Аморфные материалы, структура и свойства

АМОРФНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА [c.274]

В книге рассматриваются межатомные взаимодействия и энергия связи, некоторые физические свойства, симметрия и структура кристаллов, динамические и статические дефекты решетки, фазовые равновесия и превращения, новые типы аморфных материалов. Изложение ведется, как правило, таким образом, чтобы подчеркивать определяющую роль межчастичных взаимодействий в формировании структуры и Свойств твердого тела. Вместе с тем автор счел важным посвятить специальную главу аморфным материалам. Включение этого раздела отражает как возрастающую роль этих материалов в науке и технике, так и желание автора предметно показать, что физика твердого тела не сводится -к физике идеальных или чуть-чуть подпорченных монокристаллов. В то же время некоторые нередко излагающиеся в подобных книгах вопросы физики частных типов твердых тел не нашли отражения. Эти материалы читатель может найти в обстоятельных монографиях, указанных в списке литературы [1-5]. [c.6]

В главах 5—7 с позиций синергетики и теории фрактальных структур дается анализ управления структурообразованием путем легирования и различных видов обработки (гл. 5), сверхбыстрой закалки (гл. 6) и негидростатического давления, позволяющего осуществлять процесс механического легирования (гл. 7). Этот анализ в значительной мере основывается на разработках Института металлургии им. А.А. Байкова РАН, связанных с получением новых материалов (аморфных, с памятью формы, высокопрочных, механически легированных сплавов крупных монокристаллов и др.) и исследованием их структуры и свойств, в том числе эволюции дислокационной структуры при деформации. [c.4]

Сплавы с аморфной структурой привлекают к себе внимание, с одной стороны, как материалы с уникальным комплексом свойств, а с другой — как объект для изучения структуры и свойств неупорядоченных сред. Аморфное состояние — предельный случай термодинамической устойчивости кристаллической решетки металлов [426]. Общее для этих двух крайних состояний (кристаллическое и аморфное) — наличие ближнего порядка. Он является характеристикой топологического (расположение атомов в пространстве независимо от их сорта) и композиционного (распределение атомов различного сорта) упорядочения. Со времени открытия аморфных металлических материалов произошла значительная эволюция представлений о структуре аморфного состояния — от предположения об абсолютной неупорядоченности аморфной структуры до представления о локальной упорядоченности (ближний порядок, микрокристаллическое строение), не идентифицируемой существующими методами структурного анализа. Наконец, установлена масштабная инвариантность аморфных структур в широком диапазоне пространственных масштабов. [c.269]

В учебном пособии рассмотрены основы материаловедения, включающие в себя взаимосвязь состава, Строения и механических, электрических, магнитных свойств материалов. Описаны технологии получения и обработки монокристаллов, поликристаллических слитков, аморфных структур, нанокристаллических материалов и композитов, упрочнение металлов и сплавов дисперсными модифицирующими добавками термическая обработка, высокоэнергетические технологии обработки деталей. Показано использование материалов в технике в зависимости от их химического состава, структуры и свойств. Дано описание свойств конструкционных и инструментальных сталей, сплавов алюминия, меди, магнитных, проводниковых, диэлектрических, полупроводниковых и других материалов. [c.4]

Старение полимерных материалов. Физико-химические свойства полимеров (предел прочности при растяжении, сопротивление пластической деформации, температура размягчения, эластичность и др.) определяются их химическим составом и структурой. Структура полимеров характеризуется областями кристаллического и аморфного строения, формой и степень подвижности цепей, величиной и характером сил, действующих между цепями, степенью сшивания цепей (образования поперечных связей). Поперечные связи ограничивают движение цепей относительно друг друга и оказывают большое влияние на физические свойства полимеров. С ростом числа поперечных связей уменьшается растворимость полимеров, ухудшаются механические свойства, характерные для линейных полимеров эластичность, вязкость и др. Свойства сшитых полимеров аналогичны свойствам полимеров с трехмерной структурой. [c.17]

Структура кристаллического вещества обладает свойствами симметрии и характеризуется упорядоченным расположением атомов. Для аморфных материалов характерно беспорядочное, произвольное расположение атомов и одинаковость свойств по всем направлениям. [c.9]

Твердые тела разделяются, как известно, на аморфные и кристаллические. Что касается первых, то диаграмма растяжения таких тел не носит стабильного характера она существенно зависит от времени действия сил, а сами материалы в своем поведении обнаруживают качественное сходство с вязкой жидкостью. Мы остановимся только на механизме деформирования металлов. Все металлы в том виде, в каком они применяются в машиностроении, имеют поли кристаллическую структуру, т. е. состоят из множества мелких кристалликов, хаотически расположенных в объеме. Внутри кристаллов атомы металла располагаются в определен- ном порядке, образуя правильную пространственную решетку. Система расположения атомов зависит от свойств атомов. Она меняется также в зависимости от физических условий кристаллизации. [c.62]

Повышенные прочностные характеристики данных материалов заметно снижаются при нагреве и низкотемпературном старений. На реологические свойства аморфных сплавов существенное влияние оказывают малейшие изменения структуры, связанные с химическим составом и условиями получения аморфных композиций. В настоящее время многое еще не ясно в вопросах природы атомных связей, реологических свойств и механизма разрушения данных материалов. [c.37]

Большинство неметаллических материалов имеет аморфную структуру. Ее влияние особенно заметно проявляется при качественной оценке многих органических полимеров и силикатных стекол, которые согласно существующим представлениям сочетают в себе свойства твердых тел и жидкостей. [c.9]

Неорганическое стекло, получаемое при застывании минерального расплава в результате непрерывного увеличения его вязкости, в отличие от других материалов имеет макроскопически изотропное аморфное строение, в той или иной мере прозрачно и обладает механическими свойствами твердого хрупкого тела. Тонкое исследование строения стекол свидетельствует, однако, о их микронеоднородной структуре. [c.437]

В первых разделах этой главы в общих чертах описываются основные магнитные свойства аморфных металлических материалов. Далее упор будет сделан на аморфных ферромагнитных материалах, обладающих одним важным отличительным свойством — высокой магнитной проницаемостью, т. е. на магнитномягких аморфных сплавах. Поскольку существенную роль здесь играют процессы намагничивания, особое внимание будет уделено рассмотрению доменной структуры аморфных металлов, явлениям магнитострикции и магнитной анизотропии. Наконец, будет дан краткий анализ магнитных свойств с точки зрения практического использования аморфных металлических материалов. [c.121]

В табл. 6.4 приведены свойства материалов наиболее часто используемых при изготовлении рентгеновских зеркал для синхротронов, рентгеновских телескопов, микроскопов и других приборов [45]. Помимо перечисленных свойств качество получаемых зеркал в большой степени зависит от однородности материала, аморфности его структуры и обрабатываемости в соотношении с износом инструмента. По этим критериям наилучшими являются такие материалы, как плавленый кварц, кварцевая керамика зеродур , никель с небольшой примесью фосфора (каниген), алюминиевые сплавы и медь, обрабатываемые прямым полированием или алмазным точением. Для зеркал оптических каналов синхротронов, работающих при больших радиационных нагрузках, лучшим материалом является карбид кремния. Более подробный анализ материалов, использующихся при изготовлении рентгеновских зеркал, можно найти в работах [32, 34, 49, 55, 56, 62, 74]. [c.222]

Все материалы металлы и славы, молекулярные соединения (например, аминокислоты), биологические (аморфные, кристаллические, например, вирусы и части скелета), композиционные (например, древесина и зубы) обладают определенной структурой, которая влияет на их свойства. Будучи расшифрованы, эти структуры способствуют пониманию поведения материалов. Наука о материалах, при всем их многообразии, основывается на понимании глубокой связи между структурой и свойствами материалов и показывает, каким образом размеры атомов, прочность и направленность связей обусловливают внутренюю структуру материалов и, следовательно, всю совокупность их физико-химических и механических свойств. При изучении и использовании материалов необходимо помнить следующий принцип ПОВЕДЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ВСЕГДА ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ИХ СТРУКТУРОЙ. [c.3]

Оптические свойства. Исследование оптических свойств кристаллических полупроводников дает обширную информацию об их зонной структуре. Данные об энергетическом спектре аморфных полупроводников также могут быть получены из оптических измерений. Первостепенная роль отводится при этом измерениям спектров поглощения. Спектры поглощения аморфных полупроводников удобно сравнить со спектром тех же материалов в кристаллическом состоянии. Это можно сделать в случаях германия, кремния, соединений селена и теллура. На рис. 11.14 в качестве примера приведен край спектра оптического поглощения аморфного кремния, который сравнивается с соответствующим спектром кристаллического кремния. Аналогичные данные получены для аморфного германия, арсенида и антимонида индия и некоторых других полупроводников. [c.367]

В кииге изложены узловые вопросы фиаики твердого тела межатомные взаимодействия, основы электронной теории твердого тела, симметрия к структура кристаллов, динамика кристаллической решетки, основные представления физики реальных кристаллов и аморфных материалов, фазовые превращения, физические свойства твердых тел. В отличие от других книг по физике твердого тела пособие начинается с вопросов образования твердых тел (межатомных взаимодействий и энергии связи). Это облегЧ1ает восприятие материала. [c.2]

На свойства неметаллических материалов существенное влияние оказывают их структура — аморфная или кристаллическая и особенности физического строения. Как правило, наличие кристаллической структуры, обусловленной упорядоченным расположением элементарных структурных единиц относительно друг друга, способствует увеличению плотности и повышению механических свойств материалов, повышению их устойчивости к атмосферным воздействиям и к агрессивным средам, а также определяет более четкий характер температурных интервалов их фазовых превращений tn.i, tnwi и т. п.). [c.9]

Ряд термопласти.чных полимеров обладает способностью к кристаллизации (типичными кристаллизующимися термопластами являются, например, широко распространенный полиэтилен и политетрафторэтилен, иначе фторопласт), которая, однако, никогда не распространяется на весь объем материала. В нем наряду с кристаллической всегда сохраняется и некоторая стекловидная аморфная фаза. Степень кристалличности зависит не только от вида материала, но и от технологии его изготовления. Кристаллические структуры возникают вследствие объединения групп цепных молекул (обычно лишь на отдельных участках их длины), причем процессу кристаллизации способствует ориентация молекул под действием внешних растягивающих усилий. Свойства частично кристаллических полимеров со стекловидной аморфной фазой в сравнении с полностью аморфными материалами более стабильны по отношению к изменениям температуры. Частично кристаллические полимеры имеют при этом определенную температуру плавления, которая для аморфных полимеров не существует. [c.33]

В некристаллич. и жидких П. примеси ведут себя иначе, чем в кристаллических. Отсутствие кристаллич. структуры приводит к тому, что примесный атом иной валентности, чем замещае 1ЫЙ, может насытить своя валентные связи, так что ему будет невыгодно присоединять лишний электрон или отдавать свой электрон. В результате примесный атом оказывается электрически неактивным. Это обстоятельство не позволяет. менять путём легирования тип проводимости, что необходимо, вапр., для создания р — п-переходов, Нек-рые аморфные П. изменяют электронные свойства под действием легирования, но в значительно меньшей степени, чем кристаллич. П. Чувствительность аморфных П. к легированию может быть повышена технол. обработкой. Насыщение аморфного 81 водородом и последующее легирование донорами или акцепторами обеспечивает п- или р-тип проводимости. Таким способом по-лзч1ен р — -переход в плёнках аморфного 8г, аморфный 8[ стал перспективны.м материалом для солнечных батарей (см. Аморфные и стеклообразные полупроводники, Жидкие полупроводники). [c.38]

В гл. 4 подробно описаны превращения при кристаллизации и влияние на них химического состава. Отметим только, что изучение этих процессов пред- ставляет не только познавательный интерес, но имеет важное практическое значение. В первую очередь развитие этих процессов тесно связано с проблемой термической стабильности аморфных материалов. Кроме того, контролируемая частичная или полная кристаллизация обеспечивают формирование такой структуры, которая может быть полезной для практических целей (в частности, в первом случае удается повысить высокочастотные магнитные свойства, во втором — создать сверхпрочные микрокристаллические материалы). Здесь же рассматривается вопрос о диффузионной подвижности атомов в аморфных сплавах. Поскольку этот вопрос в книге обсуждеи кратко, рекомендую ознакомиться с обзором [14]. [c.17]

Исследования стекол и аморфных металлических сплавов, выполненные после 1985 года, показывают, что для неупорядоченных материалов характерна своеобразная наноструктура. Подтверждением нанонеоднородной структуры аморфных металлических сплавов служат, в частности, результаты дифракционных и электронно-микроскопических исследований [1-11], рассмотренные в предгпествуюгцих разделах. Аналогичные выводы о нанонеоднородном строении стекол и аморфных вегцеств были независимо сделаны на основе исследований низкоэнергетических колебательных спектров и свойств, определяемых спектральным распределением упругих колебаний. Кратко рассмотрим результаты этих исследований. [c.183]

Приведены различные модели структур аморфных сплавов, в том числе синергетическая модель структурообразования аморфной фазы при сверхбыстром охлаждении расплава. Рассмотрена теория легирования аморфных сплавов, разработанная Ю.К.Ковнеристым с сотр. с учётом особых свойств эвтектических температур, впервые позволившая получить массивные аморфные материалы. Показано, что адаптивность системы к переохлаждению, представленная в виде отношения температуры рекристаллизации к температуре расплава, зависит от меры устойчивости симметрии фаз - стеклообразователей и кода обратной связи, определяющего саморепликационный рост зародыша аморфной фазы в процессе её эволюции. [c.124]

Одновременное сочетание пластичности и прочности никелида титана в сплавах Ti — NiTi обусловлено специфическим характером деформаций материала связки в области превращений с образующейся в нем гетерогенной структурой. Деформацию его можно представить как вязкое вихревое течение с постепенной перестройкой структуры. Сочетание вихревой пластической деформации с одновременным фазовым превращением и обеспечивает высокие пластические свойства такой системы. Похожее гомогенное вязкое течение наблюдается в аморфных материалах вблизи температур кристаллизации, характеризующихся высокой прочностью наряду с высоким запасом пластичности и вязкости [33]. [c.202]

Несмотря на очевидные значительные успехи в развитии диффузионной сварки, еще имеется множество нерешенных вопросов, которые сложно, а в ряде случаев и невозможно решить в рамках традиционных схем и подходов. Это относится, например, к соединению магнитных и аморфных сплавов, пьезо- и оптокерамики, а также полупроводниковых структур, когда воздействие температур выше 0,7 Гпл и сварочных давлений свыше 0,8 предела текучести От приводит к необратимым изменениям исходных свойств свариваемых материалов или их разрушению. Поэтому основным направлением исследований в области разработки технологий является поиск методов интенсификации процесса диффузионной сварки, которые позволили бы получать высококачественные сварные соединения при температурах (0,2...0,3)7 пл и сварочных давлениях, исключающих макропластическую деформацию прикон-тактных областей. [c.5]

Свойства аморфного и кристаллического состояний вещества существенно различаются. В аморфных телах отсутствуют такие дефекты структуры, свойственные кристаллическому состоянию, как дислокации и межзеренные границы. Даже вакансии в аморфных телах имеют другую форму и размеры. Они похожи на пустоты чечевицеобразной формы и носят название вакансионноподобных дефектов. Эти пустоты имеют вид узких щелей, и в них не может разместиться атом. Наличие таких дефектов сильно затрудняет диффузию через аморфные слои. Таким образом, неупорядоченная структура аморфных материалов определяет особенности механических, электрических, магнитных и диффузионных свойств. В результате аморфные материалы находят щирокое техническое применение. Они используются, например, в качестве диффузионных барьеров токоведущих дорожек электронных устройств для изготовления магнитных головок и малогабаритных трансформаторов в сенсорных датчиках измерения различных свойств размеров, скручивающих моментов, силы удара, скорости газовых потоков, объема вытекающей жидкости и т.д. [c.45]

Оовершенно другого характера по н роисхо5КД нию и свойствам получаются пузырчатые вздутия после п жрытия некоторых сортов холоднокатаной стали. Холоднокатаная сталь в зависимости от способа обработки может иметь различное состояние поверхности. Очень часто приходится иметь дело с материалом, обладаюш,им неодинаковой структурой внутри и lia поверхности. Примером может быть сталь, прокатанная сначала в горячем состоянии до требуемого размера, затем протравленная в кислоте и прокатанная вхолодную без дальнейшей термической обработки (отжига). При последней холодной прокатке на поверхности такой стали всегда образуется твердая корка, так называемая металлическая кожа , покрытая пленкой окиси и имеющая искаженную мелкозернистую почти аморфную структуру Если изделие из такой стали после удаления окиси покрывается в нагретом электролите или если после покрытия оно нагревается при промывке или сушке, то поверхность его делается бугоистой, усеянной мелкими или крупными пузырями. [c.8]

Итак, сопротивление разрушению твердых тел определяется диссипативными процессами, в течение которых в материале происходит формирование зон поверхностных переходных слоев - зоны скопления дислокаций и аморфной зоны с фрактально пористой структурой. Показателем диссипативных свойств материала при самоподобном разрушении является фрактальная размерность, учитывающ.ая вклад в диссипацию энергии двух основных механизмов пластической деформации (образование зоны скопления дислокаций) и образования иесппошностей (образованиие аморфной зоны и переходного слоя вблизи вершины трещины). [c.131]

В последние годы проявляется исключительно большой интерес к новому классу материалов — аморфным металлам, называемым также металлическими стеклами. Аморфное состояние металлов аблюдалось уже давно при осаждении слоев металла из электролита и при термическом напылении на холодную подножку. В настоящее время создана весьма экономичная и высокопроизводительная технология получения аморфных металлов, в основе которой лежит быстрое (со скоростью больше 10 KJ ) охлаждение тонкой струи расплавленного металла. По-видимоиу, любой расплав можно привести к твердому аморфному состоянию. Установлено, однако, что формирование аморфных слоев облегчается, если к металлу добавить некоторое количество примесей. Еще более благоприятные условия для получения металлического стекла создаются при осаждении сплавов металл — металл и металл — металлоид . Полученные таким образом металлические стекла обладают весьма интересными свойствами, обусловленными особенностями атомной структуры. [c.372]

Керамика представляет собой твердый плотный-материал, получаемый спеканием неорганических веществ, включая минералы и окислы, и состоящий из аморфной и кристаллической фаз. Содержание аморфной фазы в современных радиокерамических материалах невелико их электрофизические свойства обусловлены в основном составом и структурой поликристаллов. Название керамика происходит от греческого слова керамикос — глиняный одиако при изготовлении радиокерамики обычно глина используется в незначительном количестве, а название сохранилось, главным образом, из-за особенностей технологии производства. [c.141]

Абсолютная величина удельного электросопротивления графита и характер его температурной зависимости определяются структурой материала. Дефекты микроструктуры и макроструктурные неоднородности приводят к увеличению удельного электросопротивления. Удельное электросопротивление углеродных материалов уменьшается при повышении температуры обработки и образует минимум в интервале температур 300—1300 К, Этот минимум обусловлен, с одной стороны, падением электросопротивления аморфного углерода, который обладает полупроводниковыми свойствами, а с другой стороны, ростом электросопротивления упорядоченного (кристаллического) углерода, обладающего свойствами полуметалла. В процессе термообработки количество аморфного углерода уменьшается. [c.26]

Рассмотрено важное н перспективное в материалаведеиии направление — получение металлов в аморфном состоянии. Подробно освещены способы получения и условия формообразования аморфных металлов. Описаны х структура, термическая стабильность, магнитные, электронные, механические и химические свойства, а также сверхпроводимость. Показаны области применения указанных материалов. [c.4]

В 1973 г. в некоторых научных журналах появился ряд статей, предсказывавших большое будуш,ее аморфным металлам. Эти статьи можно было бы объединить под таким общим заголовком Лабораторной любознательности уже достаточно . С тех пор прошло около десяти лет, а за это время аморфные металлы широко проникли во многие области науки и проявили себя как новые перспективные материалы с самыми разнообразными возможностями для практического использования. Столь быстрый прогресс — это и веление, времени, и отражение тех надежд, которые всегда связаны с появлением новых материалов, обладающих, к тому же, уникальными свойствами. До недавних пор главный девиз науки о металлах звучал как Металлы — это кристаллы , т. е. вещества, имеющие закономерно упорядоченную структуру. Поэтому не будет преувеличением сказать, что появление аморфных металлов, где расположение атомов не упорядоченно, внесло большой вклад в систему знаний о металлах вообще, существенно изменив наши представления о них. Неудивительно, что металлы, обладающие крайне беспорядочными атомными конфигурациями, разительно отличаются по своим свойствам от совершенных кристаллов, где действуют ограничения, вызванные существованием симметрии. [c.23]

В Институте электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины разработаны порошковые проволоки сер. АМОТЕК, состояш,ие из стальной оболочки и порошкового наполнителя. Эти материалы предназначены для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий способами газопламенного, электродугового и плазменного напыления. Особенностью материалов является возможность аморфизации структуры напыляемых покрытий. Наличие аморфной составляющей в структуре покрытий обеспечивает комплекс повышенных служебных свойств (износо- и коррозие-стойкости, прочности соединения с основой). [c.362]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...