов типа дислокаций увеличивает коррозионную стойкость за счет устранения локальной разности электрохимического потенциала [4, 5]. Например, аморфный сплав Fe45Cr25Мо10P13C7 по стойкости превосходит даже тантал и используется в качестве электродных материалов и фильтров для работы в растворах кислот.
Аморфные металлы и сплавы можно использовать в качестве катализаторов органического синтеза, материалов для топливных элементов, а также в качестве медицинских имплантатов из-за их высокой прочности и коррозионной стойкости [1, 4].
Аморфные сплавы широко применяются в микро- и радиоэлектронике в качестве диффузионных барьеров. Металлы IV-V групп (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta) склонны к образованию гидридов металлов. Показано, что аморфные сплавы способны абсорбировать водород на 50 % больше, чем кристаллические. Использование аморфных сплавов тугоплавких металлов в качестве материалов для хранения водорода является новым и весьма перспективным направлением. Наряду с высокими механическими, ферромагнитными свойствами и и коррозионной устойчивостью, можно предположить, что аморфные металлы и сплавы должны обладать высокой стойкостью к радиационным воздействиям, т.к. имеют неупорядоченную атомную структуру, которая позволяет сохранять неизменными характеристики материала под воздействием облучения [1].
Аморфные сплавы, обладающие высокой коррозионной стойкостью, твердостью и пределом упругости, могут быть использованы для изготовления бритвенных лезвий. Покрытия из аморфных сплавов могут быть использованы в качестве защитных покрытий металлов [1].
Аморфные металлы часто называют материалами будущего, «фантастическими материалами», что связано с уникальностью методов их получения и особыми свойствами, не встречающимися у кристаллических металлов. Однако аморфные материалы не лишены недостатков: это невысокая их термическая устойчивость и недостаточная стабильность во времени. Также недостатком являются малые размеры получаемых лент, проволоки, гранул и невозможность их сварки. Поэтому аморфные металлы не пригодны в качестве высокотемпературных материалов, а их применение, вероятно, будет ограничено только малогабаритными изделиями.
Однако полное завершение исследований по аморфным структурам еще впереди. Интерес, проявляемый специалистами к аморфным металлам, обусловлен еще и тем, что они значительно дешевле традиционных материалов, выполняющих ту же задачу (если такие материалы вообще существуют). Следует сказать, что ученых и инженеров ждет интересная и перспективная работа в области получения и исследования новых аморфных металлических материалов, в частности, получение аморфных структур, в которых отсутствует даже ближний порядок [2, 5]. Очевидно, что физико-химические свойства аморфных металлов и сплавов и возможности их практического применения ещё до конца не изучены.
Источник: eduherald.ru
Что такое аморфное золото
Mоноатомного золото в различных старых книгах и документах
Существование моноатомного золота описывается изменением его имени повсюду в истории.
В Ветхом Завете, когда израильтяне выходят из Египта, Моисей отдает тем, кто страдает от голода, священной еде «Мана», приготовленной из белого порошка и делающей их здоровыми.
Другие вещи, касающиеся Моисея и моноатомного золота, написаны в Ветхом Завете.
32: 1
Когда люди увидели, что Моисей так долго спускался с горы, они собрались вокруг Аарона и сказали: «Приди, сделай нас богами, которые пойдут пред нами. Что касается этого человека Моисея, который вывел нас из Египта, мы не знаем, что с ним произошло »
32: 2
Аарон ответил им: «Сними золотые серьги, которые надевают твои жены, твои сыновья и дочери, и принеси их ко мне».
32: 3
И все люди сняли свои серьги и принесли их Аарону.
32: 4
Он взял то, что они ему вручили, и превратил его в идола в форме теленка, вылепляя его с помощью инструмента. Тогда они сказали: «Это ваши боги, Израиль, который вывел вас из Египта».
32:20
И он взял теленка, которого сотворили люди, и сожгли его в огне; Тогда он размолол его порошком, разбросал его по воде и заставил израильтян пить его.
32:23
Они сказали мне: «Сделай нас богами, которые пойдут перед нами. Что касается этого человека Моисея, который вывел нас из Египта, мы не знаем, что с ним случилось ».
32:24
И я сказал им: «У кого есть какие-нибудь золотые украшения, сними его». Затем они дали мне золото, и я бросил его в огонь, и вышел этот теленок! »
Говорят, что в легендарной Атлантиде есть одноатомное золото.
Его также называют металлом пламени, это вещество с таинственным свойством излучать уникальную энергию,
Он назывался «Орикалкум».
Николас Фламель, родившийся в 1330 году, является известным алхимиком, который сделал «Философский камень».
В тезисе алхимии Фламеля, ртути и серы, различные металлы плавятся в топке печи и перегоняются для продолжения работы, затем вещество превращается в черный, серый белый, зеленый, белый, оранжевый и, наконец, становится розовым фиолетовым камнем, как цветок мака.
И в конце концов философский камень был завершен.
Во второй половине дня 17 января 1382 года Фламель начал делать золото философским камнем.
Перед своей женой Он сделал такое же количество золотого золота, как и ртуть, просто бросив столько же философского камня в ртуть.
Он повторил то же самое и ночью.
По признанию самого себя, он сказал, что трижды он превращал ртуть в золото с философским камнем.
В другой истории Николас Фламель завершил философский камень в «Гарри Поттер и философский камень».
Источник: aqua-universe.com