Содержание
- 2. Утворення скла із переохолоджених розплавів, так само як і осадження аморфних плівок з газової фази, в
- 3. Рис. 2. Діаграма “об’єм – температура” для склоутворюючих матеріалів. ПРОЦЕС СКЛУВАННЯ При достатньо високій температурі речовина
- 4. ПРАВИЛО КАУЗМАНА Тg залежить від швидкості зміни температури зразка, (а саме Тg понижується при зменшенні швидкості
- 5. КЛАСИФІКАЦІЯ СТЕКОЛ Усі стекла за хімічним складом поділяються на: оксидні, халькогенідні, галогенідні, оксихалькогенідні, галогенхалькогенідні, алмазоподібні, металічні
- 6. Халькогенідні стекла. Халькогенідами прийнято називати хімічні речовини, однією з компонент яких є халькоген (S, Se, Те).
- 7. Таблиця 1. Склоутворюючі халькогенідні системи Бінарні системи Потрійні системи Четверні системи
- 8. МЕТАЛІЧНІ СТЕКЛА ТА СПОСОБИ ЇХ ОТРИМАННЯ Необхідна швидкість охолодження ~ 1010 К/с; високий коефіцієнт тепловідведення на
- 9. розплавляється електричною дугою. Цей спосіб вирішує проблему тигля і робить можливим гартування сплавів з точками плавлення
- 10. melt spinning Рис. 3. Метод гартування у валки (а) та метод спінінгування розплаву (б). б а
- 12. ЗАГАРТУВАННЯ З РІДКОГО СТАНУ На практиці використовуються два методи: в першому рідкий метал наносять на зовнішню
- 14. Скачать презентацию
Утворення скла із переохолоджених розплавів, так само як і осадження аморфних
Утворення скла із переохолоджених розплавів, так само як і осадження аморфних
Необхідні та достатні умови склоутворення:
1. Наявність у структурі речовини локалізованих парноелектронних зв'язків ковалентної природи;
2. Побудова їх структурної сітки з нескінченних полімерних комплексів;
3. Сполучення сусідніх полімерних комплексів тільки через містиковий зв'язок, тобто наявність в основній структурній сітці шарнірних зв'язків. Саме наявність шарнірних зв'язків забезпечує лабільність структури і топологічну невпорядкованість структури скла.
Крім того, особливу роль при склуванні в подвійних й більш складних системах відіграють евтектики, що пояснюється значним зниженням швидкостей кристалізації в порівнянні з стехіометричними сполуками (Законом евтектик Корне).
Рис. 1. Діаграма стану системи Si−Te.
Si
Te
20
40
60
80
800
900
1000
1100
T, K
1159
683
687
V
α
α
α
ат. % Te
681
1200
1300
V
Рис. 2. Діаграма “об’єм – температура”
для склоутворюючих матеріалів.
ПРОЦЕС СКЛУВАННЯ
При достатньо
Рис. 2. Діаграма “об’єм – температура”
для склоутворюючих матеріалів.
ПРОЦЕС СКЛУВАННЯ
При достатньо
При подальшому зменшенні температури речовина переходить із рідкого стану у твердий, що приводить до зміни взаємного розташування частинок і середньої відстані між ними, а отже, і до зміни об’єму. Якщо охолодження рідини досить повільне, то в об’ємі розплаву появляються центри кристалізації, і при Тпл розплав кристалі-зується, а його об’єм стрибкоподібно зменшу-ється на величину bс. При кристалізації розплаву на утворення міжфазної границі у зародка кристала потрібна додаткова енергії, яка береться за рахунок виділення тепла при переохолодженні рідини.
Температура, при якій спосте-рігається злом кривої об’єм – температура називається темпера-турою початку інтервалу розм’як-шення, або температурою склуван-ня Тg
ПРАВИЛО КАУЗМАНА
Тg залежить від швидкості зміни температури зразка, (а саме Тg
ПРАВИЛО КАУЗМАНА
Тg залежить від швидкості зміни температури зразка, (а саме Тg
Температура склування Тg і плавлення Тпл зв’язані між собою емпіричним правилом, сформульованим Каузманом, у відповідності з яким у склоутворюючих системах у широкому інтервалі температур (100–2000 К) і для багатьох класів сполук при швидкостях гартування 10–1 ÷ 102 К/с приведена температура склування Тg/Тпл приблизно стала: Тg/Тпл ≈ 2/3.
КЛАСИФІКАЦІЯ СТЕКОЛ
Усі стекла за хімічним складом поділяються на: оксидні, халькогенідні, галогенідні,
КЛАСИФІКАЦІЯ СТЕКОЛ
Усі стекла за хімічним складом поділяються на: оксидні, халькогенідні, галогенідні,
Оксидні стекла. У їх назві відбивається назва оксиду склоутворювача. Для практичного використання найбільш важливими є: силікатні, боратні, алюмінатні, фосфатні, герменатні, телуритні, ванадатні, титанатні і скла, які містять Ga2O3, As2O3, Sb2O3, Bi2O3, HO3, WO3. На протязі багатьох сторіч людської діяльності скло отримували сплавлення кремнезему SiO2 (65÷70 мол %), оксидів лужних металів і карбонату кальцію (вапняк). Чистий двоокис кремнію є прекрасним склоутворювачем, оскільки тут виконуються обидві необхідні умови склоутворення: ковалентний зв’язок Si–О та наявність кисневих містків Si–O–Si. Кварцове скло можна схематично представити у вигляді полімерної сітки, яка складається з тетраедрів [SiО4], ув’язаних між собою вершинами через кисневі містки.
Халькогенідні стекла. Халькогенідами прийнято називати хімічні речовини, однією з компонент яких
Халькогенідні стекла. Халькогенідами прийнято називати хімічні речовини, однією з компонент яких
Синтез халькогенідних стекол проводиться із чистих елементів у запаяних відкачаних кварцових ампулах, які вміщують в трубчату електропіч, яка може обертатися. Враховуючи високий тиск парів S і Se синтез стекол, як правило, є двохстадійним. Спочатку ампули з шихтою нагрівають з швидкістю ~ 50 К/год до 570÷600 К і витримують при цій температурі на протязі 6–10 год. Потім здійснюють нагрівання до 1000–1300 К, щоб забезпечити повний розплав компонент. Значення температур і часу витримки нагрітої шихти і розплаву встановлюють з урахуванням температур плавлення вихідних компонентів і характеру взаємодії між ними. З метою гомогенізації розплав витримують при максимальній температурі приблизно 10–20 год. Після цього його охолоджують з використанням різних швидкостей охолодження у залежності від складу сплаву та кристалізаційної здатності розплаву. Найчастіше використовують такі способи загартування розплаву:
охолодження у печі разом з виключеною електропіччю;
охолодження розплаву на повітрі чи у воді;
загартування у рідкому азоті;
спінінгування;
метод двох валків.
Таблиця 1. Склоутворюючі халькогенідні системи
Бінарні системи
Потрійні системи
Четверні системи
Таблиця 1. Склоутворюючі халькогенідні системи
Бінарні системи
Потрійні системи
Четверні системи
МЕТАЛІЧНІ СТЕКЛА ТА СПОСОБИ ЇХ ОТРИМАННЯ
Необхідна швидкість охолодження ~ 1010 К/с; високий
МЕТАЛІЧНІ СТЕКЛА ТА СПОСОБИ ЇХ ОТРИМАННЯ
Необхідна швидкість охолодження ~ 1010 К/с; високий
Метод розпилюваного гартування під тиском (splat quenching) або метод вистрілювання розплаву (gun technique). У цьому процесі діафрагма, яка перекриває трубку, проривається газом високого тиску, ударна хвиля яка виникає при цьому рухається по трубці у тигель з розплавом, який має у нижній частині невеликий отвір, через який розплав виштовхується у вигляді маленьких краплин, які потім зтикаються з охолодженою металічною поверхнею, розтікаються по ній, перекриваються, утворюючи фольгу неправильної форми і змінної товщини, яка коливається від 5 до 25 мкм. Однак нерівномірність фольги по товщині означає, що зразок складається із областей, загартованих з різними швидкостями охолодження, а, отже, вони мають різну структуру.
Метод поршня і ковадла (piston-and-anvil method). У даному методі краплина розплаву, яка знаходиться у вільному падінні або вистрілюється під дією ударної хвилі, попадає у проміжок між нерухомо закріпленим ковадлом і рухомим поршнем. Останній “б’є” з швидкістю від 2 до 3 м/с і розплющує краплину у тонку пластину. У широко відомому варіанті цього методу молот (поршень) використовується для загартування краплини, яка лежить по охолоджуваній водою металічній поверхні і яка
розплавляється електричною дугою. Цей спосіб вирішує проблему тигля і робить можливим
розплавляється електричною дугою. Цей спосіб вирішує проблему тигля і робить можливим
Метод гартування у валки (twin roll technique). У цьому методі розплавлений метал спрямовується у вузьку щілину двома швидко обертаючимися валками і набуває форму вузької стрічки або смужки. Такий процес має перевагу двостороннього охолодження з добрими поверхневими контактами, але є важко керованим. Розплав затвердіває або занадто рано (до того, як досягає точки, яка відповідає мінімальній щілині між валиками), так що прокатується уже холодна стрічка, або занадто пізно – стрічка виходить із щілини частково незатверднутою.
Метод спінінгування розплаву (melt spinning). У даний час найбільш розповсюджений метод одержання аморфних металічних сплавів шляхом спінінгування розплаву на зовнішній поверхні диску, який обертається. Метод полягає у тому, що порція вихідного матеріалу розплавляється у тиглі і під тиском інертного газу струя розплавленого металу видавлюється через сопло і попадає на зовнішню поверхню диска (або циліндра), який обертається, де затвердіває у вигляді тонкої стрічки товщиною від 20 до 100 мкм, яка далі відокремлюється від диска під дією відцентрової сили. При спінінгуванні розплаву у центрифузі (centrifugal spinning) струя розплаву спрямовується на внутрішню поверхню швидко обертаючогося колеса. Відцентрові сили забезпечують надійний термічний контакт, а зігнута поверхня – швидкий відрив стрічки з підкладки. Основною перевагою цього методу є можливість неперервного (у випадку постійної підпитки розплаву і охолодження тепловідвідного диску) виробництва стрічки з регульованою формою поперечного перерізу, причому ширина отримуваної стрічки визначається тільки технологічними факторами. У літературі описані також установки, у яких тверді тіла у формі стержнів розплавлюються виключно у місці контакту з обертаючимся диском або роликом (melt extraction), що дає можливість відмовитись від плавлення у тиглі і видавлюванні через сопло.
melt spinning
Рис. 3. Метод гартування у валки (а) та метод спінінгування
melt spinning
Рис. 3. Метод гартування у валки (а) та метод спінінгування
б
а
ЗАГАРТУВАННЯ З РІДКОГО СТАНУ
На практиці використовуються два методи: в першому рідкий
ЗАГАРТУВАННЯ З РІДКОГО СТАНУ
На практиці використовуються два методи: в першому рідкий
Рис. 3. Схеми пристроїв для отримання аморфних сплавів гартуванням з рідкого стану: а – нанесення розплаву на металевий диск або циліндр, який обертається; б – витягання розплаву за допомогою диска, який обертається;
1 – розплав, 2 – нагрівач, 3 – стрічка аморфного розплаву, 4 – кварцова трубка.