Условия образования аморфной структуры

Способность металлов и сплавов к аморфизации зависит от их химического состава, но в любом случае скорость охлаждения должна быть выше 10² – 10³ °С/с. (Для силикатного стекла критическая скорость охлаждения (Rc) составляет 10^-2 – 10^-1 °С/с.) Для чистых металлов R_c крайне велика (10¹⁰ – 10¹² °С/с), что сильно затрудняет аморфизацию.

Методы получения (сведены в таблицу)

1. Метод вакуумного напыления. Скорость осаждения обычно составляет 0,5 – 1 нм/с. Температура кристаллизации а, следовательно, термическая стабильность напыленных пленок зависит от их толщины. Так пленка железа толщиной 2,5 нм кристаллизуется при 50 – 60 К, а при толщине 15 нм железо в аморфном состоянии получить вообще не удается. Методом вакуумного напыления получают аморфные пленки Mn, Cr, Te, Sb, Ga, As, Al, V, Pd, Zr, Hf, Re, Ta, W, Mo.

Сущность: нагрев металла в вакууме 10^-3 – 10^-4 Па (предпочтительно глубокий вакуум 10^-6 – 10^-9 Па) с последующим осаждением на охлаждаемую подложку.

2. Методы распыления. В газовую атмосферу с низким давлением помещаются два электрода, между которыми наводится разность потенциалов, в результате чего газ ионизируется. Ионы сталкиваются с электродом, выбивая атомы с его поверхности. Разновидности метода распыления: простой двухэлектродный, трех- или четырехэлектродный, магнетронный, высокочастотный и др. следует отметить, что в большинстве случаев процессе осаждения сопровождается нагревом подложки. Поэтому метод пригоден для получения сплавов с высокой температурой кристаллизации. !!!Получить чистые аморфные металлы этим методом практически невозможно.

3. Методы закалки из жидкого состояния. Позволяют получать металлические аморфные порошки, проволоку, ленты.

Получение тонких пластинок

Недостатки: неопределенная нерегулируемая форма пластин;

Достоинство: реализация высоких скоростей охлаждения (до 10⁹°С/с), что позволяет аморфизировать сплавы в широком диапазоне составов.

Сущность: образование пластин при выстреливании небольших капель расплавленного металла и сплава либо при помощи газа под давлением, либо механическим путем на медную охлаждаемую плиту (холодильник).

Получение тонкой ленты

1. Плавление металла при электрическом или индукционном нагреве;

2. Выдавливание расплава из сопла под действием газа и затвердевание его при соприкосновении с поверхностью вращающегося холодильника.

При центробежной закалке ширина ленты < 5 мм. При прокатке – ширина ≥10 мм.

а, г – центробежная закалка; б – закалка на диске; в – прокатка расплава; д – планетарная закалка на диске.

Получение тонкой проволоки.

Две разновидности метода: через круглое отверстие и охлаждающую жидкость – метод экструзии расплава (расплавленный металл протягивается в трубке круглого сечения через водный раствор солей) и метод вытягивания нити из вращающегося барабана (струя расплавленного металла падает в жидкость, удерживаемую центробежной силой на внутренней поверхности вращающегося барабана с последующим сматыванием затвердевшей нити при охлаждении); метод Улитовского – Тейлора (протягивание расплава одновременно со стеклянной трубкой; диаметр – 2 – 5мкм, сложность отделения стекла.).

Охлаждающая жидкость – дистиллированная вода и раствор поваренной соли. Скорость охлаждения – 10⁴ – 10⁵ °С/с (ограничение сплавов).

Получение порошков

В кавитационном методе расплавленный металл выдавливается в зазоре между двумя валками (0,2 – 0,5 мм), изготовленными, например, из графита и нитрида бора. Происходит кавитация – расплав выбрасывается валками виде порошка, который попадает на охлаждаемую плиту или в охлаждаемый водный раствор. Кавитация возникает в зазоре между валками, вследствие чего исчезают пузырьки газа, имеющиеся в металле.

Метод распыления вращающимся диском в принципе аналогичен методу изготовления проволоки, но здесь расплавленный металл, попадая в жидкость, разбрызгивается за счет ее турбулентного движения (получение гранул ~ 100 мкм).