Способ получения аморфных (стеклообразных) твердых тел Советский патент 1982 года по МПК B22D27/00 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНЫХ (СТЕКЛООБРАЗНЫХ) ТВЕРДЫХ ТЕЛ

1

Изобретение относится к материаловедению, а именно к получению новых материалов в аморфном (стеклообразном) состоянии.

Известен ряд способов получения аморфных (стеклообразных) твердых тел: осаждение из паровой фазы на подложку, охлаждаемую при низких температурах в глубоком вакууме; безэлектролизное осаждение из сильно пересыщенных водных растворов; закалка из жидкого состояния.

Наиболее перспективным методом является закалка из жидкого состояния. В этом случае аморфизацию жидкости, например металлического расплава, проводят путем быстрого охлаждения со скоростью неменее градУс, когда подавляется процесс кристаллизации при переходе из жидкого состояния в твердое. Достижение сверхвысоких скоростей охлаждения жидкого расплава зависит от скорости теплоотвода, которая лимитируется теплопроводностью материала 1.

Недостатком, этого способа закалки из жидкого состояния является то,что аморфные материалы удается получать в виде тонких пленок, что создает трудности при их применении.

Известны также способы получения монолитных образцов аморф го (стеклообразного) материала, в частности метод последовательного «намораживания металлического расплава на охлаждаемый вращаю5 щийся цилиндр. Медный цилиндр охлаждается водой и находится в вакуумной камере. Металлический расплав под внешним атмосферным давлением подается тонкой струйкой на внутреннюю поверхность вращаюfo щегося цилиндра. Образцы получаются в виде колец днаметром 10 см с поперечным сечением 8x5 мм (2}.

Недостатком такого способа является значительная структурная и химическая микронеоднородность образцов по сечению, выз ванная разной скоростью закалки каждого последующего слоя жндкого металла из-за различной теплопроводности этих слоев. Кроме того, образуется «слоистая структура в результате плохой свариваемости, отдель20 ных слоев. Прн этом способ весьма трудоемок и не позволяет получать готовые изделия необходимой формы.

Наиболее бЛнзким техническим решением к предлагаемому явдяется способ получения аморфных тел с воздействием на неходныи материал высокого давления с последующим охлаждением.

При воздействии статических давлений на исходный расплав удается зафиксировать аморфное состояние для аномальных веществ 3.

Однако известный способ не позволяет фиксировать аморфное (стеклообразное) состояние для широкого класса веществ, что значительно ограничивает возможности применения известного метода.

Цель изобретения - расширение диапазона обрабатываемых исходных кристаллических материалов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему плавление исходного кристаллического материала, воздействие на него высокого давления и последующего охлаждения, на исходный кристаллический материал воздействуют импульсным давлением со скоростью нарастания кбар/с до величины, соответствующей температуре плавления, а охлаждение и снижение давления до нормальных условий осуществляют с той же скоростью путем адиабатического расширения.

На чертеже представлена фазовая Р-Т диаграмма состояния конденсированных систем.

Если на такой диаграмме изобразить в виде линий зависимости от давления температуры плавления исходного кристалла ТПЛ(Р) температуры кристаллизации стекла (температуры расстекловывания), при которой стекло переходит в кристалл Т,р(р), то поле диаграммы расчленяется на три области существования конденсированных фаз: I - жидкость; П - кристалл; III - стекло (Тцсх. ТГ.ТКР - температуры исходного кристалла, его плавления и кристаллизации стекла, соответственно, при атмосферном давлении T,°p; Т, - температуры начала и конца плавлеиия при соответствующем давлении Р, и Р), ).

Процесс аморфизации жидкости можно осуществить воздействием высоких импульсных давлений в адиабатических условиях, причем величину импульсных давлений можно оценить по известной скорости закалки из жидкого состояния при переходе жидкость-стекло.

Общий процесс аморфизации (стеклование) исходного вещест состоит из его плавления и затвердевания соответственно при адиабатическом сжатии и расширении (путь аа на чертеже).

Практическая реализация способа аморфизации (стеклования) данного вещества

(металлы и их сплавы, полупроводники и т.д.) может быть осуществлена с помощью известной, например взрывной, техники получения импульсных давлений, при которой давления в десятки мегабар достигаются за весьма короткие времена (меньше 10 с),

что позволяет получать скорость наращивания давления порядка кбар/с, необходимую для адиабатического процесса.

Формула изобретения

Способ получения аморфных (стеклообразных) твердых тел, включающий плавление исходного кристаллического материала, воздействие на него высокого давления и

последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона обрабатываемых исходных кристаллических материалов, на исходный кристаллический материал воздействуют импульсным давлекием со скоростью нарастания 10°- 10 кбар/с до величины, соответствующей т(гмпературе плавления, а охлаждение и снижение давления до нормальных условий осуществляют с той же скоростью путем адиабатического расширения.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

кристаллов, Ереван, 1975, XI, с. 337-348.

Давление