Общие положения о способах получения конденсированных систем, страница 18

Анализ дифракционных данных показывает, что атомная структура аморфного сплава весьма близко воспроизводит статическую структуру равновесной жидкости вблизи точки замерзания, с той лишь разницей, что в аморфном состоянии атомы колеблются относительно тех координат, которые оказались более сконденсированными и затем замороженными. Структура аморфного состояния вначале рассматривалась в рамках модели статистически расположенных плотноупакованных жестких сфер атомов двух или более различных размеров. Для сплавов, где растворенные атомы имеют достаточно высокую концентрацию и размеры их отличаются от размеров атомов основного компонента, эти конфигурации устойчивы против кристаллизации. Как и следовало ожидать, для модели статистически расположенных плотноупакованных жестких сфер имеется заметная степень топологического ближнего порядка, а также четкие доказательства композиционного ближнего порядка, т. е. нестатистической укладки атомов различного типа, характерного для жидкости и усиливающегося при переходе в аморфное состояние.

1 – аморфное состояние; 2, 4 – жидкость; 3, 5 – кристалл

Рисунок 19 – Температурная зависимость энтальпии Н и теплоемкости С_р в случае кристаллизации и аморфизации металлического расплава

Таким образом, сущность процесса аморфизации жидкости заключается в подавлении зарождения кристаллов при охлаждении, в предотвращении образования экспериментально обнаруживаемой части кристаллической фазы. Склонность к образованию аморфного сплава определяется кинетикой процесса зарождения или же кинетикой ранних стадий роста кристаллов.

Чем больше равновесная температура стеклования для данного сплава, тем меньше должна быть толщина закаливаемого сечения, тем меньше длина теплопереноса. Ведено понятие коэффициента теплопередачи, которое характеризует эффективность, с которой тепловой поток отводится перпендикулярно контактной поверхности в окружающую среду. Идеальные условия охлаждения не достигаются никогда, за исключением случая лазерной аморфизации.

Важным при разливке является время контакта t_c с теплоотводящей поверхностью. Если t_c очень мало, то материал не придет в аморфное состояние; t_c определяет структуру и свойства аморфного материала, которые зависят и от скорости аморфизации.

1.3.2 Исследование электронной микроструктуры аморфных сплавов

В сплавах металл-металлоид имеется определенная связь между атомами металла и металлоида. Влияние этой преимущественной связи определяется разностью электроотрицательностей металла и металлоида. Количественный расчет сил связи затруднителен, в связи с этим разработаны тонкие методы исследования электронной структуры. К ним относятся: фотоэлектронная спектроскопия, изохроматическая спектроскопия, спектроскопия мягкого рентгеновского излучения, ОЖ-микроскопия. Рассмотрим подробнее каждый из методов.

1.  В основе фотоэлектронной микроскопии лежит процесс выбивания связанных в атоме электронов с помощью фотонов определенной энергии. Используется ультрафиолетовое резонансное излучение HeI или HeII или рентгеновское излучение цветных металлов (Mg, Al, α-частицы). Исследования проводятся по интенсивности и ширине основных линий (на спектрограммах). Разность величин энергии падающего фотона и кинетической энергии вылетающего электрона, измеряют с помощью спектрометра, служит мерой связи электрона в атоме. Спектры представляют в виде графиков. Число электронов, испускаемых в единичном интервале энергии при данной величине Е_кин, связано с числом занятых электронных состояний в единичном интервале энергии, т. е. плотностью заполненных состояний.

2.  Предусматривается использование спектрометра мягкого рентгеновского излучения, пропускающего фотоны только одной энергии. Применяется источник моноэнергетических электронов. Величина энергии электронов колеблется возле величины hν₀. При достижении значения hν₀ электрон, занимающий вакантное состояние на уровне Ферми Е_f, испускает фотон с такой же энергией hν₀ и при изменении энергии электронного пучка мерой плотности незанятых состояний служит изменение интенсивности сигнала.