Существует большое разнообразие методов получения НМ. Как правило, один и тот же НМ может быть получен различными методами.

5.

Достаточно высокой склонностью к аморфизации обладают:

ü химические элементы (С, S, Se), для которых в твердом состоянии характерна ковалентная связь;

ü сплавы переходных металлов конца периода или благородных элементов с металлоидами (В, C, P) и/или элементами В-подгрупп (Si, Te), в т.ч. Fe-B, Fe-P, Au-Si, Pd-Si, Ni-B-Si, Fe-P-C;

ü сплавы переходных металлов начала периода с переходными металлами конца периода или металлами подгруппы Cu, например, сплавы Zr-Cu, Zr-Ni, Ti-Ni, W-Fe, Nb-Ni;

ü сплавы непереходных металлов, например, Mg-Zn, Ca-Mg, Ca-Al;

сплавы непереходных металлов с переходными или металлами подгруппы Cu, в том числе Mg-Cu, Ca-Cu, Be-Ti, Ca-Pd;

ü сплавы металлов с редкоземельными элементами и актиноидами, в частности, Al-La, Cu-La, Co-Gd, Fe-Dy, V-U.

6. Особенности диаграммы состояния компонентов. В случае быстрого охлаждения расплава процесс аморфизации происходит ниже температуры стеклования T_g. В интервале между равновесной температурой плавления Т₀ и T_g возможна кристаллизация, в т.ч. формирование метастабильных фаз. Поэтому сплавы, у которых Т₀ понижена, а интервал Т₀- T_g мал, склонны к аморфизации в большей степени. (Конечно, скорость охлаждения расплава в этом интервале температур должна быть достаточно велика). К таким относятся эвтектические сплавы с составами в области «глубокой» эвтектики с резким снижением температуры ликвидус в этом концентрационном интервале. Типичный пример, сплавы Au-Si c содержанием 18-35 ат.% Si

7.

8.

9.

10.

12.

13.

14. Для описания структуры аморфных металлов можно использовать модель плотной неупорядоченной упаковки жестких сфер, предложенную Дж.Берналом (1964 г.) и в дальнейшем развитую Дж.Финней (1970 г.) Структуру аморфного тела моделировали посредством помещения твердых шариков одинакового размера в резиновую камеру. Затем положение шариков фиксировали путем заливки жидким воском с последующим охлаждением. Оказалось, что в такой упаковке основными конфигурациями атомов являются

тетраэдрическая и октаэдрическая.

* Кекало И.Б. Аморфные магнитные материалы. Уч. пос. № 287.- М.:МИСиС., 2001

Кроме того, имеются тригональная призма с тремя полуоктаэдрами, тетрагондодекаэдр, архимедова антипризма с двумя полуоктаэдрами. В рамках данной модели достигается достаточно высокая степень заполнения пространства (коэффициент заполнения объема составляет h=64 %) и наблюдается хорошее соответствие между расчетной ФРРА и найденной экспериментально для некоторых металлических стекол.

Напомним, что в металлах с плотной упаковкой величина h достигает 74 %, а в ОЦК решетке – 68 %, т.е они имеют немного более высокую плотность заполнения пространства. Отметим, что согласно прямым измерениям гидростатическим взвешиванием в металлических системах с аморфной структурой при нормальных условиях плотность на 1-2 % ниже, чем в кристаллическом состоянии, а в неметаллических системах различие в плотности аморфных и кристаллических веществ несколько выше*.

Развивая описанную выше модель, для описания аморфных сплавов металлов с металлоидами предложено моделировать атомы последних «мягкими» шарами, размещаемыми в поры между металлическими атомами. При этом плотность упаковки увеличивается до h»70 %. Отметим, что существуют и другие модели. Например, Гаскеллом предложена структурная модель, представляющая собой упаковку одинаковых призм, имитирующих ячейки кристаллических фаз. Для сплавов типа Рd₃Si такой призмой является тригональная, содержащая центральный атом Si и 9 окружающих атомов Pd, причем беспорядочная упаковка достигается за счет сопряжения призм различными способами.

16. Принято различать дальний атомный порядок,характеризующий упорядоченное размещение атомов по узлам решетки, и ближний атомный порядок, связанный с упорядоченным размещением атомов относительно друг друга. Дальний порядок (ДП) характеризуется степенью дальнего порядка (s). В бинарном растворе А-В:

(1.37)

где р_А- вероятность того, что узел подрешетки А занят атомом А; с_А-концентрация (атомная доля) компонента А.

При полном атомном порядке р_А=1 и s=1. При полном беспорядке р_А= с_А и

s=0. В растворах нестехиометрического состава степень ДП можно вычислить по формуле

(1.38)

где u_А- доля узлов в решетке, относящихся к подрешетке А. Т.к. в сплавах нестехиометрического состава u_А¹с_А, то s¹1, т.е. полного порядка в них достичь невозможно. (При u_А> с_А s= с_А/u_А, а при u_А<с_А, несмотря на р_А=1, очевидно s < 1).

Итак, независимо от типа фазового перехода при температуре Т=Т_К и выше дальний порядок в твердом растворе отсутствует. Однако сохраняется ближний атомный порядок, который характеризует порядок в расположении атомов относительно друг друга. Для описания ближнего порядка (БП) a_i используются параметры БП, которые в случае бинарного сплава АВ определяются как

a_i =1

где - число атомов типа В на i-той координационной сфере вокруг атома А; z_i- общее число атомов в i-той координационной сфере вокруг атома А; с_В – атомная доля атомов В; - вероятность размещения атомов В в i-той координационной сфере вокруг атома А. Заметим, что параметры БП могут быть найдены с помощью дифракционных (рентгенографических, нейтронографических) исследований диффузного рассеяния.

Также следует обратить внимание на то, что параметры a_I характеризуют взаимное расположение атомов разных элементов, т.е. по сути описывают «химический» ближний порядок. Ниже при обсуждении структуры аморфных материалов мы будем также говорить о топологическом (геометрическом) ближнем порядке.

В.И.Иверонова и А.А.Кацнельсон предложили следующую классификацию видов (природы) БП:

1) «жидкоподобный ближний порядок», при котором атомное распределение одно и тоже около всех узлов, т.е. каждый узел можно принять за начало координат (центр координационной сферы);

2) «локальный ближний порядок», когда имеются субмикрообласти, отличающиеся по концентрации компонентов, степени и типу БП, причем степень порядка максимальна в центре области и снижается при приближении к её периферии;

3) «микродоменный ближний порядок», при котором кристалл состоит из очень дисперсных антифазных доменов, причем благодаря высокой дисперсности доменов распредедение атомов по подрешеткам считается однородным. Из-за сильного размытия сверхструктурных рефлексов распределение интенсивности рентгеновского излучения в этом случае мало отличается от первого случая, но отношение параметров БП для разных координационных сфер должно соответствовать дальнему порядку (см. например, последний столбец в табл.4).

Первый вид БП должен соответствовать термодинамическому равновесию при высокой температуре. А третий – возникнуть в процессе закалки от высоких температур (Т>T_К) в условиях ограниченной диффузионной подвижности атомов в упорядочивающемся сплаве.

Согласно Фриделю равновесный БП типа расслоения возможен в случаях, когда валентность растворителя выше валентности растворяемого элемента. В противном случае следует ожидать БП типа упорядочения. Однако понятие валентности трудно применить для переходных металлов.

Более универсальным представляется идея, о том, что ближнему порядку типа упорядочения способствует отрицательная энергия смешения элементов. А БП типа расслоения следует ожидать при положительной энергии смешения элементов. При этом большое различие атомных радиусов компонентов может вызвать формирование БП типа упорядочения, несмотря на Du>0

Топологический ближний порядок определяется характером и величиной сил атомного взаимодействия

18.

Релаксация (от лат. relaxatio — ослабление, уменьшение) — процесс установления термодинамического, а следовательно, и статистического равновесия в физической системе, состоящей из большого числа частиц.

 

23.

Существует большое разнообразие методов получения НМ. Как правило, один и тот же НМ может быть получен различными методами.

В методах получения НМ используются следующие физико-химические процессы:

• Фазовые переходы газ «жидкость, газ «твердое тело, жидкость «твердое тело;

• Фазовые превращения в жидком и твердом состояниях;

• Химические реакции;