IMG(2 283 (2)

282

13. Szklą metaliczne

283

13.1. Zeszklenie materiałów metalicznych

gjs. |3.J. Sposoby otrzymywania szklą metalicznego: a) natryskiwanie cieczy na płytę, b) rozbijanie kropli ÓKty między dwiema płytami, c) rozwalcowywanic strugi cieczy między dwoma walcami, d) ciągle odlewanie na powierzchnię wirującego bębna

Skłonność materiału do zeszklenia określa tzw. temperatura homologiczna^ z najważniejszych parametrów). Jest to stosunek temperatury do temperatur, krzepnięcia danego materiału T„ = T/T_K. Skłonność tę powiększają wszystką^: czynniki obniżające temperaturę krzepnięcia i podwyższające temperaturę zeszkk nia.

Krzywe CTP kilku materiałów metalicznych przedstawiono na wykresie w ukła dzie współrzędnych temperatura homologiczna-logarytm czasu (rys. 13.2). Poda

Rys. 13.2. Krzywe CTP I — Ni, 2 — stop Au-Si, 3 — stop Pd-Cu-Si

ność do zeszklenia tych materiałów powiększa się ze wzrostem temperatun homologicznej od wartości T„ = 0,25 dla niklu, przez T„ = 0,5 dla stopu Au-Si do wartości T_n = 0,66 dla stopu Pd-Cu-Si. W tej samej kolejności zmniejsza sit krytyczna szybkość chłodzenia warunkująca zeszklenie.

Chłodzenie cieczy metalicznych z szybkościami umożliwiającymi ich zeszklenie jest realizowane za pomocą specjalnych technik, polegających na krzepnięcia strumienia lub kropli cieczy na powierzchni intensywnie odprowadzającej cieple. Oparte na tej zasadzie szczegółowe rozwiązania, znane pod ogólną nazwą „splal cooling”, cechuje:

—    cienka warstwa cieczy na podłożu,

—    szybkie odprowadzanie ciepła przez podłoże z materiału o dużej przewodności cieplnej (Cu, Ag, Ni), dzięki intensywnemu chłodzeniu.

—    brak zjawiska unoszenia (konwekcji) ciepła.

Jednym ze sposobów jest natryskiwanie cieczy, za pomocą sprężonego argonu, na podłoże (rys. 13.3a). Topieniu (indukcyjnie lub oporowo, w tyglu grafitowym luk beztyglowo) podlegają porcje wsadu o ciężarze do jednego grama. Krople ciecz) wyrzucane są z bardzo dużą prędkością na podłoże z płyty miedzianej intensywnie chłodzonej wodą. Szybkość chłodzenia w takich warunkach oszacowana teoretycznie na 10¹⁰ K/s (dla bardzo cienkich warstw), w rzeczywistości jest nieco mniejsH (10⁶ -J- 5 ■ 10⁸ K/s), z powodu gorszego kontaktu cieplnego cieczy i podłoża niż w założeniach teoretycznych. Wadą sposobu są małe wymiary próbki, jej porowatość i nieregularny kształt.

Drugi sposób polega na rozbijaniu na mgłę swobodnie spadającej kropli cieczy między dwiema płytami (rys. 13.3b). Topione małe porcje wsadu w postaci kropli cieczy spadają swobodnie. Po rozbiciu między dwiema płytami poruszanymi mechanizmem magnetycznym, hydraulicznym lub pneumatycznym ulegają zeszkleniu między ich zaciśniętymi powierzchniami. Szybkość chłodzenia tym sposobem oszacowano na 10* -r- 10⁵ K/s. Wadą sposobu są również bardzo małe wymiary, a zwłaszcza grubości próbki (10 h- 50 gm).

Inny sposób polega na odlewaniu ciągłym: struga cieczy otrzymywanej przez ciągłe topienie wsadu ulega zeszkleniu dzięki intensywnemu chłodzeniu między dwoma dociskanymi i szybko obracającymi się walcami stalowymi (rys. 13.3c) albo na powierzchni zewnętrznej lub wewnętrznej szybko obracającego się (o prędkości obwodowej rzędu 30 m/s), chłodzonego bębna miedzianego (rys. 13.3d). Szybkość chłodzenia, zbliżoną w obu rozwiązaniach, oszacowano na 10⁵ -r 10⁶ K/s. Poważną zaletą sposobu jest otrzymywanie próbek o względnie regularnym kształcie taśm grubości 10-r 100 gm (między dwoma walcami) albo ok. 30 gm (na powierzchni bębna). W tym ostatnim przypadku możliwe jest otrzymywanie taśm długości do 1000 m.

Modyfikacja sposobu polegająca na wprowadzaniu strugi ciekłego metalu bezpośrednio do kąpieli wodnej lub innej umożliwia otrzymywanie drutu o średnicy kilku dziesiątych części milimetra.

Ponadto zeszklenie materiałów metalicznych można otrzymać przez naparowywanie podłoża w próżni albo przez osadzanie elektrolityczne.

Spośród opisanych sposobów największe znaczenie ma ciągle odlewanie na Powierzchnię obracającego się walca. Przy ustalonych parametrach procesu umożliwia bowiem otrzymywanie taśmy w przybliżeniu o stałym przekroju oraz o długości umożliwiającej przemysłowe wykorzystanie produktu.

Jak wynika z rys. 13.2, podatność materiałów metalicznych do zeszklenia jest różna. Najmniej podatne są pierwiastki: wobec bardzo małych wartości temperatur