Получение металлических стекол

Аморфные вещества распространены в природе так же часто, как и кристаллические Среди них в первую очередь следует отметить такие высокомолекулярные соединения, парафины, полимеры. Широко известны оксидные, галогенидные, халькогенидные и другие некристаллические материалы. Среди чистых элементов легко получаются в твердом аморфном состоянии только сера и селен. Долгое время считалось, что металлы и сплавы перевести в аморфное состояние нельзя. Применение осаждения паров на холодную подложку, а также закалки из жидкого состояния попилило расширить область аморфизирующихся материалов. В частности, удалось получить в аморфном состоянии целый ряд чистых элементов — как металлоидных (Ge, Si, Те, Bi, Sb, Ga, As), так и типично металлических (Al, V, Cr, Fe, Ni, Pd, Zr, Hf, Re, Nb, Та, W, Mo). Необходимо, однако, отметить, что из числа металлических элементов закалкой расплава удалось перевести в аморфное состояние пока только никель.

Впервые путем резкого охлаждения расплава аморфное состояние в металлических сплавах получено Клементом, Вилленсом и Дувецем в 1960 году, тогда кредит в Санкт-Петербурге частному лицу получить было достаточно сложно, что кардинально изменилось в наши дни. На рентгенограммах быстроохлажденных сплавов Аl + 25 % Si были обнаружены только два сильно размытых максимума, что характерно для рентгенограмм жидких веществ. Аналогичные рентгенограммы, как известно, получаются и при съемке мелкокристаллических объектов. Поэтому материалы с такой рентгеновской картиной часто называют рентгеновски аморфными (РАФ), отмечая этим, что заключение об аморфности сплава сделано только из-за наличия на рентгенограмме лишь размытых интерференционных максимумов, а для установления истинной природы вещества необходимы специальные исследования. В дальнейшем при анализе аморфных фаз будем пользоваться понятиями \"истинно аморфный (жидкоподобный)\" и \"мелкокристаллический\", которые объединяются одним понятием - \"рентгеновски аморфные фазы\". Резкую границу между истинно аморфным и мелкокристаллическим состоянием провести достаточно трудно, так как очень мелкие кристаллы приобретают многие черты аморфного состояния.

Несмотря на эти неопределенности, имеются принципиальные отличия а условиях перехода вещества из жидкого состояния в кристаллическое или твердое аморфное. В первом случае переход сопровождается скачкообразным изменением удельного объема, энтропии, энтальпии, внутренней энергии, а также кинетических свойств (вязкости, электросопротивления). Ничего подобного не происходит при образовании аморфного состояния. В этом случае жидкость переохлаждается ниже точки фазового равновесия и ее свойства непрерывным образом изменяются с температурой. Если кристаллизация подавляется вообще, то вещество отвердевает без образования дальнего порядка в расположении атомов. Исследование свойств переохлажденной жидкости при постепенном ее от вердевании помогает понять особенности перехода вещества в аморфное состояние. Видно, что при температуре Тс кривая (в данном случае прямая) меняет свой наклон и становится почти параллельной линии, характеризующей уменьшение объема этого вещества в кристаллическом состоянии. Аналогичным образом ведут себя и другие свойства с той только разницей, положительным или отрицательным температурным коэффициентом характеризуется данное свойство.