Особенности и основные способы получение аморфных металлических сплавов

В последние годы XX столетия внимание физиков и материаловедов привлечено к таким конденсированным средам, для которых характерно неупорядоченное расположение атомов в пространстве. Всеобщий интерес к неупорядоченному состоянию английский физик Дж. Займан выразил следующим образом: "Неупорядоченные фазы конденсированных сред – например, сталь и стекло, - встречаются несравненно чаще и в практическом отношении никак не менее важны, чем идеализированные монокристаллы, которыми не столь давно только и занималась физика твердого тела".

Среди твердых конденсированных сред особого внимания заслуживают так называемые металлические стекла - аморфные металлические сплавы с неупорядоченным расположением атомов в пространстве. До недавнего времени понятие "металл" связывалось с понятием "кристалл", атомы которого расположены в пространстве строго упорядочено. Однако в начале 60-х годов в научном мире распространилось сообщение о том, что получены металлические сплавы, не имеющие кристаллической структуры. Металлы и сплавы с беспорядочным расположением атомов стали называть аморфными металлическими стеклами, отдавая должное той аналогии, которая существует между неупорядоченной структурой металлического сплава и неорганическим стеклом.

Открытие аморфных металлов внесло большой вклад в науку о металлах, существенно изменив наши представления о них. Оказалось, что аморфные металлы разительно отличаются по своим свойствам от металлических кристаллов, для которых характерно упорядоченное расположение атомов.

Формирование аморфной структуры металлов и сплавов приводит к фундаментальным изменениям магнитных, электрических, механических, сверхпроводящих и других свойств.

Интересны методы получения аморфных сплавов. Это, во-первых закалка из жидкого состояния. Известно, что атомы расплавленного металла не имеют фиксированного положения в пространстве. Поэтому если "заморозить" (путем очень быстрого охлаждения) беспорядочное расположение атомов, характерное для жидкости, например, охлаждая жидкий расплав на холодной металлической подложке можно получить аморфную структуру сплава. На практике обычно используют два метода: в первом жидкий металл наносят на внешнюю цилиндрическую поверхность вращающегося диска (колеса), во втором расплав извлекается вращающимся диском. Струя расплавленного металла вытекает под небольшим давлением (0,2 атм) через инжекционное сопло, попадает на поверхность быстро вращающегося колеса и затвердевает в виде непрерывной ленты шириной от 1 до 20 мм и толщиной 20-40 мкм. Во втором методе заостренный обод диска захватывает расплав, который затем затвердевает и самопроизвольно отделяется в виде коротких проволочек.

Другой способ получения аморфных сплавов - высокоскоростное ионно-плазменное распыление. Осаждение пленок ведут на холодную подложку, что эквивалентно охлаждению с высокой скоростью. Аморфные металлические сплавы получают в виде напыленного слоя толщиной от 1 до 1000 мкм.