Свойства металлических стекол. Металлическое стекло. Металлическое стекло в россии и сотрудничество с наса

Охлаждения?106 К/с). Быстрый теплоотвод достигается, если, по крайней мере, один из размеров изготовляемого образца достаточно мал (фольга, лента, проволока). Расплющиванием капли расплава между охлаждаемыми наковальнями получают фольгу шириной 15 - 25 мм и толщиной 40-70 мкм, а охлаждением на вращающемся барабане (диске) или прокаткой струи между двумя валками - ленту шириной 3-6 мм и толщиной 40-100 мкм. Выдавливанием расплава в охлаждённую могут быть изготовлены М. с. в виде проволоки.

Состав М. с.: = 80% переходных (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr и др.) или благородных металлов и ок. 20% поливалентных неметаллов (В, С, N, Si, P, Ge и др.), играющих роль стеклообразующих элементов. Примеры - бинарные сплавы (Au81Si19, Pd81Si19 и Fe80B20) и псевдобинарные сплавы, состоящие из 3-5 и более компонентов. М. с.- метастабильные системы, к-рые кристаллизуются при нагревании до темп-ры, равной ок. 1/2 темп-ры плавления.

Изучение М. с. позволяет исследовать природу металлич., магн. и др. св-в тв. тел. Высокая (приближается к теор. пределу для кристаллов) в сочетании с большой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью делает М. с. перспективными упрочняющими элементами для материалов и изделий. Нек-рые М. с. (напр., Fe80B20) - ферромагнетики с очень низкой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью, что обусловливает их применение в качестве магнитно-мягких материалов. Другой важный класс аморфных магн. материалов - сплавы редких земель с переходными металлами. Перспективно использование электрич. и акустич. св-в М. с. (высокое и слабо зависящее от темп-ры электрич. сопротивление, слабое вука).

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СТЕКЛА

(метглассы) - разновидность аморфных металлов, аморфные сплавы с ме-таллич. типом проводимости, к-рые не имеют дальнего порядка в пространств, расположении атомов и характеризуются макроскопич. коэф. сдвиговой вязкости Па. Их изготавливают в виде плёнок, лент и проволок с помощью спец. техн. приёмов (закалка из расплава при типичных скоростях охлаждения ~10 в К/с, термич. напыление или в вакууме на охлаждаемую подложку и т. д.), к-рые ведут к быстрому затвердеванию сплавляемых компонентов в относительно узком температурном интервале около т. н. температуры стеклования T g .

M. с. обладают уникальным сочетанием высоких ме-ханич., магн., электрич. и коррозионных свойств .

M. с. исключительно тверды и обладают высокой прочностью на ; напр., s у для M. с. Fe 80 B 20 достигает 3,6-10° Н/м 2 (370кгс/мм 2) , что намного превосходит значение s у лучших сталей; по этой причине M. с. применяют для армировки в композиц. материалах (композитах).

По магн. свойствам M. с. подразделяются на два технологически важных класса. M. с. класса "ферромагнитный переходный металл (Fe, Со, Ni, в количестве 75-85%)-неметалл (В, С, Si, Р- 15-25%)" являются магнитно-мягкими материалами с незначительной коэрцитивной силой Н с ввиду отсутствия магн.-кристаллич. анизотропии ( макроскопич. магнитная анизотропия обусловлена при ненулевой магнитострикции внутр. или внеш. напряжениями, к-рые могут быть снижены при отжиге, а также наведённой анизотропией в расположении соседних атомов). Магнитная атомная структура осн. таких систем может быть представлена в виде совокупности параллельно ориентированных локализованных магн. моментов при отсутствии трансляц. периодичности в их пространств, размещении, причём благодаря эффектам локального окружения магн. ионов по своей величине могут флуктуировать (см. Аморфные магнетики). M. с. этого класса имеют почти прямоугольную петлю гистерезиса магнитного с высоким значением индукции насыщения B s , что в сочетании с высоким уд. электрич. сопротивлением r и, следовательно, низкими потерями на делает M. с. по сравнению с электротехн. сталями более предпочтительными при применении, напр., в трансформаторах .

Сравнительные характеристики нек-рых кристаллич. и зарубежных аморфных магнитно-мягких сплавов (а также одного из отечеств. M. с. 94 ЖСР - А на основе железа ) приведены в таблице.

M. с. класса "редкоземельный элемент - переходный d- металл", обычно приготавливаемые в виде плёнок с помощью катодного распыления, в ряде случаев (Gd - Со, Gd - Fe) обнаруживают коллинеарную ферромагн. структуру со свойствами, перспективными для создания устройств с памятью на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), напр, низкой намагниченностью насыщения M s и высокой анизотропией, перпендикулярной плоскости плёнки . В большинстве др. случаев сильная локальная одноионная со случайным распределением осей лёгкого намагничивания, присущая редкоземельным ионам с ненулевым орбитальным моментом, обычно приводит в M. с. этого класса к хао-тич. неколлинеарной структуре типа спинового стекла.

Сравнительная характеристика некоторых магнитно-мягких кристаллических и аморфных сплавов (при 300 К) .

* T с - температура перехода в парамагнитное состояние (Кюри точка).

** Метгласс - зарегистрированная торговая марка корпорации Allied Chemical Corporation.

Из электрич. свойств M. с. наиб, существенны большая величина остаточного электрич. сопротивления (обычно в 2-4 раза больше, чем у кристаллич. аналогов) и малое значение температурного коэф. сопротивления (вне температурного интервала протекания процессов структурной релаксации и кристаллизации).

Ряд M. с. класса "переходный металл - неметалл" с добавками Cr и P обнаруживает исключит, коррозионную стойкость в агрессивных средах, превышающую на неск. порядков стойкость нержавеющих сталей . Неупорядоченность атомной структуры M. с. является также причиной высокой стойкости их свойств к воздействию радиации.

Аморфная структура M. с., являясь метастабильной, обладает очень большим временем жизни. Напр., оценки временного интервала эксплуатации, определяемого началом процесса кристаллизации, дают для одного из наименее стабильных M. с.ок. 550 лет при 175 0 C и 25 лет при 200 0 C .

Своеобразие физ. свойств M. с. является следствием аморфности их структуры (её хим. гомогенности, отсутствия межзёренных границ и линейных дефектов типа дислокаций). На рентгено-, электроне- и нейтроно-граммах M. с. имеется неск. диффузных гало, к-рые описываются с помощью ф-ции радиального распределения атомов (ФРРА) , где р(г) - усреднённая атомная на расстоянии г от случайного, выбранного за начало отсчёта атома (рис.). ФРРА не даёт полной информации о расположении атомов в трёхмерном пространстве, однако в сочетании с др. методами (исследованием тонкой структуры рентг. спектров поглощения, аннигиляцией позитронов и т. д.) она даёт возможность отобрать те структурные модели M. с.,

Нормированная функция радиального распределения атомов - средняя атомная плотность вещества) для аморфного железа .

к-рые лучше всего соответствуют эксперим. данным. Сходство ФРРА для аморфного и жидкого состояний, особенно на больших и ср. расстояниях, позволило на первых порах использовать для одноатомных M. с. модель случайной плотной упаковки твёрдых сфер, в своё предложенную Дж. Д. Берналом (J. D. Bernal) для одноатомных жидкостей, а для M. с. типа "металл - неметалл" - модификацию этой модели , согласно к-рой небольшие атомы неметалла заполняют большие пустоты ("дырки" Бернала) в случайной плотной упаковке атомов металла и не соседствуют друг с другом. Однако данные дифракц. экспериментов (напр., расщепление второго пика ФРРА, отсутствующее в жидких металлах) говорят о существовании в M. с. ближнего атомного порядка. Расчёты термодинамич. устойчивости атомных микрокластеров и структурного фактора для M. с. указывают на предпочтительность для них модели ближнего порядка , в к-рой осн. элементом структуры является икосаэдр - правильный двадцатигранник, получаемый упаковкой 12 слегка искажённых тетраэдров и обладающий 12 вершинами с 5 сходящимися рёбрами, через к-рые можно провести 6 осей симметрии пятого порядка.

Хотя икосаэдрич. не может быть элементом построения кристалла, поскольку невозможно плотно заполнить трёхмерное путём периодич. трансляций икосаэдра без появления несогласованности в структуре, веским аргументом в пользу икосаэдрич. ближнего порядка в M. с. является также недавнее открытие в сплаве Al 86 MnI 4 принципиально нового типа атомной структуры твёрдых тел - квазикристаллич. структуры с икосаэдрич. дальним порядком (см. Квазикристалл). Подобно M. с., квазикристаллы получаются быстрой закалкой из расплава /яятт. тгля оппепелённых составов в системах

Xf_ Fe), но, в отличие от M. с., дают на рентгенограммах когерентные брэгговские рефлексы, соответствующие симметрии пятого или даже десятого порядка . Нек-рыеМ. с. (напр., Pd 60 U 20 Si 20 ) после отжига переходят в квазикристаллич. состояние, оона-руживая тем самым тесную генетич. связь структурного состояния M. с. и квазикристаллич. состояния.

Лит -1)Петраковский Г. А., Аморфные магнетики, "УФН","1981,т. 134, с. 305; 2) Люборский Ф. В., Перспективы применения аморфных сплавов в магнитных устройствах, в кн.· Магнетизм аморфных систем, пер. с англ., M., Ii)Sl; 3)Хандрих К., Кобе С., Аморфные ферро- и ферримагнетики, пер. с нем., M., 1982; 4) Крапошин В. С., Линецкий Я. Л., Физические свойства металлов и сплавов в аморфном состоянии, в кн.: Итоги науки и техники. Металловедение · термическая обработка, т. 16, M., 1982; 5) Металлические стекла, пер. с англ., M., 1984; 6) Amorphous metallic alloys ed by F. Luborsky, L.- , 1983; 7) Аморфные сплавы, M., 1984; 8) Преображенский A. А., Бишард E. Г., Магнитные материалы и , 3 изд., M 1986; 9) Iсhikawа Т., Electron diffraction study of the local atomic arrangement in amorphous iron and nickel films, "Phys. Stat. Sol. (a)", 1973, v. 19, N, 2, p. 707; 10) Polk D. E The structure of glassy metallic alloys, "Acta Metall.", 1972, v. M, № 4 r 485; 11) Sасhdev S., Nelsоn D. R., Order m metallic glasses and icosahedral crystals, "Phys. Rev. B", 1985, v. 32, № 7 r 4592" 12) Sheсhtman D. и др., Metallic phase with long-range orientational order and no translational symmetry, "Phys. Rev. Lett.", 1984, v. 53, M 20, p. 1951; 13) Levine D., Steinhardt P. J., Quasicrystals. 1-2, "Phys. Rev. B", 1986 v. 34, MJ 2, p. 596; 14) Heльсон Д. Р., Квазикристаллы пер с англ., "В мире науки", 1986, № 10, с. 19; 15) Po-о h S J., Drehmаn A. J., Lawless K. R., Glassy to icosahedral phase transformation in Pd - U - Si alloys, "Phys. Rev Lett ", 1985, v. 55, Mi 21, p. 2324. M. В. Медведев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Металлическое стекло, образованное сплавом (Zr 1-x Ti x) a1 ETM a2 (Cu 1- Ni y) b1 LTM b2 Be c , содержащим по крайней мере 50% аморфной фазы, где ETM - ранний переходный металл, выбранный из группы, содержащий ванадий, ниобий гафний и хром, причем атомное процентное содержание хрома не превышает 0,2 a1; LTM - поздний переходный металл, выбранный из группы, содержащей железо, кобальт, марганец, рутений, серебро и палладий; x и y - атомные доли, значение x лежит в интервале от 0 до 1; значение y - в интервале от 0 до 1; значение a2 не превышает 0,4a1; значение (a1+ a2) лежит в интервале 30 - 75; значение (b1+ b2) - в интервале от 5 до 62, значение b2 не превышает 25, значение c лежит в интервале от 2 до 47, при этом сплав имеет скорость охлаждения, требуемую для подавления кристаллизации менее чем 10 3 К/с. Техническим эффектом от реализации изобретения является повышение стойкости металлического стекла к кристаллизации. 6 с.п., 34 з.п. ф-лы, 3 табл., 5 ил.

Изобретение относится к аморфным металлическим сплавам, обычно называемым металлическими стеклами, которые образуются при отверждении расплавов в процессе охлаждения сплава до температуры ниже температуры его стеклования, прежде чем произойдет значительное гомогенноe зародышеобразование и кристаллизация. В последние годы значительный интерес вызывают металлические сплавы, которые являются аморфными или стеклообразными при низких температурах. Обычные металлы и сплавы кристаллизуются при охлаждении их жидкой фазы. Однако было обнаружено, что некоторые металлы и сплавы при достаточно быстром охлаждении могут существовать в переохлажденном состоянии и сохраняться при комнатной температуре в виде чрезвычайно вязкой жидкости или стекла. Обычно при этом требуются скорости охлаждения порядка от 10 4 до 10 6 К/с. Для того чтобы достичь таких высоких скоростей охлаждения, очень тонкий слой (например, толщиной менее 100 мкм) или маленькие капли металла вводят в контакт с проводящей подложкой, температуру которой поддерживают на уровне комнатной. Небольшие размеры аморфного вещества являются следствием необходимости отобрать тепло с достаточно большой скоростью, чтобы подавить кристаллизацию. Таким образом, ранее разработанные аморфные сплавы были доступны лишь в виде тонких лент или пленок или же в виде порошков. Подобные ленты, пленки или порошки могут быть получены быстрым охлаждением расплава на вращающейся охлажденной подложке, формованием тонкой пленки отливкой на холодной подложке, перемещающейся под узлом соплом, или "охлаждением разбрызгиванием" капель между охлажденными подложками. Значительные усилия были затрачены на поиск аморфных сплавов, обладающих большей устойчивостью к кристаллизации, с тем чтобы можно было использовать менее критические скорости охлаждения. Если можно было бы подавить кристаллизацию при меньших скоростях охлаждения, то можно было бы получить более толстые образцы аморфных сплавов. При формировании аморфных металлических сплавов всегда приходится сталкиваться с трудноустранимой тенденцией переохлажденного расплава к кристаллизации. Кристаллизация происходит за счет зародышеобразования и роста кристаллов. Вообще говоря, переохлажденная жидкость кристаллизуется быстро. Для того чтобы получить твердый аморфный сплав, необходимо расплавить исходное вещество и охладить жидкость от температуры плавления T m до температуры ниже температуры стеклования T g , минуя кристаллизацию. На фиг. 1 схематично представлена диаграмма, на которой в логарифмической шкале показана зависимость температуры от времени. Указаны температура плавления T m и температура стеклования T g . Представленная типичная кривая "a" показывает начало кристаллизации как функцию времени и температуры. Для того чтобы получить твердое аморфное вещество, сплав необходимо охладить от температуры выше температуры плавления до температуры стеклования, не пересекая выступающую часть кривой кристаллизации. Приведенная кривая кристаллизации "a" в схематичном виде показывает начало кристаллизации некоторых ранее полученных сплавов, из которых были сформированы металлические стекла. Как правило, для этого требовались скорости охлаждения более 10 5 К/с, обычно порядка 10 6 К/с. Вторая кривая "b" на фиг. 1 представляет собой кривую кристаллизации для позднее разработанных металлических стекол. Требуемые скорости охлаждения для образования аморфных сплавов были снижены на один, два и даже три порядка, что является весьма существенным. Третья кривая кристаллизации "c" схематично указывает на величину дополнительных улучшений, которые становятся возможными при использовании настоящего изобретения. Выступающая часть кривой кристаллизации смещена на два или более порядков в сторону больших времен. Становятся возможными скорости охлаждения менее 10 2 К/с и предпочтительно менее 10 3 К/с. Были получены аморфные сплавы при такой низкой скорости охлаждения, как 2 или 3 К/с. Образование аморфного сплава составляет лишь часть проблемы. Желательно иметь возможность получать из аморфных материалов компоненты изделий сложной формы и трехмерные объекты с достаточно большими размерами. Для того чтобы получить аморфный сплав или связанный аморфный порошок и сформировать из них трехмерный объект, обладающий хорошей механической целостностью, необходимо, чтобы сплав можно было бы деформировать. Аморфные сплавы претерпевают значительные гомогенные деформации под действием приложенной нагрузки лишь в том случае, когда они нагреты до температуры, близкой или превышающей температуру стеклования. Вновь следует подчеркнуть, что в этом интервале температур обычно происходит быстрая кристаллизация. Таким образом, как следует из фиг. 1, если однажды сформированное аморфное твердое вещество вновь нагревают выше температуры стеклования, то может существовать очень небольшой промежуток времени, прежде чем сплав пересечет кривую кристаллизации. Для первых полученных аморфных сплавов кривая кристаллизации "a" пересекается в течение миллисекунд, и механическая формовка выше температуры стеклования практически невозможна. Даже для улучшенных сплавов время, в течение которого можно проводить обработку, все еще составляет порядка долей секунд или нескольких секунд. Фиг. 2 представляет собой схематическую диаграмму температуры и вязкости в логарифмической шкале для аморфных сплавов в виде переохлажденных жидкостей в интервале от температуры плавления до температуры стеклования. Температурой стеклования обычно считается температура, при которой вязкость сплава составляет порядка 10 12 П. Жидкий сплав, с другой стороны, может иметь вязкость менее чем 1 П (вода при комнатной температуре имеет вязкость приблизительно 1 сП). Как видно из схематически представленной фиг. 2, вязкость аморфного сплава медленно уменьшается при низких температурах, затем быстро изменяется при температуре выше температуры стеклования. Повышение температуры всего на 5 o C способно привести к уменьшению вязкости на порядок. Чтобы деформации стали возможны при низких приложенных нагрузках, желательно уменьшить вязкость аморфного сплава до величины не более 10 5 П. Это означает, что необходимо нагреть вещество значительно выше температуры стеклования. Время обработки аморфного сплава (т.е. время, которое пройдет от момента нагрева выше температуры стеклования до момента пересечения с кривой кристаллизации на фиг. 1) предпочтительно составляет порядка нескольких секунд или более, так что имеется достаточно времени, чтобы нагреть, осуществить необходимые действия, обработать и охладить сплав, прежде чем произойдет заметная кристаллизация. Таким образом, для придания хорошей способности к изменению формы, необходимо, чтобы кривая кристаллизации была сдвинута вправо, т.е. в сторону больших времен. Стойкость металлического стекла к кристаллизации можно связать со скоростью охлаждения, необходимой для формирования стекла при охлаждении из сплава. Она является индикатором стабильности аморфной фазы при нагреве в процессе обработки выше температуры стеклования. Желательно, чтобы скорость охлаждения, необходимая для подавления кристаллизации, находилась в интервале от 1 до 10 3 К/с или даже меньше. По мере уменьшения критической скорости охлаждения остается больше времени для обработки, и могут быть получены образцы с большим сечением. Далее подобные сплавы можно нагреть до температуры, значительно превышающей температуру стеклования, при этом в течение времени, достаточного для проведения обработки в промышленных условиях, кристаллизация не наблюдается. Таким образом, в настоящем изобретении в соответствии с предпочтительным вариантом его осуществления заявляется класс сплавов, которые образуют металлическое стекло при охлаждении ниже температуры стеклования со скоростью охлаждения менее 10 2 К/с. Указанные сплавы содержат бериллий в диапазоне от 2 до 4 ат.% или в более узком диапазоне в зависимости от других элементов, входящих в состав сплава, и требуемой критической скорости охлаждения, и по крайней мере два переходных металла. Переходные металлы представляют собой по крайней мере один ранний переходный металл, который входит в состав сплава в количестве от 30 до 75 ат.%, и по крайней мере один поздний переходный металл, который входит в состав сплава в количестве от 5 до 62 ат.%, в зависимости от того, какие элементы составляют сплав. Ранние переходные металлы включают элементы 3, 4, 5 и 6 групп Периодической таблицы, в том числе лантаниды и актиниды. Поздние переходные металлы включают элементы 7, 8, 9, 10 и 11 групп Периодической таблицы. Предпочтительная группа металлических стекол имеет формулу (Zr 1-x Ti x) a)Cu 1-y Ni y) b , Be c , где x и y обозначают атомные доли; а, b и с обозначают атомные проценты. В указанной формуле значения a, b и c частично зависят от пропорций циркония и титана. Так, если значение x находится в интервале от 0 до 0,15, то значение а лежит в интервале от 30 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение с лежит в интервале от 6 до 47%. Если значение х находится в интервале от 0,15 до 0,4, то значение а лежит в интервале от 30 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение с лежит в интервале от 2 до 47%. Когда значение x находится в интервале от 0,4 до 0,6, значение а лежит в интервале от 35 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение лежит в интервале от 2 до 47%. Когда значение x находится в интервале от 0,6 до 0,8, значение а лежит в интервале от 35 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение с лежит в интервале от 2 до 42%. Когда значение x находится в интервале от 0,8 до 1, значение а лежит в интервале от 35 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, a значение с лежит в интервале от 2 до 30%, с тем ограничением, что значение 3c не превышает (100-b), когда значение b лежит в интервале от 10 до 49%. Далее фрагмент (Zr 1-x Ti x) также может содержать дополнительный металл, выбранный из группы, включающей от 0 до 25% гафния, от 0 до 20% ниобия, от 0 до 15% иттрия, от 0 до 10% хрома, от 0 до 20% ванадия, от 0 до 5% молибдена, от 0 до 5% тантала, от 0 до 50 вольфрама и от 0 до 5% лантана, лантанидов, актиния и актинидов. Фрагмент (Cu 1-y Ni y) также может содержать дополнительный металл, выбранный из группы, включающей от 0 до 25% железа, от 0 до 25% кобальта, от 0 до 15% марганца и от 0 до 5% других металлов из групп 7 - 11. Бериллиевый фрагмент также может содержать дополнительный металл, выбранный из группы, включающей до 15% алюминия, при этом содержание бериллия составляет по крайней мере 6%, до 5% кремния и до 5% бора. Содержание других элементов не должно превышать двух атомных процентов. Эти и другие особенности настоящего изобретения станут очевидными из следующего далее подробного описания, которое поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1 схематично представлены кривые кристаллизации сплавов, являющихся аморфными или представляющими собой металлические стекла; на фиг. 2 схематично представлена вязкость аморфного стеклянного сплава; на фиг. 3 - диаграмма состояния квазитрехкомпонентной системы, на которой указана область стеклования в сплавах по настоящему изобретению; на фиг. 4 - диаграмма состояния квазитрехкомпонентной системы, на которой указана область стеклования для предпочтительной группы стеклообразующих сплавов, содержащих титан, медь, никель и бериллий; на фиг. 5 - диаграммa состояния квазитрехкомпонентной системы, на которой указана область стеклования для предпочтительной группы стеклообразующих сплавов, содержащих титан, цирконий, медь, никель и бериллий. Подробное описание изобретения

В контексте настоящего изобретения металлическим стеклом называется вещество, которое содержит, по крайней мере, 50 об.% стеклообразной или аморфной фазы. Способность образовывать стекло может быть установлена с применением метода охлаждения разбрызгиванием со скоростью охлаждения порядка 10 6 К/с. Чаще всего вещество, используемое по настоящему изобретению, содержит практически 100% аморфной фазы. Для сплавов, пригодных для изготовления деталей с размерами более 1 мкм, предпочтительны скорости охлаждения менее 10 3 К/с. Чтобы избежать кристаллизации, скорости охлаждения должны составлять от 1 до 100 К/с или менее. Приемлемые стеклообразующие сплавы можно идентифицировать по их способности образовывать при охлаждении слои с толщиной по крайней мере 1 мм. Подобную скорость охлаждения можно обеспечить при использовании широкого круга методик, таких как охлаждение сплавов разбрызгиванием в охлажденную медную пресс-форму для получения из аморфных веществ пластинок, лент или деталей с развитой поверхностью с размерами от 1 до 10 мм или более, или охлаждение разбрызгиванием в контейнер из кремния или стекла с целью получения стержней с примерным диаметром 15 мм и более. Для охлаждения стеклообразных сплавов могут использоваться обычные методы, такие как охлаждение разбрызгиванием для получения тонкой фольги, быстрое охлаждение расплава на одновалковой или двухвалковой мельнице, охлаждение расплава водой или формовка в планарном потоке для получения листов. Поскольку можно использовать низкие скорости охлаждения, а аморфная фаза устойчива после охлаждения, то могут применяться другие более экономичные способы изготовления деталей с развитой поверхностью или больших образцов, которые можно деформировать для получения деталей с развитой поверхностью, таких как отливка прутков или чушек, отливка в форму, прессование порошка металла и т.п. Аморфный сплав в виде быстро отвержденного порошка можно получить также по способу распыления, в котором жидкость разбивается на капли. Примерами являются струйное распыление и газовое распыление. Если капли жидкости вступают в контакт с холодной электропроводящей подложкой, обладающей высокой теплопроводностью, или попадают в инертную жидкость, то могут быть получены гранулированные вещества с размерами частиц до 1 мм, содержащие по крайней мере 50% аморфной фазы. Получение указанных веществ преимущественно осуществляют в инертной атмосфере или в вакууме, поскольку многие из этих веществ обладают высокой реакционноспособностью. В соответствии с настоящим изобретением идентифицирован ряд новых стеклообразующих сплавов. Интервал композиций сплавов, пригодных для получения стеклообразных или аморфных веществ, может быть установлен несколькими способами. Некоторые композиции формируют металлические стекла при относительно больших скоростях охлаждения, в то время как предпочтительные композиции образуют металлические стекла при сравнительно низких скоростях охлаждения. Хотя интервалы композиций сплавов определяются в соответствии с диаграммами состояния трехкомпонентной или квазитрехкомпонентной системы, такими как диаграммы, приведенные на фиг. 3 - 5, границы существования сплава могут несколько варьировать, поскольку вводятся новые материалы. Границы охватывают сплавы, которые образуют металлическое стекло при охлаждении от температуры плавления до температуры ниже температуры стеклования со скоростью менее приблизительно 10 6 К/с, преимущественно менее 10 3 К/с, а часто со значительно меньшими скоростями, наиболее предпочтительно со скоростью менее 100 К/с. Вообще говоря, приемлемые стеклообразующие сплавы содержат по крайней мере один ранний переходный металл, по крайней мере один поздний переходный металл и берилий. Хорошее стеклование может наблюдаться к некоторых трехкомпонентных берилиевых сплавов. Однако еще лучше стеклование, т.е. стеклование при низких критических скоростях охлаждения, позволяющих избежать кристаллизации, может наблюдаться у четырехкомпонентных сплавов, содержащих по крайней мере три переходных металла. Еще более низкие критические скорости наблюдаются у пятикомпонентных сплавов, в частности, содержащих по крайней мере два ранних переходных металла и по крайней мере два поздних переходных металла. Общим свойством широкого круга металлических стекол является то, что сплавы содержат от 2 до 47 ат.% бериллия. (Если специально не оговаривается, процентные составы, приведенные здесь, обозначают атомные проценты). Содержание бериллия преимущественно составляет приблизительно от 0 до 35% в зависимости от других присутствующих в сплаве металлов. Широкий интервал содержания бериллия (от 6 до 47% иллюстрируется диаграммой состояния трехкомпонентной или квазитрехкомпонентной систем, приведенной на фиг. 3, для состава стекла, в котором ранним переходным металлом является цирконий и/или цирконий, содержащий сравнительно небольшое количество титана, в частности 5%. Вторая вершина диаграммы состояний трехкомпонентной системы, приведенной на фиг. 3, представляет собой ранний переходный металл (ЕТМ) или смесь ранних переходных металлов. В соответствии с настоящим изобретением ранний переходный металл включает металл 3, 4, 5 и 6 групп Периодической таблицы, в том числе лантениды и актиниды. Ранее принятое обозначение для этих групп по классификации Международного союза чистой и прикладной химии было IIIA, IVA, VA и VIA. Содержание раннего переходного металла составляет от 30 до 75 ат. %. Содержание раннего переходного металла преимущественно составляет от 40 до 67%. Третью вершину диаграммы состояния трехкомпонентной системы образует поздний переходный металл (LTM) или смесь поздних переходных металлов. В соответствии с настоящим изобретением, поздний переходный металл включает металл 7, 8, 9, 10 и 11 групп Периодической таблицы, в том числе лантаниды и актиниды. Ранее принятое обозначение для этих групп по классификации Международного союза чистой и прикладной химии было VIIA, VIIIA и IB. Получают стеклообразные сплавы, в которых содержание позднего переходного металла в трехкомпонентных или более сложных сплавах составляет от 5 до 62 ат.%. Содержание позднего переходного металла преимущественно составляет от 10 до 48%. Многие составы трехкомпонентных сплавов с по крайней мере одним ранним переходным металлом и по крайней мере одним поздним переходным металлом, содержание бериллия в которых составляет от 2 до 47 ат.%, образуют хорошие стекла при охлаждении с приемлемой скоростью охлаждения. Содержание раннего переходного металла составляет от 30 до 75%, а содержание позднего переходного металла составляет от 5 до 62%. На фиг. 3 на диаграмме состояния трехкомпонентной системы показана меньшая шестиугольная фигура, обозначающая границы предпочтительных композиций сплава, для которых скорость охлаждения при формировании стекла составляет меньше чем 10 3 К/с, а многие из них имеют критические скорости охлаждения меньше 100 К/с. На указанной тройной диаграмме состояния ЕТМ обозначает ранние переходные металлы, приведенные выше, а LTM обозначает поздние переходные металлы. Диаграмму можно рассматривать как квазитройную, поскольку многие из стеклообразующих композиций включают по крайней мере три переходных металла и могут быть четырехкомпонентными или иметь более сложный состав. Площадь большего шестиугольника, как это показано на фиг.3, обозначает область стеклообразования для сплава, имеющего несколько большую критическую скорость охлаждения. Эти площади ограничены интервалами композиций для сплавов, имеющих формулу

(Zr 1-x Ti x) a1 ETM a2 (Cu 1-y Ni y) b1 LTM b2 Be c . В приведенной формуле x и y обозначают атомные доли, а a1, a2, b1, b2 и c обозначают атомные проценты. ETM обозначает по крайней мере один дополнительный ранний переходный металл. LTM обозначает по крайней мере один дополнительный поздний переходный металл. В приведенном примере количество другого раннего переходного металла составляет от 0 до 0,4 от общего количества циркония и титана, а значение x лежит в интервале от 0 до 0,15. Общее содержание раннего переходного металла, в том числе циркония и/или титана, составляет от 30 до 70 ат.%. Общее содержание позднего переходного металла, в том числе меди и никеля, составляет от 5 до 62%. Количество бериллия составляет от 6 до 47%. Внутри шестиугольника с меньшей площадью, изображенного на фиг. 3, находятся сплавы, имеющие низкие критические скорости охлаждения. Подобные сплавы содержат по крайней мере один ранний переходный металл, по крайней мере один поздний переходный металл и от 10 до 35% бериллия. Общее содержание раннего переходного металла составляет от 40 до 67%, а общее содержание позднего переходного металла составляет от 10 до 48%. Если в состав сплава в качестве единственных поздних переходных металлов входят медь и никель, то содержание никеля предпочтительно должно быть ограничено. Так, если b2 равно 0 (т.е. если нет другого позднего переходного металла) и помимо циркония и/или титана присутствует какой-либо ранний переходный металл, то пропорции никеля и меди предпочтительно должны быть приблизительно равными. Это желательно, поскольку другие ранние переходные металлы труднорастворимы в меди и дополнительное количество никеля способствует растворимости таких элементов, как ванадий, ниобий и т.п. Если содержание другого раннего переходного металла низкое или же цирконий и титан являются единственными ранними переходными металлами, то содержание никеля в композиции предпочтительно составляет приблизительно от 5 до 15%. Это можно установить из стехиометрической формулы, в которой b.y составляет от 5 до 15. Предыдущие исследования касались двух- или трехкомпонентных сплавов, которые образуют металлическое стекло при сравнительно больших скоростях охлаждения. Было показано, что четырехкомпонентные, пятикомпонентные и более сложные сплавы, содержащие по крайней мере три переходных металла и бериллий, образуют металлические стекла при значительно меньших критических скоростях охлаждения, чем ранее считалось возможным. Было также показано, что при соответствующем содержании бериллия трехкомпонентные сплавы, содержащие по крайней мере один ранний переходный металл и по крайней мере один поздний переходный металл, образуют металлические стекла при более низких критических скоростях охлаждения, чем ранее полученные сплавы. Помимо переходных металлов, указанных выше, металлические стекла могут содержать до 20 ат.% алюминия, при этом содержание бериллия остается выше шести процентов, до двух атомных процентов кремния и до пяти атомных процентов бора, а в некоторых сплавах до пяти атомных процентов других элементов, таких как висмут, магний, германий, фосфор, углерод, кислород и т.д. Доля других элементов в стеклообразующем сплаве преимущественно составляет менее 2%. Предпочтительные пропорции других элементов составляют от 0 до 15% алюминия, от 0 до 2% бора и от 0 до 2% кремния. Для того чтобы обеспечить низкие скорости охлаждения и относительно длительное время обработки, содержание бериллия в вышеуказанных металлических стеклах должно предпочтительно составлять по крайней мере 10%. Ранние переходные металлы выбирают из группы, включающей цирконий, гафний, титан, ванадий, ниобий, хром, иттрий, неодим, гадолиний и другие редкоземельные элементы, молибден, тантал и вольфрам в порядке убывания их предпочтения. Поздние переходные металлы выбирают из группы, включающeй никель, медь, железо, кобальт, марганец, рутений, серебро и палладий в порядке убывания их предпочтения. Наиболее предпочтительную группу составляют такие ранние переходные металлы, как цирконий, гафний, титан, ниобий и хром (до 20% составляет общее содержание циркония и титана), и такие поздние переходные металлы, как никель, медь, железо, кобальт и марганец. Самые низкие критические скорости охлаждения наблюдаются для сплавов, содержащих ранние переходные металлы, выбранные из группы, включающей цирконий, гафний и титан, и поздние переходные металлы, выбранные из группы, включающей никель, медь, железо и кобальт. Предпочтительная группа металлических стекол имеет формулу (Zr 1-x Ti x) a (Cu 1-y Ni y) b Be c , где х и y обозначают атомные доли, а "a", "b" и "c" обозначают атомные проценты. В указанной композиции x лежит в интервале от 0 до 1, а значение y лежит в интервале от 0 до 1. Значение a, b и c в некоторой степени зависят от величины x. Когда значение x находится в интервале от 0 до 0,15, то значение a лежит в интервале от 30 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение c лежит в интервале от 6 до 47%. Если значение x находится в интервале от 0,15 до 0,4%, то значение a лежит в интервале от 30 до 75%, а значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение c лежит в интервале от 2 до 47%. Когда значение x находится в интервале от 0,4 до 0,6, значение a лежит в интервале от 35 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение c лежит в интервале от 2 до 42%. Когда значение x находится в интервале от 0,6 до 0,8, значение a лежит в интервале от 35 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение c лежит в интервале от 2 до 47%. Когда значение x находится в интервале от 0,8 до 1, значение a лежит в интервале от 35 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение c лежит в интервале от 2 до 30%, с тем ограничением, что значение 3c не превышает (100-b), когда значение b лежит в интервале от 10 до 49%. На фиг. 4 и 5 показаны области стеклования для двух примерных композиций в системе (Zr, Ti) (Cu, Ni)Be. Например, на фиг. 4 приведена диаграмма состояния для квазитрехкомпонентной системы, где х = 1, т.е. титан-бериллиевой системы, в которой третью вершину диаграмм состояния трехкомпонентной системы образуют медь и никель. Большая площадь на фиг. 4 ограничивает область стеклования, как указано выше в числовом выражении, для системы Ti (Cu, Ni)Be. Составы внутри большей области образуют стекла при охлаждении от температуры плавления до температуры ниже температуры стеклования. Предпочтительные сплавы указаны двумя более маленькими областями. Сплавы, состав которых попадает в этот диапазон, имеют наиболее низкие критические скорости охлаждения. Аналогично на фиг. 5 показан шестиугольник большей площади, соответствующий композициям, в которых x = 0,5. Металлические стекла образованы при охлаждении сплавов, состав которых находится внутри площади шестиугольника. Далее фрагмент (Zr 1-x Ti x) в указанных композициях может содержать металл, выбранный из группы, включающей до 25% гафния, до 20% ниобия, до 15% иттрия, до 10% хрома, до 20% ванадия, причем эти значения даны для всей композиции сплава, а не только для фрагмента (Zr 1-x Ti x). Другими словами, указанные ранние переходные металлы могут замещать цирконий и/или титан, при этом фрагмент сохраняется, как это описано ранее, а содержание замещающего элемента приведены в процентном отношении ко всему сплаву. При соответствующих обстоятельствах может также включаться до 10% металла, выбранного из группы, содержащей молибден, тантал, вольфрам, лантан, лантаниды, актиний и актиниды. Если требуется получить плотный сплав, то могут, например, включаться тантал или уран. Фрагмент (Cu 1-y Ni y) также может содержать дополнительный металл, выбранный из группы, включающей до 25% железа, до 25% кобальта и до 15% марганца, причем эти значения даны для всей композиции сплава, а не только для фрагмента (Cu 1-y Ni y). Может включаться до 10% других металлов из групп 7 - 11, однако они слишком дороги для сплавов, рассчитанных на промышленный выпуск. Некоторые из драгоценных металлов могут добавляться с целью придания антикоррозионных свойств, хотя устойчивость к коррозии металлических стекол обычно хорошая по сравнению с устойчивостью к коррозии этих же сплавов в кристаллической форме. Бериллиевый фрагмент также может содержать дополнительный металл, выбранный из группы, включающей до 15% алюминия, при этом содержание беррилия составляет по крайней мере 0%, кремния до 5% и бора до 5% от состава всего сплава, предпочтительное содержание бериллия в сплаве составляет по крайней мере 10 ат.%. Вообще говоря, в стеклообразном сплаве допускается от 5 до 10% любого переходного металла. Следует также отметить, что стеклообразный сплав может выдержать присутствие значительных количеств веществ, которые могут считаться случайными или примесными. Например, в металлическом стекле может растворяться без заметного смещения кривой кристаллизации значительное количество кислорода. Другие случайные элементы, такие как германий, фосфор, углерод, азот или кислород могут присутствовать с общим количеством приблизительно менее пяти атомных процентов и предпочтительно с общим количеством приблизительно менее одного атомного процента. Допустимо также небольшое количество щелочных металлов, щелочноземельных металлов или тяжелых металлов. Существуют разные способы для выражения состава, который является хорошим для стеклообразующих сплавов. Они включают формулы для составов, в которых пропорции различных элементов выражены в алгебраической форме. Пропорции являются взаимозависимыми, поскольку высокие пропорции некоторых элементов, которые легко промотируют сохранение стеклообразной фазы, могут преодолеть влияние других элементов, которые способны промотировать кристаллизацию. Важное влияние может оказать также присутствие других элементов помимо переходных металлов и бериллия. Мы полагаем, что кислород в количестве, которое превосходит растворимость кислорода в твердом сплаве, способен промотировать кристаллизацию. Как мы полагаем, именно в этом заключается причина того, что особенно хорошие стеклообразующие сплавы включают значительные количества циркония, титана или гафния (гафний в заметной степени взаимозаменяем с цирконием). Цирконий, титан и гафний в твердом состоянии хорошо растворяют кислород. Промышленный бериллий содержит или взаимодействует со значительным количеством кислорода. В отсутствие циркония, титана или гафния кислород может образовывать нерастворимые оксиды, которые являются центрами гетерогенной кристаллизации. Это следует из испытаний некоторых трехкомпонентных сплавов, которые не содержат цирконий, титан или гафний. Внешний вид образцов, полученных разбрызгиванием при охлаждении, которые не образуют аморфных твердых веществ, заставляет предположить наличие высадившихся оксидных фаз. Некоторые элементы, входящие в состав композиции в небольших пропорциях, могут влиять на свойства стекла. Хром, железо и ванадий повышают прочность. Однако содержание хрома должно составлять не более приблизительно 20%, а предпочтительно менее 15% от общего количества циркония, гафния или титана. Для цирконий-, гафний- и титансодержащих сплавов в общем случае является предпочтительным, чтобы атомная фракция титана во фрагменте сплава, содержащем ранний переходный металл, составляла менее 0,7. Не все ранние переходные металлы одинаково желательны в составе композиции. Наиболее предпочтительными ранними переходами металлами являются цирконий и титан. Следующими в ряду предпочтения ранними переходными металлами являются ванадий, ниобий и гафний. Следующий порядок предпочтения составляют иттрий и хром, при этом содержание хрома ограничено, как указано ранее. В ограниченных количествах могут также включаться лантан, актиний и лантаниды и актиниды. Последними из предпочтительных ранних переходных металлов являются молибден, тантал и вольфрам, хотя в некоторых случаях они могут оказаться желательными. Например, вольфрам и тантал могут быть полезными в металлических стеклах с относительно большой плотностью. Из поздних переходных металлов наиболее предпочтительны медь и никель. В некоторых композициях особенно желательно присутствие железа. Следующий ряд предпочтения из поздних переходных металлов составляют кобальт и марганец. Некоторые композиции предпочтительно не должны содержать серебро. Кремний, германий, бор и алюминий можно рассматривать как компоненты бериллиевого фрагмента сплава, и в его состав могут входить любые из них. Если присутствует алюминий, то содержание бериллия должно составлять по крайней мере 6%. Содержание алюминия предпочтительно должно составлять менее 20%, а еще более предпочтительно менее 15%. Наиболее предпочтительные композиции содержат смесь меди и никеля приблизительно в равных пропорциях. Таким образом, предпочтительная композиция содержит цирконий и/или титан, бериллий и смесь меди и никеля, при этом количество меди, например, составляет от 35 до 65% от общего количества меди и никеля. Далее приводятся выражения для формул стеклообразующих композиций различного размера и состава. Подобные сплавы могут быть получены в виде металлического стекла, содержащего по крайней мере 50% аморфной фазы, при охлаждении сплава от температуры выше температуры плавления, минуя температуру стеклования с достаточной скоростью, чтобы избежать образования более чем 50% кристаллической фазы. В каждой из приводимых далее формул x и y обозначают атомные фракции. Подстрочные знаки a, a1, b, b1, c и т.д. обозначают атомные проценты. Примерные стеклообразующие сплавы имеют формулу

(Zr 1-x Ti x) al ETM a2 (Cu 1-y Ni y) b1 LTM b2 Be c

Где ранние переходные металла включают Y, Nb, Hf и Cr,

При этом содержание хрома составляет из них не более 20%. Поздними переходными металлами преимущественно являются Fe, Co, Mn, Ru, Ag и/или Pd. Количество другого раннего переходного металла составляет до 40% от количества фрагмента (Zr 1-x Ti x). Когда значение x лежит в интервале от 0 до 0,15, значение (a1+a2) составляет от 30 до 75%, значение (b1+b2) составляет от 5 до 62%, значение b2 составляет от 0 до 25%, а значение c составляет от 6 до 47%. Когда значение x лежит в интервале от 0,15 до 0,4, значение (a1+a2) составляет от 30 до 75%, значение b2 составляет от 0 до 25%, а значение c составляет от 2 до 47%,

Преимущественно значение (a1+a2) составляет от 40 до 67%, значение (b1+b2) составляет от 10 до 40%, значение b2 составляет от 0 до 25%, а значение c составляет от 10 до 35%. Когда значение x составляет более 0,4, то количество другого раннего переходного металла может составлять до 40% от количества циркониевого и титанового фрагмента. Затем, когда значение x лежит в интервале от 0,4 до 0,6, значение (a1+a2) составляет от 35 до 75%, значение (b1+b2) составляет от 5 до 62%, значение b2 составляет от 0 до 25%, а значение c составляет от 2 до 47%. Когда значение x лежит в интервале от 0,6 до 0,8, значение (a1+a2) составляет от 35 до 75%, значение (b1+b2) составляет от 5 до 62%, значение b2 составляет от 0 до 25%, а значение c составляет от 2 до 42%. Когда значение x лежит в интервале от 0,8 до 1, значение (a1+a2) составляет от 35 до 75%, значение (b1+b2) составляет от 5 до 62%, значение b2 составляет от 0 до 25%, а значение c составляет от 2 до 30%. В указанных сплавах существует ограничение, заключающееся в том, что для значения x от 0,8 до 1, значение 3c не превышает (100-b1-b2), когда значение (b1+b2) составляет от 10 до 49%. Предпочтительно, когда значение x лежит в интервале от 0,4 до 0,6, значение (a1+a2) составляет от 40 до 67%, значение (b1+b2) составляет от 10 до 48%, значение b2 составляет от 0 до 25%, а значение c составляет от 10 до 35%. Когда значение x лежит в интервале от 0,6 до 0,8, значение (a1+a2) составляет от 40 до 67%, значение (b1+b2) составляет от 10 до 48%, значение b2 составляет от 0 до 25%, а значение c составляет от 10 до 30%. Когда значение x лежит в интервале от 0,8 до 1 либо значение (a1+a2) составляет от 38 до 55%, значение (b1+b2) составляет от 35 до 60%, значение b2 составляет от 0 до 25%, а значение c составляет от 2 до 15% либо значение (a1+a2) составляет от 65 до 75%, значение (b1+b2) составляет от 5 до 15%, значение b2 составляет от 0 до 25%, а значение c составляет от 17 до 20%. Стеклообразующая композиция преимущественно представляет собой сплав ZrTiCuNiBe, имеющий формулу

(Zr 1-x Ti x) a (Cu 1-y Ni y)Be c ,

Где значение y находится в интервале от 0 до 1,

А значение x находится в интервале от 0 до 0,4. Когда значение x находится в интервале от 0 до 0,15, то значение a лежит в интервале от 30 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение c лежит в интервале от 6 до 47%. Если значение x находится в интервале от 0,15 до 0,4, то значение a лежит в интервале от 30 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение c лежит в интервале от 2 до 47%. Предпочтительно значение a лежит в интервале от 40 до 67%, значение b лежит в интервале от 10 до 35%, а значение c лежит в интервале от 10 до 35%. Например, хорошей стеклообразующей композицией является Zr 34 Ti 11 Cu 32,5 Ni 10 Be 12,5 . Если слегка отступить от приведенных пределов, то могут быть получены эквивалентные стеклообразующие сплавы. Когда значение x в приведенной выше формуле находится в интервале от 0,4 до 0,6, значение a лежит в интервале от 35 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение c лежит в интервале от 2 до 47%. Когда значение x находится в интервале от 0,6 до 0,8, значение a лежит в интервале от 35 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение c лежит в интервале от 2 до 42%. Когда значение x находится в интервале от 0,8 до 1, значение a лежит в интервале от 35 до 75%, значение b лежит в интервале от 5 до 62%, а значение c лежит в интервале от 2 до 30%, c тем ограничением, что значение 3c не превышает (100-b), когда значение b лежит в интервале от 10 до 49%. Предпочтительно, когда значение x лежит в интервале от 0,4 до 0,6, значение a составляет от 40 до 67%, значение b составляет от 10 до 48%, значение c составляет от 10 до 35%. Когда значение x лежит в интервале от 0,6 до 0,8, значение a составляет от 40 до 67%, значение b составляет от 10 до 48%, а значение c составляет от 10 до 30%. Когда значение x лежит в интервале от 0,8 до 1 либо значение a составляет от 38 до 55%, значение b составляет от 35 до 60%, а значение c составляет от 2 до 15%, либо значение a составляет от 65 до 75%, значение b составляет от 5 до 15%, а значение c составляет от 17 до 27%. В наиболее предпочтительном интервале составов композиций фрагмент (Zr 1-x Ti x) может включать до 15% гафния, до 15% ниобия, до 10% иттрия, до 7% хрома, до 10% ванадия, до 5% молибдена, тантала или вольфрама, до 5% лантана, лантанидов, актиния и актинидов. Фрагмент (Cu 1-y Ni y) может также включать до 15% железа, до 10% кобальта, до 10% марганца, до 5% другого металла из групп 7 - 11. Бериллиевый фрагмент может также включать до 15% алюминия, до 5% кремния и до 5% бора. Общее содержание случайных элементов преимущественно составляет менее 1 ат.%. Некоторые из стеклообразующих сплавов можно выразить формулой

((Zr, Hf, Ti) x ETM 1-x) a (Cu 1-y Ni y) b1 LTM b2 Be c ,

Где атомная доля титана во фрагменте ((Hf, Zr, Ti)ETM) составляет менее 0,7, а значение x лежит в интервале от 0,8 до 1, значение a лежит в интервале от 30 до 75%, значение (b1 + b2) лежит в интервале от 5 до 57%, а значение c лежит в интервале от 6 до 45%. Предпочтительно значение а лежит в интервале от 40 до 67%, значение (b1 + b2) лежит в интервале от 40 до 67%, значение (b1 + b2) лежит в интервале от 10 до 48%, а значение c лежит в интервале от 10 до 35%. Иначе формулу можно выразить в виде

((Zr, Hf, Ti) x ETM 1-x) a)Cu b1 Ni b2 LTM b3 Be c ,

Где значение x лежит в интервале от 0,5 до 0,8. Если ETM обозначает иттрий, неодим, гадолиний и другие редкоземельные элементы, то значение а лежит в интервале от 30 до 75%, значение (b1 + b2 + b3) лежит в интервале от 6 до 50%, значение b3 лежит в интервале от 0 до 25%, значение b1 лежит в интервале от 0 до 50%, а значение c лежит в интервале от 6 до 45%. Если ETM обозначает хром, тантал, молибден или вольфрам, то значение а лежит в интервале от 30 до 60%, значение (b1 + b2 +b3) лежит в интервале от 10 до 50%, значение b3 лежит в интервале от 0 до 25%, значение b1 лежит в интервале от 0 до x(b1 + b2 + b3)/2, а значение c лежит в интервале от 10 до 45%. Если ETM выбирают из группы, включающей ванадий и ниобий, то значение а лежит в интервале от 30 до 65%, значение (b1 + b2 + b3) лежит в интервале от 10 до 50%, значение b3 лежит в интервале от 10 до 25%, значение b1 лежит в интервале от 0 до x (b1 + b2 + b3)/2, а значение c лежит в интервале от 10 до 45%. Предпочтительно, когда ETM обозначает иттрий, неодим, гадолиний и другие редкоземельные элементы, значение а лежит в интервале от 40 до 67%, значение (b1 + b2 + b3) лежит в интервале от 10 до 38%, значение b3 лежит в интервале от 0 до 25%, значение b1 лежит в интервале от 0 до 38%, а значение c лежит в интервале от 10 до 35%. Если ETM обозначает хром, тантал, молибден или вольфрам, то значение а лежит в интервале от 35 до 50%, значение (b1 + b2 + b3) лежит в интервале от 15 до 35%, значение b3 лежит в интервале от 0 до 25%, значение b1 лежит в интервале от 0 до x(b1 + b2 + b3)/2, а значение c лежит в интервале от 15 до 35%. Если ETM обозначает ванадий и ниобий, то значение а лежит в интервале от 35 до 55%, значение (b1 + b2 + b3) лежит в интервале от 15 до 35%, значение b3 лежит в интервале от 0 до 25%, значение 1 лежит в интервале от 0 до x(b1 + b2 + b3)/2, а значение c лежит в интервале от 15 до 35%. На фиг. 4 и 5 показаны шестиугольники с несколько меньшей площадью, которые представляют предпочтительные стеклообразующие композиции, т.е. композиции, в которых x = 1 и x = 0,5 соответственно. Эти области представляют собой шестиугольники меньшей площади на диаграмме состояния квазитрехкомпонентной системы. Следует отметить, что на фиг. 4 обозначены два шестиугольника с относительно меньшей площадью для предпочтительных композиций стеклообразующих сплавов. Для обеих указанных предпочтительных областей существования композиции наблюдаются очень низкие критические скорости охлаждения. В качестве примера очень хорошая стеклоообразующая композиция имеет приблизительную формулу

(Zr 0,75 Ni 0,25) 55 (Cu 0,36 Ni 0,64) 22,5 Be 22,5 . Образец этого вещества охлаждали в трубе из плавленого кварца с диаметром 15 мм, которую погружали в воду и получали полностью аморфный слиток. Скорость охлаждения от температуры плавления, минуя температуру стеклования, оценивается величиной приблизительно два - три градуса в секунду. Среди разнообразных комбинаций веществ, которые попадают в указанные рамки, могут быть необычные смеси металлов, которые не образуют по крайней мере 50% стеклянной фазы при скоростях охлаждения менее приблизительно 10 6 К/с. Подходящие комбинации могут быть легко идентифицированы путем простого плавления с использованием соответствующего способа нагрева, охлаждения при разбрызгивании и проверки аморфности образца. Предпочтительные композиции легко интенсифицируются при низких критических скоростях охлаждения. Аморфную природу металлических стекол легко установить с помощью ряда хорошо известных методов. На рентгенограммах полностью аморфных образцов наблюдаются широкие диффузные максимумы рассеивания. Если кристаллическое вещество присутствует совместно со стеклянной фазой, то можно наблюдать относительно острые пики брэгговской дифракции, соответствующие кристаллическому веществу. Относительные интенсивности, соответствующие острым пикам Брэгга, можно сравнить с интенсивностями, соответствующими диффузным максимумам, и оценить содержание аморфной фазы. Содержание аморфной фазы можно также оценить методом дифференциального термического анализа. Сравнивают энтальпию при нагревании образца с целью инициировать кристаллизацию аморфной фазы с энтальпией кристаллизации полностью стеклообразного вещества. Отношение этих величин определяет молярную фракцию стеклообразного вещества в исходном образце. Для определения фракции стеклообразного вещества можно также применять метод электронной микроскопии на просвет. В методе электронной микроскопии стеклообразное вещество проявляет маленький контраст и может быть идентифицировано по своему относительно лишенному характерных черт изображению. Кристаллическое вещество обладает значительно большим контрастом и его легко отличить. Для подтверждения наличия обнаруженной фазы можно затем использовать дифракцию электродов. Объемную фракцию аморфного вещества в образце можно оценить при анализе изображений, наблюдаемых при использовании метода электронной микроскопии на просвет. Металлические стекла, образуемые сплавами по настоящему изобретению, обычно проявляют значительную пластичность на изгиб. Фольга, полученная при охлаждении разбрызгиванием, проявляется пластичностью на изгибе в интервале от 90 до 180 o . В области предпочтительных составов полностью аморфные ленты толщиной 1 мм проявляют пластичность на изгиб и их также можно прокатать приблизительно до 1/3 от первоначальной толщины без образования макроскопических трещин. Подобные прокатанные образцы все еще можно согнуть под углом 90 o . Аморфные сплавы по настоящему изобретению обладают высокой твердостью. Высокие значения величины твердости по Виккерсу свидетельствуют о высокой прочности. Поскольку многие из предпочтительных сплавов обладают относительно низкой плотностью, составляющей от 5 до 7 г/см 3 , то сплавы обладают высоким отношением прочности к весу. Однако, если необходима большая плотность, то в композиции могут быть включены тяжелые металлы, такие как вольфрам, тантал или уран. Например, металлическое стекло с большой плотностью может быть получено из сплава с общим составом (TaWHf)NiBe. Желательно, чтобы в предпочтительных составах содержалось заметное количество ванадия и хрома, поскольку в этом случае сплавы проявляют большую прочность, чем сплавы, не содержащие ванадия и хрома. Примеры. Ниже приводится табл. 1 сплавов, которые можно отлить в виде полосок толщиной 1 мм, содержащих более 50% аморфной фазы. В табл. 1 для многих сплавов представлены также их свойства, в том числе температура стеклования Tg, выраженная в градусах Цельсия. В колонке, обозначенной Tx, приведена температура, при которой начинается кристаллизация в процессе нагревания аморфного сплава выше температуры стеклования. Применяемым методом измерения является дифференциальный технический анализ. Образец аморфного сплава нагревают выше температуры стеклования со скоростью 20 o C в 1 мин. Регистрируют температуру, при которой изменение энтальпии указывает на начало кристаллизации. Образцы нагревают в инертной газовой среде, однако его чистота соответствует чистоте промышленного инертного газа, а он содержит немного кислорода. Вследствие этого поверхность образцов слегка подкисляется. Нами показано, что существует более высокая температура, при которой образец имеет чистую поверхность, так что наблюдается не гетерогенное, а гомогенное зародышеобразование. Таким образом, вероятность гомогенной кристаллизации может быть на самом деле выше, чем установлено в указанных тестах для образцов, не содержащих оксидов на поверхности. В колонке, обозначенной через T, указана разница между температурой кристаллизации и температурой стеклования, обе из которых определяют методом дифференциального термического анализа. Вообще говоря, более высокие значения T указывают на меньшую критическую скорость охлаждения для формирования аморфного сплава. Оно также указывает на то, что имеется большее количество времени для обработки аморфного сплава при температуре выше температуры стеклования. Величина T, превышающая 100 o C, указывает на особенно хороший стеклообразующий сплав. Последняя колонка табл. 1, обозначенная через Hv, показывает твердость по Виккерсу аморфной композиции. Вообще говоря, более высокие значения твердости свидетельствуют о большей прочности металлического стекла. В приведенной далее табл. 2 представлен ряд составов, которые, как установлено, являются аморфными при отливке в виде слоя толщиной 5 мм. В табл. 3 приведен ряд композиций, которые, как установлено, содержат более 50% аморфной фазы, а обычно 100% аморфной фазы, при охлаждении разбрызгиванием с образованием фольги толщиной приблизительно 30 мкм. Здесь рассмотрен ряд классов и примеров составов стеклообразующих сплавов, имеющих низкие критические скорости охлаждения. Для специалистов в данной области техники очевидно, что приведенные границы областей стеклования являются приблизительными и композиции, состав которых несколько выходит за эти точные границы, могут быть хорошими стеклообразующими веществами, а композиции, состав которых приблизительно попадает в указанные границы, может не являться стеклообразующим веществом при скоростях охлаждения менее 1000 К/с. Таким образом, в пределах объема притязаний, указанного в формуле изобретения, настоящее изобретение можно осуществлять с некоторыми отклонениями от приведенных точных составов композиций.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Металлическое стекло, образованное сплавом, содержащим бериллий, отличающееся тем, что сплав имеет скорость охлаждения, требуемую для подавления кристаллизации, менее 10 3 К/с, и стекло образовано сплавом, дополнительно содержащим по крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей титан и цирконий, и по крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей медь и никель, при следующем соотношении компонентов, ат.%:

Бериллий - Остальное

2. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что оно образовано сплавом, дополнительно содержащим по крайней мере один переходный металл, выбранный из группы, содержащей ETM и LTM при следующем соотношении компонентов:

(Zr 1-x Ti x) a1 ETM a2 (Cu 1-y Ni y) b1 LTM b2 Be c1 ,

Где ETM - ранний переходный металл, выбранный из группы, содержащей ванадий, ниобий, гафний и хром, причем атомное процентное содержание хрома не превышает 0,2 a1;

LTM - поздний переходный металл, выбранный из группы, содержащей железо, кобальт, марганец, рутений, серебро и палладий;

X и y - атомные доли;

A1, a2, b1, b2 и c - атомные проценты;

Значение x лежит в интервале от 0 до 1; значение y лежит в интервале от 0 до 1; значение a2 не превышает 0,4a1; значение (a1+a2) лежит в интервале 30 - 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 3. Стекло по п. 2, отличающееся тем, что если значение b1+b2 лежит в интервале от 10 до 49, то 3c не превышает (100-b1-b2). 4. Стекло по п. 2 или 3, отличающееся тем, что если значение x лежит в интервале от 0 до 0,15, то значение (a1+a2) лежит в интервале от 30 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 6 до 47. 5. Стекло по п. 2 или 3, отличающееся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,15 до 0,4, то значение (a1+a2) лежит в интервале от 30 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение с лежит в интервале от 2 до 47. 6. Стекло по п. 2 или 3, отличающееся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,4 до 0,6, то значение (a1+a2) лежит в интервале от 35 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 7. Стекло по п. 2 или 3, отличающееся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,6 до 0,8, то значение (a1+a2) лежит в интервале от 35 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 2 до 42. 8. Стекло по п. 2 или 3, отличающееся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,8 до 1, то значение (a1+a2) лежит в интервале от 35 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 2 до 30. 9. Стекло по любому из пп. 2 - 8, отличающееся тем, что значение (a1+a2) лежит в интервале от 40 до 67; значение (b1+b2) лежит в интервале от 10 до 48; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 10 до 35. 10. Металлическое стекло, образованное сплавом, содержащим бериллий, отличающееся тем, что сплав имеет скорость охлаждения, требуемую для подавления кристаллизации, менее чем 10 3 К/с, и образовано из сплава, дополнительно содержащего по меньшей мере металл, выбранный из группы, содержащей цирконий, титан и гафний, и по меньшей мере один переходный металл, выбранный из группы, содержащей ETM и LTM при следующем соотношении компонентов:

((Zr, Hf, Ti) x)ETM 1-x a (Cu 1-y Ni y) b1 LTM b2 Be c ,

X и y - атомные доли;

При этом атомная доля титана в фрагменте ((Hf, Zr, Ti)ETM) составляет менее 0,7, значение x лежит в интервале от 0,8 до 1; значение a лежит в интервале от 30 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 57; значение c лежит в интервале от 6 до 45. 11. Стекло по п. 10, отличающееся тем, что значение a лежит в интервале от 40 до 67; значение (b1+b2)лежит в интервале от 10 до 48, значение c лежит в интервале от 10 до 35. 12. Способ получения металлического стекла, содержащего по крайней мере 50% аморфной фазы, включающий изготовление сплава, содержащего бериллий, и охлаждение его от температуры выше температуры плавления до температуры ниже температуры стеклования со скоростью, предотвращающей образование более 50% кристаллической фазы, отличающийся тем, что сплав имеет скорость охлаждения, требуемую для подавления кристаллизации, менее чем 10 3 К/с, и изготавливают сплав, дополнительно содержащий по крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей титан и цирконий, и по крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей медь и никель, при следующем соотношении компонентов, ат.%:

По крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей цирконий и титан - 30 - 75

По крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей медь и никель - 5 - 62

Бериллий - Остальное

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что изготовляют сплав, дополнительно содержащий по крайней мере один переходный металл, выбранный из группы, содержащей ETM и LTM при следующем соотношении компонентов:

(Zr 1-x Ti x) a1 ETM a2 (Cu 1-y Ni y) b1 LTM b2 Be c ,

Где x и y - атомные доли;

A1, a2, b1, b2 и c - атомные проценты;

ETM - ранний переходный металл, выбранный из группы, содержащей ванадий, ниобий, гафний и хром, причем атомное процентное содержание хрома не превышает 0,2a1;

LTM - поздний переходный металл, выбранный из группы, содержащей железо, кобальт, марганец, рутений, серебро и палладий; значение x лежит в интервале от 0 до 1; значение y лежит в интервале от 0 до 1; значение a2 не превышает 0,4a1; значение (a1+a2) лежит в интервале 30 - 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что если значение b1+b2 лежит в интервале от 10 до 49, то значение 3c не превышают (100-b1-b2). 15. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что если значение x лежит в интервале от 0 до 0,15, то значение (a1+a2) лежит в интервале от 30 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 6 до 47. 16. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,15 до 0,4, то значение (a1+a2) лежит в интервале от 30 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 17. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,4 до 0,6, то значение (a1+a2) лежит в интервале от 35 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 18. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,6 до 0,8, то значение (a1+a2) лежит в интервале от 35 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 2 до 42. 19. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,8 до 1, то значение (a1+a2) лежит в интервале от 30 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 62; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 2 до 30. 20. Способ по любому из пп. 13 - 19, отличающийся тем, что значение (a1+a2) лежит в интервале от 40 до 67; значение (b1+b2) лежит в интервале от 10 до 48; значение b2 не превышает 25; значение c лежит в интервале от 10 до 35. 21. Способ получения металлического стекла, содержащего по крайней мере 50% аморфной фазы, включающий изготовление сплава, содержащего бериллий, и по меньшей мере один металл из группы, содержащей гафний, цирконий и титан, и охлаждение его температуры выше температуры плавления до температуры ниже температуры стеклования со скоростью, предотвращающей образование более 50% кристаллической фазы, отличающийся тем, что сплав имеет скорость охлаждения, требуемую для подавления кристаллизации, менее чем 10 3 К/с и изготавливают сплав, дополнительно включающий по меньшей мере один переходный металл, выбранный из группы, содержащей ETM и LTM при следующем соотношении компонентов:

((Zr, Hf, Ti) x)ETM 1-x) a (Cu 1-y Ni y) b1 LTM b2 Be c ,

Где ETM - ранний переходный металл, выбранный из группы, содержащей ванадий, ниобий, иттрий, неодим, гадолиний и другие РЗМ, хром, молибден, тантал и вольфрам;

LTM - поздний переходный металл, выбранный из группы, содержащей никель, медь, железо, кобальт, марганец, рутений, серебро и палладий;

X и y - атомные доли;

A, b1, b2 и c - атомные проценты,

При этом атомная доля титана в фрагменте ((Hf, Zr, Ti)ETM) составляет менее 0,7; значение x лежит в интервале от 0,8 до 1; значение a лежит в интервале от 30 до 75; значение (b1+b2) лежит в интервале от 5 до 57; значение c лежит в интервале от 6 до 45. 22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что значение a лежит в интервале от 40 до 67; значение (b1+b2) лежит в интервале от 10 до 48; значение c лежит в интервале от 10 до 35. 23. Металлическое стекло, образованное сплавом, содержащим бериллий, отличающееся тем, что сплав имеет скорость охлаждения, требуемую для подавления кристаллизации, менее чем 10 3 К/с и стекло образовано сплавом, дополнительно содержащим по крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей титан и цирконий, и по крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей медь и никель, при следующем соотношении компонентов:

(Zr 1-x Ti x) a (Cu 1-y Ni y)) b Be c ,

Где x и y - атомные доли;

A, b и c - атомные проценты,

При этом значение y лежит в интервале от 0 до 1 и где значение x лежит в интервале от 0 до 1; значение a лежит в интервале от 30 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 24. Стекло по п. 23, отличающееся тем, что если значение b лежит в интервале от 10 до 49, то 3c не превышает (100-b). 25. Стекло по п. 23 или 24, отличающееся тем, что если значение x лежит в интервале от 0 до 0,15, то значение a лежит в интервале от 30 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 6 до 47. 26. Стекло по п. 23 или 24, отличающееся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,15 до 0,4, то значение a лежит в интервале от 30 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 27. Стекло по п. 23 или 24, отличающееся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,4 до 0,6, то значение a лежит в интервале от 35 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 28. Стекло по п. 23 или 24, отличающееся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,6 до 0,8, то значение a лежит в интервале от 35 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 2 до 42. 29. Стекло по п. 23 или 24, отличающееся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,8 до 1, то значение a лежит в интервале от 35 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 2 до 30. 30. Стекло по любому из пп. 23 - 29, отличающееся тем, что значение a лежит в интервале от 40 до 67; значение b лежит в интервале от 10 до 48; значение c лежит в интервале от 10 до 35. 31. Стекло по любому из пп. 23 - 30, отличающееся тем, что фрагмент (Zr 1-x Ti x) дополнительно содержит металл, выбранный из группы, включающей, ат. %: гафний - до 25, ниобий - до 20, иттрий - до 15, хром - до 10, ванадий - до 20, молибден - до 5, тантал - до 5, вольфрам - до 5, и лантан, лантаниды, актиний и актиниды - до 5; фрагмент (Cu 1-y Ni y) дополнительно содержит металл, выбранный из группы, включающей ат.%: железо - до 25, кобальт - до 25, марганец - до 15, металлы из групп VII-XI - до 5, а бериллиевый фрагмент дополнительно содержит металл, выбранный из группы, включающей, ат.%: алюминий - до 15 при значении c, равном не менее 6, кремний - не более 5 и бор - не более 5. 32. Способ получения металлического стекла, содержащего по крайней мере 50% аморфной фазы, включающий изготовление сплава, содержащего бериллий, и охлаждение его от температуры выше температуры плавления до температуры ниже температуры стеклования со скоростью, предотвращающей образование более 50% кристаллической фазы, отличающийся тем, что сплав имеет скорость охлаждения, требуемую для подавления кристаллизации, менее чем 10 3 К/с, изготовляют сплав, дополнительно содержащий по крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей титан и цирконий, и по крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей медь и никель, при следующем соотношении компонентов, ат.%:

(Zr 1-x Ti x) a (Cu 1-y Ni y) b Be c ,

Где x и y - атомные доли;

A, b и c - атомные проценты,

При этом значение y лежит в интервале от 0 до 1 и где значение x лежит в интервале от 0 до 1; значение a лежит в интервале от 30 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 33. Способ по п. 32, отличающийся тем, что если значение b лежит в интервале от 10 до 49, то 3c не превышает (100-b). 34. Способ по п. 32 или 33, отличающийся тем, что если значение x лежит в интервале от 0 до 0,15, то значение a лежит в интервале от 30 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 6 до 47. 35. Способ по п. 32 или 33, отличающийся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,15 до 0,4, то значение a лежит в интервале от 30 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 36. Способ по п. 32 или 33, отличающийся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,4 до 0,6, то значение a лежит в интервале от 35 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 2 до 47. 37. Способ по п. 32 или 33, отличающийся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,6 до 0,8, то значение a лежит в интервале от 35 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение с лежит в интервале от 2 до 42. 38. Способ по п. 32 или 33, отличающийся тем, что если значение x лежит в интервале от 0,8 до 1, то значение a лежит в интервале от 35 до 75; значение b лежит в интервале от 5 до 62; значение c лежит в интервале от 2 до 30. 39. Способ по любому из пп. 32 - 38, отличающийся тем, что значение a лежит в интервале от 40 до 67; значение b лежит в интервале от 10 до 48; значение c лежит в интервале от 10 до 35. 40. Способ по любому из пп. 32 - 39, отличающийся тем, что фрагмент (Zr 1-x Ti x) дополнительно содержит металл, выбранный из группы, включающей, ат. %: гафний - до 25, ниобий - до 20, иттрий - до 15, хром - до 10, ванадий - до 2, молибден - до 5, тантал - до 5, вольфрам - до 5 и лантан, лантаниды, актиний и актиниды - до 5; фрагмент (Cu 1-y Ni y) дополнительно содержит металл, выбранный из группы, включающей, ат.%: железо - до 25, кобальт - до 25, марганец - до 15, металлы из групп VII-XI - до 5, а бериллиевый фрагмент дополнительно содержит металл, выбранный из группы, включающей, ат.%: алюминий - до 15 при значении c, равном не менее 6, кремний - не более 5 и бор - не более 5. Приоритет по пунктам.

Именно такой материал, для которого энергия образования сдвиговых полос будет много меньше энергии, необходимой для их превращения в трещины, и пытались создать авторы. Перепробовав множество вариантов, они остановились на сплаве палладия, фосфора, кремния и германия, позволявшем получить стеклянные стержни диаметром около 1 мм. При добавлении серебра диаметр удалось увеличить до 6 мм; размер образцов, заметим, ограничивается тем, что исходный расплав требует очень быстрого охлаждения.

«Смешивая пять элементов, мы добиваемся того, что материал при охлаждении «не знает», какую кристаллическую структуру принять, и выбирает аморфную», — поясняет один из участников исследования Роберт Ритчи. Эксперименты показали, что такое металлическое стекло действительно сочетает присущую стёклам твёрдость с характерным для металлов сопротивлением развитию трещин.

Нетрудно предсказать, что на практике новый материал, содержащий чрезвычайно дорогой палладий, будет использоваться редко — возможно, для изготовления зубных или каких-либо других медицинских имплантатов.

«К сожалению, мы пока не определили, почему наш сплав имеет столь привлекательные характеристики, — говорит ещё один участник работ Мариос Деметриу. — Если нам это удастся, можно будет попробовать создать удешевлённый вариант стекла на основе меди, железа или алюминия».

Металлические стекла, или аморфные металлы, это новые технологические сплавы, структура которых не кристаллическая, а скорее, неорганизованная, атомы в которой занимают до некоторой степени случайное расположение. В этом смысле металлические стекла похожи на такие оксидные стекла, как известково-натриевые стекла, используемые для окон и бутылок.

С определенной точки зрения аморфная структура металлических стекол обусловливает два важных свойства. Во-первых, как и другие виды стекол, они претерпевают переход стекла в переохлажденное жидкое состояние при нагревании. В этом состоянии растекаемость стекла может регулироваться по многим параметрам, создавая тем самым большое число возможных форм, придаваемых стеклу. Например, компания Liquidmetal Technologies изготовила короткую клюшку для гольфа.

Во-вторых, аморфная атомная структура означает, что металлическое стекло не имеет дефектов кристаллической решётки, так называемые дислокации, которые влияют на многие прочностные свойства большинства обычных сплавов. Наиболее очевидным следствием этого является большая твердость металлических стекол, чем у их кристаллических аналогов. К тому же металлические стекла менее жесткие, чем кристаллические сплавы. Сочетание высокой твердости и низкой жесткости придают металлическим стеклам высокую упругость - способность аккумулировать энергию упругой деформации и высвобождать ее.

Еще одно следствие аморфной структуры в том, что в отличие от кристаллических сплавов, металлические стекла ослаблены из-за деформации. «Деформационное разуплотнение» вызывает концентрацию деформации в очень узких полосах скольжения, просвечивающей электронной микроскопии.

Металлическое стекло или прозрачный металл?

В Калифорнийском технологическом институте разработан новый метод изготовления чрезвычайно перспективных конструкционных материалов - объемных металлических стекол. Они представляют из себя сплавы нескольких металлов, не имеющие кристаллической структуры. В этом они похожи на обычное стекло - отсюда и название. Металлическое стекло возникает при очень быстром охлаждении расплавов, из-за которого те просто не успевают кристаллизоваться и сохраняют аморфную структуру. Сначала таким способом научились получать тонкие ленты металлических стекол, которые легче заставить быстро терять температуру. Объемные металлические стекла изготовлять куда труднее.

Металлические стекла обладают множеством достоинств. Кристаллические решетки обычных металлов и сплавов всегда содержат те или иные структурные дефекты, которые снижают их механические качества. В металлических стеклах таких дефектов нет и не может быть, поэтому они отличаются особой твердостью. Некоторые металлические стекла к тому же сопротивляются коррозии даже лучше нержавеющей стали. Поэтому специалисты полагают, что эти материалы ожидает блестящее будущее.

До сих пор объемные металлические стекла имели один крупный недостаток - низкую пластичность. Они хорошо выдерживают изгибы и сжатия, но ломаются при растяжении. Теперь Даглас Хоффман и его коллеги изобрели технологию изготовления объемных металлических стекол на основе сплавов титана, циркония, ниобия, меди и бериллия, которая приводит к рождению материалов, не уступающих по прочности лучшим титановым и стальным сплавам.

Разработчики полагают, что сначала они найдут применение в авиакосмической индустрии, а потом, когда удастся снизить их себестоимость, и в других отраслях.

Металлическое стекло как победить хрупкость

Под сканирующим электронным микроскопом хорошо видна ступенчатая структура полосы сдвига.

По краям трещин формируются аналогичные полосы сдвига, что приводит к разрушению вершины трещины и препятствует её дальнейшему росту.

Благодаря своей аморфной структуре металлические стекла могут быть прочными, как сталь, и пластичными, как полимерные материалы, они способны проводить электрический ток и обладают высокой коррозионной стойкостью. Такие материалы могли бы получить широкое распространение при изготовлении медицинских имплантатов и разнообразных электронных устройств, если бы не одно неприятное свойство: хрупкость. Металлические стекла, как правило, являются ломкими и неравномерно сопротивляются усталостным нагрузкам, что ставит под вопрос их надежность. Использование многокомпонентных аморфных металлов решает эту проблему, однако для монолитных металлических стекол она до сих пор актуальна.

В рамках нового исследования. проведенного совместно учеными из Лаборатории Беркли и Калифорнийского технологического института, был найден способ повысить усталостную прочность объемных металлических стекол. Объемное металлическое стекло на основе палладия, подвергнутое усталостным нагрузкам, проявило себя ничуть не хуже, чем лучшие из композитных металлических стекол. Его усталостная прочность сравнима с этим показателем для широко используемых поликристаллических конструкционных металлов и сплавов, таких как сталь, алюминий и титан.

Под нагрузкой на поверхности палладиевого металлического стекла образуется полоса сдвига локальная область значительной деформации, которая принимает ступенчатую форму. При этом по краям трещин, разделяющих ступени, возникают такие же полосы сдвига, что притупляет вершины трещин и препятствует их дальнейшему распространению.

Палладий характеризуется высоким соотношением модулей объемного сжатия и сдвига. что скрадывает присущую стеклообразным материалам хрупкость, поскольку образование многоуровневых полос сдвига, препятствующих дальнейшему росту трещин, оказывается энергетически более выгодным, чем формирование крупных трещин, приводящих к быстрому разрушению образца. Вкупе с высоким пределом выносливости материала эти механизмы значительно повышают усталостную прочность объемного металлического стекла на основе палладия.

Некристаллический металл или сплав, обычно получаемый переохлаждением расплавленного сплава посредством осаждения из газовой фазы или жидкой фазы или внешними методами воздействия.

Источники: www.nanonewsnet.ru, tran.su, www.razgovorium.ru, www.popmech.ru, enc-dic.com

Невская битва 1240 — Невская битва 1240, сражение русских и шведских войск на берегу р. Нева 15 июля 1240. Целью...

Харибда

В древнегреческой мифологии Сцилла и Харибда были морскими чудовищами. Согласно «Одиссее» Гомера, Сцилла и Харибда...

Причины начала Первой мировой войны

В мировой истории существует много различных событий, которые меняли суть самой истории. В каждый исторический период происходило...

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

металлический сплав стекло

Введение

1. Металлические стёкла

2. Состав, структура, свойства

3. Механические свойства металлических стекол

4. Область применения

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Прочность и пластичность являются актуальными направлениями исследований механики разрушения. Данные области механики деформируемого твердого тела интенсивно развиваются в большой мере в связи с всё возрастающими запросами промышленности, из-за чего роль новых материалов и технологий с каждым годом возрастает. Их разработка, получение и изучение свойств является объективной необходимостью развития человеческого общества.

Открытие электропластического эффекта на металлах привело к более глубокому пониманию механизма пластической деформации. Появилась возможность управлять механическими свойствами металлических материалов.

В экспериментах с импульсным током было обнаружено увеличение пластичности и уменьшение хрупкости металла. Электрический ток вызывает также увеличение скорости релаксации напряжений в металле и оказывается удобным технологическим фактором для снятия внутренних напряжений. Электропластический эффект линейно зависит от плотности тока, наиболее выражен при импульсном токе, а при переменном токе отсутствует.

Целесообразность расширения использования электропластического эффекта стала очевидной, так как его применение снижает энергетические затраты, а значит и экономические. В частности, в промышленности различные материалы широко используются в электрических полях, вследствие чего их механические характеристики меняются.

Физические свойства металлических стекол (высокая прочность в сочетании с пластичностью, высокая твердость, коррозионная стойкость, стойкость к истиранию и удельное электросопротивление и др.) определяются не только химическим составом, но и структурным состоянием этих материалов.

Массовое использование аморфных металлических сплавов, работающих в электрических полях, ставит задачи по изучению их механических свойств в условиях действия импульсного электрического тока.

1. Металлические стёкла

Стекловидные металлы, метглассы, металлич. Сплавы в стеклообразном состоянии, образующиеся при сверхбыстром охлаждении металлического расплава (скорость охлаждения 106 К/с). Быстрый теплоотвод достигается, если, по крайней мере, один из размеров изготовляемого образца достаточно мал (фольга, лента, проволока). Расплющиванием капли расплава между охлаждаемыми наковальнями получают фольгушириной 15 -- 25 мм и толщиной 40--70 мкм, а охлаждением на вращающемся барабане (диске) или прокаткой струи между двумя валками -- ленту шириной 3--6 мм и толщиной 40--100 мкм. Выдавливанием расплава в охлаждённую жидкость могут быть изготовлены в виде проволоки.

Изучение металлических стёкл позволяет исследовать природу металлических, магнитных и другие свойства твёрдых тел.

Высокая прочность (приближается к теоретическому пределу для кристаллов) в сочетании с большой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью делает металлические стёкла перспективными упрочняющими элементами для материалов и изделий.

Некоторые металлические стёкла например Fe80B20 --ферромагнетики с очень низкой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью, что обусловливает их применение в качестве магнитно-мягких материалов. Другой важный класс аморфных магнитных материалов -- сплавы редких земель с переходными металлами. Перспективно использование электрических и акустических свойств металлических стёкл (высокое и слабо зависящее от температуры, электричества, сопротивления, слабое поглащение вука).

В 90х объемные металлические стекла (ОМС) с размером > 1 мм в каждом из 3х пространственных измерений (Рис. 1) удалось получить на базе широко распространенных металлов: магния, титана, меди, железа и т.д. в двойных, тройных, четверных и многокомпонентных сплавах.

Рис. 1. Образцы отливок объемные металлические стекла (оптическое изображение)

Статистический анализ имеющейся информации по ОМС показал рост их стеклообразующей способности от двойных к тройным и четверным сплавам.

2. Состав, структура, свойства

Состав металлических стёкл равен 80% переходных (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr и др.) или благородных металлов и около 20% поливалентных неметаллов (В, С, N, Si, P, Ge и др.), играющих роль стекло-образующих элементов. Примеры-- бинарные сплавы Au81Si19, Pd81Si19 и Fe80B20) и псевдобинарные сплавы, состоящие из 3--5 и более компонентов. Металлические стёкла -- метастабильные системы, которые кристаллизуются при нагревании до температуры, равной Ѕ температуры плавления.

Aтомная структура стёкол демонстрирующая отсутствие дальнего порядка в расположении атомов (Рис. 2) определяют их свойства, в частности механические. По величине прочности и удельной прочности они значительно превосходят соответствующие кристаллические сплавы из-за невозможности использования механизмов аккомодационной деформации дислокационного или двойникового типа. Условный предел текучести объемных металлических стёкл достигает ~2 GPa для объемных металлических стёкл на основе Cu, Ti и Zr, ~3 GPa на основе Ni, ~4 GPa на основе Fe, ~5 GPa на основе Fe и Co, а также 6 GРa для кобальтовых сплавов. Структура металлического стекла также обеспечивает упругую деформацию до 2 %, что в сочетании с высоким пределом текучести обуславливает большие значения запасенной энергии упругой деформации (показатели уy2/E и уy2/сЕ, где уy, с и Е - предел текучести, плотность и модуль Юнга, соответственно). Следует отметить, что недавние исследования указывают наличие атомных кластеров в объемных металлических стёкл.

Рис. 2. Изображение просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и картины дифракции от выбранной области субмикроскопического размера (SAED) и наноразмера (NBD). Заметно отсутствие дальнего порядка в расположении атомов. Размер областей рассеяния показан кругами условно. (В России изучением структуры занимаются, в частности, А.С. Аронин и Г.Е. Абросимова)

Объемные металлические стекла обладают не только высокой прочностью, твердостью, износостойкостью и большими значениями упругой деформации до начала пластической деформации, но и высоким сопротивлением коррозии, включая самопроизвольную пассивацию в некоторых растворах. Высокая твердость, износостойкость, качество поверхности объемных металлических стёкл, а также текучесть при нагреве определяет их применение в микромашинах в качестве механизмов передач (шестеренок), компонентов высокоточных механических систем. Объёмные металлические стекла на основе железа и кобальта с намагниченностью насыщения до 1.5 T имеют рекордно низкие значения коэрцитивной силы менее 1 А/м и активно используются как магнитомягкие материалы. Следует отметить, что в России металлическими стеклами на основе железа и кобальта занимались такие ученые как А.М. Глезер, С.Д. Калошкин и многие другие. Явление стеклования, наблюдаемое при переходе из жидкости в стекло и расстекловывания при нагреве, является одной из самых важных не до конца решенных проблем физики твердого тела. А именно, являются ли аморфная и жидкая фазы одной и той же фазой, только наблюдаемой при разных температурах, или же имеет место фазовый переход из жидкого состояния в аморфное и обратно, и если это так, то какого рода этот фазовый переход? Некоторые успехи достигнуты с использованием компьютерного моделирования, но полной ясности еще нет.

Пластическое течение в металлических стеклах осуществляется в виде сильно локализованных сдвиговых деформационных полос. В случае, когда механические условия таковы, что удается избежать катастрофической нестабильности процесса, имеются множественные полосы сдвига при одноосном сжатии, изгибе, прокатке и протяжке, а также при локализованном индентировании.

Деформации в отдельных полосах исключительно велики. При исследовании поверхностных реплик с подвергшихся резкому изгибу лент Pd80Si20 с помощью трансмиссионной электронной микроскопии Масумото и Маддин наблюдали полосы сдвига шириной ~ 200 Е. С помощью интерференционной микроскопии на поверхности были обнаружены связанные с ними ступеньки высотой до 2000 ?, что свидетельствует о сдвиговых деформациях в полосе. Такие полосы появляются задолго до разрушения, следовательно, сдвиговая деформация разрушения материала превышает значение 200 Е. Способность выдерживать большие деформации связана с отсутствием жесткой пространственной направленности связей структуры или с тем, что аморфная матрица относительно свободна от таких макроскопических дефектов, как поры, оксидные включения, отдельные кристаллики и т.д. Первое объясняет пластичность металлических стекол по сравнению с другими неорганическими стеклами типа диоксида кремния, имеющими ковалентные связи; второе объясняет наличие более локализованной пластичности металлических стекол в сравнении с пластичностью при изгибе стальных листов.

Сильная локализованная сдвиговая деформация уже сама по себе свидетельствует об отсутствии деформационного упрочнения в металлических стеклах. Дополнительное подтверждение этому дают испытания на сжатие, выполненные Пампилло и Ченом на аморфном сплаве Pd77,5Cu6Si16,5. Стекло этого состава аморфизуется, что позволяет получать стержни большого диаметра (~ 2 мм), удобные для проведения испытаний на сжатие. Образцы подвергались сжатию до появления полос деформации. После этого они подверглись полировке для удаления образованных полосами ступенек на их поверхности и впоследствии были снова нагружены.

Оказалось, что полосы, возникшие после первого нагружения, проявились снова, хотя концентраторов напряжений, связанных со ступеньками скольжения на поверхности, не было. Этого не было бы при наличии деформационного упрочнения полос. Форма кривых «напряжение - деформация» свидетельствует об отсутствии деформационного упрочнения: напряжение, необходимое для пластического течения, сохраняется приблизительно постоянным.

3. Механические свойства металлических стекол

Вследствие отсутствия деформационного упрочнения деформация стекол в режиме одноосного растяжения механически нестабильна, пластическое течение перерастает в разрушение. Для проволок растяжение создает катастрофическую сдвиговую неустойчивость. В случае лент, чтобы исключить надрыв, проявлению подобной неустойчивости предшествует образование шейки. При этом шейку трудно обнаружить, хотя ориентировка сдвига ясно указывает на ее существование, а при более высоких температурах образуется более развитая шейка и легко наблюдаемая.

Для лент металлических стекол с постоянным поперечным сечением при растяжении типично разрушение путем распространения надрыва, характерное для тонких полос высокопрочных материалов. Разрушение начинается обычно в захватах вследствие существующих там концентраций напряжений. Надрыв распространяется аналогично винтовой дислокации в плоскости, ориентированной под углом ~ 45° по отношению к оси растяжения и нормали к поверхности ленты. В пластической зоне, примыкающей к трещине, осуществляется локализованная сдвиговая деформации, и по деформированному материалу происходит сдвиговый разрыв.

В радиально симметричном образце тенденция к надрыву устранена, и разрушение происходит одновременно со сдвиговой нестабильностью. По всему поперечному сечению образца под углом 45° к оси растяжения развивается исключительно сильная полоса сдвига, по которой и происходит сдвиговой разрыв.

На поверхности разрушения стекол обычно наблюдается небольшая гладкая область, соответствующая начальному сдвигу. Остальная часть поверхности отмечена "венообразным узором", который впервые наблюдал и описал Лими. Используя стереосканирующую электронную микроскопию, Лими с сотрудниками установили, что вены представляют собой выступы на плоском фоне. В материале зарождаются и распространяются по полосе сдвига сдвиговые дискообразные трещины. Там, где они встречаются, материал разрушается путем образования внутренних шеек, в результате чего появляются плавно закругляющиеся "вены". Образование сдвиговых дискообразных трещин происходит с участием дилатации (расширения или сжатия) образца. Это подтверждается тем фактом, что при растяжении аморфной проволоки в условиях наложенного гидростатического давления трещина возникает предпочтительно на наружной периферии зоны сдвига. В этом случае на поверхности разрушения преобладает семейство тесно расположенных, приблизительно параллельных вен, ориентированных перпендикулярно направлению сдвига. Короткие сегменты трещин распространяются как винтовые компоненты дислокационной петли, оставляя позади себя вены, которые являются аналогами диполей краевых дислокаций.

Окончательное разрушение проволоки, испытываемой на усталость, происходит всегда одновременно с общим течением по оставшейся части сечения, по которой еще не распространилась усталостная трещина. Разрушение ленты с базой происходит таким же образом, если прикладываемое растягивающее напряжение составляет приблизительно 99% от напряжения течения. В случае меньших уровней напряжений разрушение происходит под углом 45°. В последнем случае в центральной части сечения непосредственно перед усталостной трещиной имеет место трехосное напряженное состояние. Поверхность катастрофического разрушения ориентирована под углом 90° к оси растяжения. Макроскопически такое разрушение носит хрупкий характер. При этом усталостная трещина распространяется от места своего зарождения по площади, представляющей собой полуокружность. После этого происходит быстрое разрушение. Для поверхности разрушения, ориентированной под углом 90° к оси растяжения, характерен классический V-образный "шевронный" узор, линии которого ориентированы к месту образования трещины. При более подробном рассмотрении поверхности разрушения шевроны имеют пилообразную форму с поверхностями, расположенными наклонно по отношению к оси растяжения. Детальное изучение этих поверхностей показало, что они покрыты тонкой сеткой равноосного "венообразного" узора. Это свидетельствует о том, что даже при макроскопических условиях плоской деформации локальное разрушение происходит сдвиговым путем.

4. Область применения

Интерес к металлическим стеклам был инициирован, прежде всего, возможностями их применения в технике, основанными на необычных свойствах этих материалов.

Механические свойства металлических стёкол позволяют применять их в качестве упрочняющих нитей в композитных материалах, используемых в строительстве, аэронавтике и спорте, а также для армирования бетона и подобных материалов. Прочные ленты могут быть использованы в качестве намотки для упрочнения сосудов высокого давления или для построения больших маховых колес, используемых для аккумулирования энергии. Высокая твердость и отсутствие границ зерен позволяют получать отличные режущие кромки, в частности бритвенных лезвий. Могут найти применение некоторые виды пружин, изготовленных из металлических стекол.

Магнитные свойства, металлических стекол открывают возможность их применения в качестве материалов для сердечников индуктивных составляющих электронных схем, в силовых трансформаторах, где они могут заменить обычные сплавы Fe-Si с ориентированными зернами, а также в двигателях, в качестве магнито - мягких материалов для магнитного экранирования, в качестве записывающих магнитных головок, датчиков, возбудителей механических фильтров и линий задержки.

Благодаря своим электрическим свойствам металлические стекла могут применяться, например, в качестве термометров сопротивления и нагревателей при низких температурах и прецизионных резисторов с нулевым температурным коэффициентом сопротивления. Сверхпроводящие ленты из металлического стекла нечувствительны к радиационным повреждениям и, следовательно, могут оказаться предпочтительными для применений в технике термоядерного синтеза.

Хорошее сопротивление коррозии делает их очень ценными для химии, хирургии, биомедицины. Однако для таких применений в общем случае металлические стекла должны иметь не лентообразную, а какую-то другую форму.

Возможны также другие применения металлических стекол, например, в качестве фольги для пайки твердым припоем, эмиссионных катодов, плавких предохранителей и аккумуляторов водорода.

Заключение

Первоначально металлические стекла были предметом лишь научного интереса, как новое, необычное состояние твердого тела, однако сейчас они интенсивно используются в промышленности.

Появление металлических стекол (сплавов с низкой критической скоростью охлаждения, позволяющей получать в аморфном состоянии слитки весом до 1 кг и более) создало перспективу их применения и в качестве конструкционных материалов. У металлических стекол есть и недостатки. Они имеют довольно малую пластичность, а также теряют прочность при повышении скорости нагрузки. Однако все же аморфные сплавы можно считать пластичными стеклами: их можно подвергать вырубке и резке на полосы в штампах, на проволоку, их можно сплести и согнуть. Их них можно изготовить плетеные сетки, которые удачно заменят арматуру в железобетонных плитах, канаты, прочные волокнистые композиты и самые разные изделия, что позволит сэкономить огромное количество металла.

Список используемой литературы

1. Гилман Д.Д., Лими Х.Д. Металлические стекла. М.: Металлургия. 1984. 264с.

2. Бобров О. Л. , Лаптев С.Н. , Хоник В.А. Релаксация напряжений в массивном металлическом стекле Zr52.5Ti5CU17.9Ni14.6 AII0 // ФТТ. 2004. Т. 46. Вып. 6. С. 457 - 460.

3. Кожушка А.А., Синани А.Б. Скорость нагружения и хрупкость твердых тел. // ФТТ. 2005. Т. 47. Вып. 5. С. 812 - 815.

4. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Колдаева М.В., Петржик Е.А. Магнитопластический эффект: основные свойства и физические механизмы // Кристаллография. 2003. Т. 48. Вып. 2. С. 826-854.

5. Моргунов Р.Б., Баскаков А.А., Трофимов И.Н., Якунин Д.В. Роль термоактивируемых процессов в формировании магниточувствительных комплексов точечных дефектов в монокристаллах NaCl: Eu // ФТТ. 2003. Т. 45. Вып. 2. С. 257-258.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Классификация, маркировка, состав, структура, свойства и применение алюминия, меди и их сплавов. Диаграммы состояния конструкционных материалов. Физико-механические свойства и применение пластических масс, сравнение металлических и полимерных материалов.

учебное пособие , добавлен 13.11.2013


Достоинства и недостатки металлических конструкций. Классификация нагрузок и воздействий. Области применения и номенклатура металлических конструкций. Физико-механические свойства стали. Расчет металлических конструкций гражданских и промышленных зданий.

презентация , добавлен 23.02.2015


Краткий обзор и характеристики твердых материалов. Группы металлических и неметаллических твердых материалов. Сущность, формирования строения и механические свойства твердых сплавов. Производство и применение непокрытых и покрытых твердых сплавов.

реферат , добавлен 19.07.2010


Изучение методики построения диаграмм состояния металлических сплавов. Исследование физических процессов и превращений, протекающих при кристаллизации сплавов. Виды термической обработки. Анализ влияния температуры на растворимость химических компонентов.

контрольная работа , добавлен 21.11.2013


Улучшение эксплуатационных и технологических свойств металлического материала благодаря сплаву металлов. Фазы металлических сплавов. Диаграммы фазового равновесия. Состояние сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.

реферат , добавлен 31.07.2009


Понятие о металлических сплавах. Виды двойных сплавов. Продукты, образующиеся при взаимодействии компонентов сплава в условиях термодинамического равновесия. Диаграммы состояния двойных сплавов, характер изменения свойств в зависимости от их состава.

контрольная работа , добавлен 08.12.2013


Аустенитные и азотосодержащие коррозионно-стойкие стали: способы получения, технология производства, выплавка, термомеханическая обработка, основные свойства. Метод электрошлакового переплава металлических электродов в водоохлаждаемый кристаллизатор.

дипломная работа , добавлен 19.06.2011


Основные сорта стекол, применяемые при машинном изготовлении стеклянных трубок. Возможные соединения керамических материалов с соответствующими сортами стекла. Обработка поверхности стекол. Его сверление и резание. Травление стекла и плавленого кварца.

реферат , добавлен 28.09.2009


Материалы для получения искусственной стекольной массы. Технология варки стекла. Физические, механические, термические и электрические свойства. Газопроницаемость и обезгаживание стекол. Химическая стойкость. Исходные материалы для стеклодувных работ.

курсовая работа , добавлен 11.07.2009


Производство металлических пен из расплавов металлов. Свойства пеноалюминия и пеноникеля. Применение металлических пен в машиностроении, космических технологиях, строительстве и медицине. Их использование для уменьшения концентрации нежелательных ионов.

В самом начале этого реферата мы выяснили, что при обычных условиях затвердевания жидкого металла его атомы образуют кристаллическую решетку того или иного типа. Строгую периодичность системы ионов называют “дальним порядком”. Например, при многократном повторении в пространстве той комбинации ионов воспроизводится объемно-центрированная кубическая решетка. При наличии дальнего порядка мы можем точно указать координаты любого иона, если знаем его порядковый номер по отношению к произвольно выбранному исходному иону. Все позиции ионов, все межатомные расстояния четко определены.

Возвращаясь к системе атомов, мы назовем такую ситуацию “ближним порядком”. Можно довольно точно указать координаты и количество атомов, окружающих данный атом, но более далеких прогнозов делать уже нельзя. Но в природе существует и другая категория веществ, которые называются аморфными. При охлаждении, когда энергия тепловых колебаний атомов становится столь низкой, что они уже не могут свободно путешествовать, эти вещества сохраняют структуру жидкости. Здесь может идти речь только о ближнем порядке в расположении атомов. Движение “толпы” как бы постепенно затихает, люди все менее энергично толкают друг друга и, наконец, застывают на своих случайных местах, слегка покачиваясь из стороны в сторону.

Обычное стекло, смола, парафин, асфальт - это примеры природно аморфных материалов, не имеющих правильного кристаллического строения. Такие материалы при нагревании и охлаждении лишь изменяют свою вязкость, но никаких принципиальных изменений во взаимном расположении составляющих их атомов не происходит.

У кристаллических тел подобные изменения свойств при нагреве происходят гораздо более резко, а само плавление - у чистых металлов - идет при строго определенной температуре, так что температура плавления металла является одной из его фундаментальных физических характеристик (констант). Если не меняется внешнее давление и металл хорошо очищен от примесей, то по появлению первой капли при нагреве можно определить температуру с точностью до десятых долей градуса.

Возникает вопрос: нельзя ли и в металлическом сплаве “заморозить” ту атомную структуру которая характерна для жидкости, нельзя ли лишить металл дальнего порядка в твердом состоянии. Ведь тогда можно ожидать значительного изменения всех тех его свойств, которые определяются правильным строением кристаллов.

В принципе способ, с помощью которого можно решить такую задачу, ясен - надо пытаться резко увеличить скорость охлаждения жидкого металла, чтобы быстро спуститься в ту область температур, где атомы уже не могут менять своих соседей. Расчеты и эксперименты показали, что подавить процесс кристаллизации действительно удается, но для этого нужны скорости охлаждения порядка миллионов градусов в секунду. Один из разработанных способов заключается в разбрызгивании мелких капель жидкого металла на хорошо отполированную поверхность быстро вращающегося холодного медного диска. Капля на поверхности диска размазывается очень тонким слоем (несколько микрометров), а хорошая теплопроводность меди обеспечивает высокую скорость теплоотвода.

В настоящее время уже налажен промышленный выпуск десятков сплавов в аморфном состоянии. Оказалось, что легче всего аморфизуются сплавы переходных и благородных металлов с металлоидами (неметаллами, углеродом, бором, фосфором и др.), причем есть сплавы, в которых удается подавить кристаллизацию при скорости охлаждения порядка тысяч и даже сотен градусов в секунду.

Какие же свойства аморфных сплавов особо ценны для техники? Как и ожидалось, аморфные металлы во многих отношениях отличаются от своих кристаллических собратьев. Хотя модули упругости при аморфизации снижаются в среднем на 30 (силы межатомной связи уменьшаются), но прочность и твердость резко возрастают. Отсутствие дислокации приводит к тому, что металлические стекла по прочности превосходят самые лучшие легированные стали. Высокая твердость определяет их великолепную износостойкость. Правда, пластичность аморфных сплавов низкая, что даже можно было ожидать, так как “носителями” пластичности являются дислокации. Все же металлические стекла не так хрупки - как обычное стекло. Их можно, например, прокатывать при комнатной температуре.

Другое важнейшее преимущество аморфных металлических сплавов - их исключительно высокая коррозионная стойкость. Во многих весьма агрессивных средах (морской воде, кислотах) металлические стекла вообще не корродируют. Например, скорость коррозии аморфного сплава, содержащего железо, никель и хром, в растворе соляной кислоты практически равны нулю. Для сравнения можно сказать, что скорость коррозии “классического” коррозионностойкого сплава железа с никелем и хромом (знаменитая нержавеющая сталь, которую так и называют - “нержавейка”) в той же среде превышает 10мм/год. Основная причина такой высокой коррозионной стойкости аморфных сплавов, по-видимому, состоит в том, что, не имея кристаллической решетки, они лишены и характерных “дефектов” кристаллов - дислокации и, главное, границ между зернами. Высокая плотность упаковки атомов в кристалле вблизи этих “дефектов” уменьшается столь резко, что вдоль них легко проникают в металл “вражеские агенты”. Важно, что бездефектная структура аморфного сплава передается той тонкой окисной пленке, которая образуется на его поверхности на начальных стадиях коррозионного процесса и в дальнейшем защищает металл от прямого контакта с “агрессором”.

Весьма интересным показалось и сочетание некоторых физических свойств аморфных сплавов, в частности, магнитных и электрических. Выяснилось, что сплавы на основе ферромагнитных металлов (железа, никеля) в аморфном состоянии так же ферромагнитны.

Если вернуться сердечникам трансформаторов то будет видно, что замена обычной трансформаторной стали аморфным сплавом даст огромную экономию энергии. В США подсчитано, что потери на вихревые токи уменьшается при этом в 4 раза. Необычное сочетание магнитных и электрических свойств металлических стекол позволяет с большим эффектом использовать их и для других преобразователей тока, датчиков, сердечников и разного рода реле.

Количество компонентов в сплавах возрастает вместе с требованиями. Уже не редкость сплавы с десятком и более компонентов. Их составление - большое искусство, так как компоненты должны работать в гармонии и согласии. Недаром создателей новых сплавов металлурги называют композиторами.

Изготовить такие композиции в промышленности часто труднее, чем составить. У компонентов разные температуры плавления, химические свойства, плотность. Если при плавке еще удается управлять множеством процессов, используя вакуум или защитные атмосферы, флюсы, разделяя плавку на этапы, то при кристаллизации влиять на ход событий можно только режимом охлаждения. Здесь-то компоненты и проявляют свой характер. Одни упрямо не хотят растворяться в общей массе сплава и выделяются прослойками, другие жадно поглощают все загрязнения и примеси, образуя стойкие и вредные соединения, третьи кристаллизуются в слишком крупные или слишком мелкие зерна, нарушая структурную однородность сплава. И чем больше компонентов, тем больше подобных проблем.

Чтобы избавиться от трудностей, связанных с кристаллизацией, можно изготовить металл из смеси компонентов в виде частиц, гранул или волокон, спрессовав и сварив их в сплошную массу. Так возникла технология композитных металлов, а затем порошковая металлургия. Это была первая попытка начать революцию в металлургии, но она удалась лишь частично.

Порошковая металлургия и композиты занимают хотя и важную, но довольно ограниченную область в выпуске металлических изделий. Это, прежде всего производство твердых сплавов для инструмента, затем изготовление изделий из тугоплавких металлов - вольфрама, молибдена и других, плавление которых сопряжено с техническими трудностями, наконец, получение деталей с особой структурой - пористых, волокнистых, чешуйчатых.

Порошковая технология ограничена, прежде всего, стоимостью продукции, которая пока раз в десять выше, чем продукция, полученная традиционными металлургическими приемами. Кроме того, хотя при спекании происходит диффузия компонентов и протекают некоторые химические реакции, композиты все же обладают свойствами смеси, а не сплава.

Вторая попытка состоялась сравнительно недавно, когда новая наука - физика металлов - обнаружила, что теоретическая прочность металла на полтора-два порядка выше реальной. Оказалось, что низкая прочность металла объясняется дефектами кристаллической решетки. Количество дефектов в металле может быть соизмеримо с числом атомов, поэтому в расчетах используют плотность, или концентрацию дефектов в единице объема. Если эта величина близка к нулю, что соответствует идеальному кристаллу, то прочность такого кристалла близка к теоретической. С повышением концентрации дефектов прочность сначала стремительно снижается, а затем начинает снова возрастать, но значительно медленнее. Минимум обычно соответствует реальной прочности чистого металла. Примеси, легирующие добавки, деформация увеличивают концентрацию дефектов и повышают прочность материала.

Была поставлена задача получить бездефектные и достаточно крупные металлические монокристаллы. Однако она не решена до сих пор. Правда, удалось вырастить тонкие, в несколько десятков микрон, и длиной до полутора сантиметров почти бездефектные кристаллы некоторых металлов. Их прочность действительно оказалась во много раз выше обычной. Из таких “усов” были даже изготовлены высокопрочные композиты. Но дальше лабораторий дело пока не пошло: скорость роста “усов” оказалась слишком низкой, а потому цена - слишком высокой.

Третья попытка совершить революцию в металлургии делается сегодня.

Четверть века назад эксперименты по быстрому охлаждению металлических расплавов которые проводились с целью получения субмикроскопической структуры металла, обнаружили, что в некоторых случаях кристаллическая решетка в металле вообще отсутствует, а расположение атомов характерно для бессструктурного, аморфного тела. Это не было неожиданностью: твердые аморфные тела - стекла получают путем переохлаждения жидкого расплава. Правда, для образования обычных стекол достаточно очень небольшой скорости охлаждения. Для металлов же, чтобы опеределить кристаллизацию, необходимы громадные скорости охлаждения - миллионы градусов в секунду. Такая скорость была достигнута, когда порции расплавленного металла выстреливали в воду, - получались частицы с аморфной, стеклообразной структурой.

Неожиданным оказалось другое: у аморфного металла совсем другие, не сходные свойства с металлом кристаллическим. Нет, металл остается металлом, со всеми характерными для него свойствами - блеском, электропроводностью и т.д. Но он становится в несколько раз прочнее, повышается стойкость к коррозии, меняются электоромагнитные характеристики и даже одна из самых устойчивых констант - модуль упругости. Но главное достоинство нового материала заключается в том, что в нем прекрасно соединяются, уживаются все необходимые компоненты. При сверхбыстром охлаждении сплав затвердевает, прежде чем компоненты- антагонисты успевают проявить свой антагонизм.

Аморфные сплавы получили название металлических стекол. Интерес к ним стремительно возрастает. Сейчас ставится задача не только получать сплавы с новыми свойствами, но и создавать их промышленную технологию. А здесь еще очень много нерешенных проблем. Первым из полученных металлических. стекол был сплав Аu--Si. Затем удалось получить в аморфном состоянии не только сплавы, но и, некоторые чистые металлы -- от Gе, Те и Вi до ярко выраженных А1, V, Сг, Fе, Ni и других. Для этого потребовались фантастические скорости охлаждения - до 10 10 К/с. Однако аморфное состояние металла оставалось не устойчивым - при нагреве начиналась кристаллизация. Необходимо было найти сплавы с разумными скоростями охлаждения и температурой, с устойчивой аморфной структурой.

На основании этих теоретических представлений металлурги составляют сейчас аморфные сплавы, получая превосходные практические результаты. Уже есть металлические стекла, у которых критическая скорость всего лишь 100 - 200 К/с, а температура стеклования в несколько раз меньше температуры плавления основного компонента. Таковы, например двойной сплав Pd80Si20, с двадцатипроцентной добавкой кремния сплавы Ni80P20, Fe80B20, Au81Si19 и многие другие. Нетрудно заметить, что общее содержание металлоидов во всех этих сплавах около 20 %. Какие же свойства металлических стекол особенно ценны для современной техники?

Прежде всего, исследователей заинтересовали ферромагнитные свойства сплавов на основе железа, никеля и кобальта. Металлургия готовит для промышленности сотни тысяч тонн специальных электротехнических сталей и сплавов в виде тонкого листа. Из них 95 % составляют армкожелезо, динамные и трансформаторные стали. Из листа набираются сердечники электродвигателей и генераторов, трансформаторов и магнитопроводов. Материалы для сердечников электромашин называют магнитомягкими. Они должны обладать высокой магнитной проницаемостью, высокой индукцией насыщения, значительным удельным электросопротивлением. Это чрезвычайно важно для снижения потерь на гистерезис и вихревые токи, для повышения к.п.д. электрических машин.

Трансформаторные и другие электротехнические стали - это сплав железа с кремнием. Причем больше 4 % кремния добавлять нельзя, но и при этом металл получается хрупким, плохо прокатывается, легко теряет столь необходимые магнитомягкие свойства. В результате потери в сердечниках обычно достигают 0,3-1 %, падает к.п.д. Правда, есть еще и более магнитомягкие материалы. Это пермаллои - сплавы на основе железа и никеля, которые применяются в магнитофонных головках и других точных приборах. Однако они в десятки раз дороже стали и тоже легко теряют свои свойства при обработке или перегреве. А магнитомягкие свойства металлических стекол оказались на уровне пермаллоев лучших марок, притом эти свойства более стойки и стабильны.

Поскольку ожидаемая стоимость промышленных металлических стекол даже ниже, чем электротехнической стали, то применение нового материала сулит громадные выгоды. У нас в стране производится в год около 1275. млрд. квт-ч электроэнергии. На своем пути до потребителя электрический ток не менее четырех раз проходит через электротехнические устройства -- генераторы, трансформаторы, электродвигатели. И везде потери. Если сократить их вдвое только в сердечниках, это составит экономию 20 млрд. квт-ч. А некоторые марки металлических стекол сокращают потери не в 2, а в 3--4 раза. Так что интерес к новым материалам понятен и оправдан. К этому необходимо еще добавить, что из-за более низкой, чем у сталей, электропроводности для металлических стекол частично или полностью к отпадает необходимость в изоляции пластин в пакетах сердечников. А это означает уменьшение габаритов и повыше-ние к.п.д. электрических машин.

Не менее привлекательны механические свойства металлических стекол. Аморфный металл в среднем в 5--7 раз прочнее своего кристаллического аналога. Например, сплав Fе80В20 имеет прочность на разрыв 370 кгс/мм 2 - в десять раз прочнее железа, вдвое прочнее лучших легированных сталей.

К недостаткам металлических стекол, как и всех стекол вообще, следует отнести их малую пластичность, а также характерное снижение прочности при увеличении скорости нагружения. И все же есть основания считать аморфные сплавы пластичными стеклами: их можно вырубать и резать на полосы в штампах, на полосы и проволоку, можно гнуть и сплетать, поэтому не трудно представить плетенные сетки из аморфного металла вместо арматуры в железобетонных плитах, прочнейшие волокнистые композиты, канаты и многие другие изделия, где уникальная прочность металлических стекол позволит сэкономить тысячи тонн металла.