IMG(4 285 (2)

AOT

u. Szklą metaliczne

13.2. Struktura szkieł metalicznych

Z85

homologicznych zeszklenia (rzędu T„ = 0,25) konieczne jest stosowanie ukrają kiego chłodzenia, w zasadzie nieosiągalnego przy współczesnym stanie tecbnjj laboratoryjnej. Dotychczas udało się zeszklić tylko S, Se, Ge, Si, natomiast otrzymania w stanie szklistym pierwiastków typowo metalicznych nie powiodły^ Wprawdzie ostatnio metodą natryskiwania otrzymano amorficzny nikiel, ale w dzo cienkich, małych foliach, wykluczających techniczne wykorzystanie.

Znacznie łatwiejsze jest zeszklenie stopów, zwłaszcza o składnikach znaczy różniących się wartościami promieni atomowych oraz o silnym wzajemnym oddĄ ływaniu międzyatomowym. Wobec stosunkowo dużych wartości temperatur ho% logicznych (T_u as 0,5) niezbędne szybkości chłodzenia są wyraźnie mniejsze (n_|# = 10^s -r 10⁶ K/s). Spośród licznych stopów dwuskładnikowych otrzymanych w są nie amorficznym można wyróżnić dwie grupy.

Pierwszą tworzą stopy układów metali przejściowych i szlachetnych z niemeą lami lub półprzewodnikami, jak np.

Al, Fe, Mn, Co, Ni, Pd, Au, Pt z B, C, Si, Ge, P.

Składy stopów podlegających zeszkleniu mieszczą się w stosunkowo wąskich zakresach stężeń położonych w „głębokich" eutektykach (rys. 13.4a). Zawartość niemetalu lub półprzewodnika w stopie wynosi przeważnie 15 -s-.30% at.

Drugą grupę tworzą stopy układów metali przejściowych i szlachetnych z »j. sokotopliwymi metalami przejściowymi, jak np.

Fe, Co, Ni, Cu, Rh, Pd z Nb, Zr, Ti, Ta.

Składy stopów tej grupy podlegających zeszkleniu mieszczą się w stosunkowo szerokich zakresach stężeń, położonych w pobliżu „płytkich" eutektyk (rys. 13.4b) Ostatnio otrzymano amorficzne struktury stopów metali nieprzejściowych ba atomów niemetalu, mianowicie z układów Mg-Zn i Cu-Cd.

Rys. 13.4. Składy stopów podlegające zeszkleniu: a) wąski zakres stężeń w „głębokiej” cuteklyce, b)steroli zakres stężeń w pobliżu „płytkiej” eutektyki

Wprowadzenie trzeciego pierwiastka stopowego powiększa skłonność układu do zeszklenia, przez obniżenie temperatury topnienia. Temperatura homologiczni zeszklenia układów trójskładnikowych, jak np. Pd-Cu-Si, Pd-Ni-P, Pt-Ni-P, osiąg* wartość T„ as 0,6, której odpowiada krytyczna szybkość chłodzenia v_k -10*' § 10³ K/s. Tak mała szybkość chłodzenia umożliwia otrzymywanie amorficzni drutów o średnicy 1 -h 3 mm.

powszechną zasadą jest powiększanie się skłonności stopu do zeszklenia wraz ze postem liczby dodatków stopowych. Wydaje się, że szczególnie efektywnie w tym ^kresie działają pierwiastki niemetaliczne, jak węgiel, bor i fosfor, bardzo często prowadzane w ilości po kilka procent.

13.2. STRUKTURA SZKIEŁ METALICZNYCH

Struktura szkieł jest tematem licznych badań, ale ich wyniki nie umożliwiły upracowania jednolitego modelu. Pogląd na strukturę szkieł jest w sferze hipotez, spośród których krańcowe operują modelem mikrokrystalicznym albo modelem jęczy ciągłej. Pierwszy traktuje szkło jako zbiór podmikroskopowej wielkości krystalitów o statystycznie nie uporządkowanej orientacji. Drugi zakłada ciągłą sieć gęsio wypełnionej, nie uporządkowanej struktury, odznaczającej się tylko uporządkowałem bliskiego zasięgu (w obrębie kilku odległości międzyatomowych), przy całkowitym braku uporządkowania dalekiego zasięgu (w obrębie kilkuset odległości międzyatomowych). Gęste rozmieszczenie atomów w obecności uporządkowania bliskiego zasięgu jest powodem większej objętości właściwej materiału amorficznego li porównaniu z krystalicznym o tym samym składzie. Jest to związane z tzw. objętością nadmiarową” zlokalizowaną w formie pustek — luk o różnej wielkości i różnych kształtach.

Bardzo duża lepkość cieczy metalicznych podczas zeszklenia sprawia, że w czasie lej przemiany nie następują istotne zmiany konfiguracji przestrzennej atomów. Z tego punktu widzenia ciecz i szkło pod względem strukturalnym i termodynamicznym można uważać za tę samą fazę, pomijając różnice sztywności.

Wyniki badań dyfrakcyjnych wykazują również duże podobieństwo dyfrakto-gramów cieczy i szkieł. Dyfraktogramy szkieł mają mianowicie charakter rozmyty, bez dyfrakcyjnego kontrastu, ze słabo zaznaczonym jednym (niekiedy dwoma) refleksem.

Niezależnie od tego, jakim modelem struktury szkła operuje się, do jej cech charakterystycznych trzeba zaliczyć:

-    obecność uporządkowania bliskiego zasięgu, przy braku uporządkowania dalekiego zasięgu,

-    gęste wypełnienie struktury atomami,

-    ograniczoną stabilność termiczną struktury.

Ostatnia z wymienionych cech ma ogromne znaczenie, ponieważ przesądza o temperaturowym zakresie zastosowań technicznych szkła; bowiem struktura szkła, termodynamicznie metastabilna, odznacza się nieograniczoną trwałością w temperaturze otoczenia. Ze wzrostem temperatury następuje nieodwracalna przemiana krystalizacji szkła, przebiegająca stopniowo poprzez metastabilne fazy pośrednie.

"Objętością nadmiarową nazywa się różnicę rzeczywistej objętości materiału i objętości zajmowanej * normalnych warunkach przez jego atomy.