Аморфный металл

Аморфный металл

Аморфные металлы по-разному ведут себя в той или иной атмосфере.
 

Аморфные металлы в химическом отношении являются более активными, чем кристаллические. Однако, те аморфные сплавы, которые содержат хром и другие элементы, способствующие фор.
 

Аморфные металлы имеют высокое электросопротивление, но малый ТКС.
 

Аморфные металлы часто называют материалами будущего, фантастическими материалами, что вызвано уникальностью методов их получения и особыми свойствами, не встречающимися у кристаллических металлов. Вероятно, в будущем аморфные сплавы получат широкое развитие. Однако аморфные материалы не лишены недостатков. Один из них — это их невысокая термическая устойчивость, другой — недостаточная стабильность во времени что снижает их надежность.
 

Аморфный металл необычайно тверд и прочен.
 

Свойства аморфных металлов и сплавов могут сильно изменяться в зависимости от их химического состава. То обстоятельство, что, в отличии от стабильного кристаллического состояния, при получении аморфного состояния можно достаточно произвольно смешивать многие элементы, весьма существенно отражается на особенностях аморфных сплавов, сильно отличающихся по свойствам от своих кристаллических аналогов. В этом смысле крайне необходима разработка методов прогнозирования составов аморфных сплавов.
 

Строение аморфных металлов предложено представлять в биде структурной модели одноатомной жидкости Берналла, составленной из полиэдров, с 4; 8; 12; 14; 16 — ю гранями. Последние два, как известно, характерны лишь для аморфных тел.
 

Особенность аморфных металлов — высокие значения твердости и прочности, которые сильно зависят от химического состава. В сплавах с одинаковыми основными металлическими элементами прочностные свойства меняются в зависимости от типа и количества атомов металлоидов, облегчающих аморфизацию.
 

Намагничивание аморфных металлов происходит путем перемещения границ магнитных доменов и вращения вектора спонтанной намагниченности. В начале процесса намагничивания величина намагниченности растет пропорционально напряженности внешнего магнитного поля, однако с увеличением поля намагниченность асимптотически стремится к некоторому предельному значению, так что и для аморфных ферромагнетиков выполняется асимптотический закон приближения к насыщению.
 

В аморфных металлах встречается еще один тип магнитной неупорядоченности, проявляющийся в таких кристаллических материалах, как оксиды ( ферриты), а именно ферримагнетизм. Когда магнитный момент В больше магнитного момента А ( или наоборот), возникает спонтанный магнетизм, который определяется как ферримагнетизм. Магнитное упорядочение аморфных сплавов может быть и антиферромагнитным.
 

Аморфное состояние металлов

Аморфные состояния обеспечивают металлическому материалу свойства, существенно отличающиеся от свойств соответствующего материала с кристаллической структурой. Поэтому аморфный магнитомягкий материал характеризуется прямоугольной петлей 1-s-zis, высокой проницаемостью и очень низкой коэрцитивностью force. In в этом случае магнитные свойства материала не зависят от механических напряжений.

Удельное электрическое сопротивление аморфного металлического материала в 2-3 раза превышает удельное электрическое сопротивление аналогичного сплава с кристаллической структурой. Аморфный металлический материал хорошо сочетается с высокой прочностью, твердостью, износостойкостью и хорошей пластичностью И коррозионная устойчивость.

Большое практическое значение имеет также возможность получения аморфного металла в виде ленты, минуя такие дорогостоящие операции, как ковка, прокатка, растяжение, промежуточный отжиг, шелушение, травление. Упрочнение с образованием аморфной структуры в принципе возможно практически для всех metals. At в настоящее время аморфная структура получена из более чем 20 видов чистых металлических и полупроводниковых материалов и более чем 110 видов сплавов.

Это сплавы металлов с низкими температурами плавления (Pb, Sn, Al и др.), редкоземельные и переходные (Fe, Co, Mn, Cr и др.). Для формирования аморфной структуры переходных металлов используют так называемые аморфообразующие элементы(C, P, B, N, S и др.) должны быть добавлены к ним. Состав аморфного сплава должен соответствовать формуле M8oX20.Где M — 1 или более переходных металлов. X-это элемент, добавляемый для формирования и стабилизации аморфных структур. Таким образом, аморфные сплавы, как известно, состав которого соответствует следующей формуле:^ Е80 ^ 13 ^ 7 ^ Le70C rltiP | 5B5; Ni8GS2o; ФК ^ Н ^ С ^

до н. э. и соавт. Сверхбыстрое охлаждение жидкого металла (>10 ° С / С) для получения аморфной структуры может быть достигнуто путем вдувания капли на холодную пластину, центрифугирования капли или потока или распыления сильно охлаждающего газа или жидкости на поток. Если подходит для практического использования, рассмотрите возможность охлаждения жидкого металла на внешней или внутренней поверхности вращающегося

А затем прокатывают между холодными валками металл, который подают в виде струи. Тонкий слой аморфного металла получают путем расплавления поверхности изделия лазерным лучом за счет быстрого отвода тепла при затвердевании массой основного металла. Металлические материалы с аморфной структурой могут быть получены не только затвердеванием из жидкого состояния, но и сверхбыстрым охлаждением из газовой среды (суперпористой или ионизированной), электролизом и катодным распылением с высокой скоростью осаждения.

Что такое стекло?

Стекло в классическом понимании – это особая структура.  Нагляднее всего понять это можно, если рассмотреть структуру материала на примере кварца – природного минерала, состоящего из диоксида кремния. В естественном виде это вещество, имеющее кристаллическую решетку в своей структуре.

Если кварц измельчить и расплавить в печи с добавлением других веществ (например, буры, оксида алюминия, нитратом натрия и др.), то на выходе мы получим расплав, в котором все молекулы хаотично перемешаны. Примеси ионов натрия в материале не дадут при застывании образоваться вновь упорядоченной кристаллической решетке. Молекулы просто замрут в хаотичном порядке, формируя стекло (аморфное состояние вещества).

Чем металлическое стекло отличается от обычной нержавеющей стали?

Металлическое стекло – это также материал с аморфной структурой. Нержавеющая же сталь, лишь внешне похожая на наш уникальный материал. Она имеет упорядоченную структуру молекул. Следовательно не обладает особыми свойствами.

Для получения аморфного металлического состава используется смесь, но уже не кварца и других веществ, а металлов. Их расплавляют в индукционной печи. Затем, расплав выливают на вращающийся холодный медный барабан. Металл мгновенно застывает, образуя длинную ленту. При скорости охлаждения, превышающей миллион градусов в секунду, атомы металлов не успевают образовывать кристаллическую решетку. В результате получается беспорядочная смесь атомов. Согласитесь, ситуация схожа с технологией создания стекла. Но, в этом случае все происходит с металлом.

Если расплав металлов будет застывать долго, то в нем успеют образоваться маленькие кристаллики. Вы можете наглядно их увидеть, если сломаете гвоздь или железный прут. В месте разлома будет видна шероховатая поверхность, образуемая кристаллами. Они являются причиной формирования слабых участков в материале.

В ленте из металлического стекла кристаллов нет. Поэтому такой материал слабо подвержен деформации. По своим характеристикам аморфный металл получается в несколько раз тверже и прочнее стали. Также он практически не подвержен окислению на воздухе.

Единственный способ изменить форму и свойства металлического стекла – это нагреть его до высокой температуры. При нагревании до 300˚С атомы металла перестроятся в совершенно другую форму, что позволит изменить конфигурацию изделия. Если температуру увеличить еще больше, то структура материала кристаллизируется и сделает его невероятно хрупким.

Аморфные металлы

Аморфные металлы больше известны обычному человеку под названием металлические стекла.

Еще в 1940 году ученые заговорили о существовании данных тел. Уже тогда стало известно, что специально полученные вакуумным напылением металлы, не имели кристаллических решеток. И лишь через 20 лет было произведено первое стекло такого типа. Особого внимания у ученых оно не вызвало; и только спустя еще 10 лет о нем заговорили американские и японские профессионалы, а потом уже корейские и европейские.

Аморфные металлы отличаются вязкостью, достаточно высоким уровнем прочности и стойкостью к коррозии.

Переход к кристаллическому состоянию

Спустя определенный промежуток времени любое аморфное тело переходит в кристаллическое состояние. Это можно наблюдать в привычной жизни человека. Например, если оставить леденец или мед на несколько месяцев, то можно заметить, что они оба потеряли свою прозрачность. Обычный человек скажет, что они просто засахарились. И правда, если разломать тело, то можно заметить наличие кристаллов сахара.

Итак, говоря об этом, необходимо уточнить, что самопроизвольное превращение в другое состояние связано с тем, что аморфные вещества неустойчивы. Сравнивая их с кристаллами, можно понять, что последние в разы «мощнее». Объяснить факт можно благодаря межмолекулярной теории. Согласно ей, молекулы постоянно перескакивают с одного места на другое, тем самым заполняя пустоты. Со временем образуется устойчивая кристаллическая решетка.

Свойства веществ

Выделяют такие физические свойства аморфных тел.

1. Аморфные тела не обладают устойчивой точкой плавления. При росте температуры они размягчаются, а после достижения точки стеклования переходят в жидкость. Чтобы определить температуру плавления, физики говорят не о точке, при которой вещество плавится, а об интервале температур.
2. У некоторых видов химических соединений (смолы, воски и проч.) нет кристаллической решетки, в отличие от, например, каменной соли или иных молекул ионов.
3. Аморфное тело характеризуется слабо выраженной текучестью. Например, если поместить воск в воронку, то он сначала растечется по ее поверхности и только потом будет стекать. Вода, как и любая другая жидкость, просто выльется.
4. При внешних воздействиях рассматриваемые структуры проявляют свойства твердых и жидких тел. При ударах они проявляют свойства твердых и раскалываются на мелкие куски. Это называется изотропностью аморфных тел. При длительном внешнем воздействии они растекаются: так ведет себя, например, смола.
5. В условиях низких температур аморфные вещества проявляют свойства кристалла. Они почти не текут, однако по мере повышения температуры медленно размягчаются, приближаясь к характеристикам жидкостей.
6. Энергия вещества в аморфном состоянии выше, чем в твердом. Поэтому оно может переходить в состояние кристалла. Пример – потемнение стекол. Указанный процесс часто занимает многие годы.

Жидкие кристаллы и аморфные металлы

Среди аморфных материалов в природе существуют тела с жидкокристаллической структурой. Как правило, это органические молекулы с кристаллической структурой. Такие тела сочетают свойства жидкостей и кристаллов.

Молекулы жидких кристаллов расположены параллельно друг к другу, а расстояние между ними непостоянное. Они постоянно движутся, не меняя при этом ориентацию.

«Бесформенные» металлы иначе называются металлические стекла. Они отличаются фазовой однородностью, их аморфная структура подобна переохлажденным расплавам. Молекулы аморфного металла отличаются вязкостью, высокой прочностью и устойчивостью к коррозии.

Структурная релаксация

Когда «стекло» (как стекло, определяемое атомной структурой, см. Стекло ) поддерживается при температуре T <T g, оно имеет явление структурной релаксации. Стекло подвергается атомной перестройке, стремящейся приблизить фиктивную температуру T _f к температуре изотермической обработки. Таким образом, плотность стекла будет увеличиваться. Russew и Sommer показали, что в случае стекол на основе Pd это изменение плотности может достигать примерно 0,2%.

Это изменение плотности было подтверждено томографией (PAS, или позитронно-аннигиляционной спектроскопией  (in) ) для теней на основе Zr. Структурная релаксация может сопровождаться экспериментами по дифракции рентгеновских лучей, которые демонстрируют существование двух механизмов, связанных со структурной релаксацией: радиальных движений атомов, которые имеют тенденцию увеличивать плотность стекла (топологическое ближнее упорядочение или TSRO), и локальных движений, которые увеличивают химический ближний порядок (CSRO), но оставьте плотность неизменной.

Увеличение плотности сопровождается увеличением модуля Юнга, который может достигать 10% в случае аморфных лент на основе Pd. Структурная релаксация вызывает изменение энтальпии, связанной с стеклованием, измеренным методом ДСК, прямо пропорционально изменению плотности.

Образования аморфной структуры у металлов[править | править код]

Макроструктура зерна в слитках и большинство скачков имеет три отличающиеся области или зоны: холодная зона, колоночная зона, и зона equiaxed

Наиболее распространённым методом получения аморфных металлов является быстрое охлаждение. При медленной кристаллизации атомы вещества имеют время на то, чтобы занять термодинамически наиболее выгодное положение. Если же вещество охлаждать очень быстро, атомы вынуждены оставаться на месте, формируя аморфное (стеклообразное) состояние.

Металлические стёкла получают при скорости охлаждения на 105 К/с (и до миллионов градусов в секунду). Для этого используют вакуум и криогенные температуры; пары металла наносят на переохлажденную металлическую пластинку в специальной камере, при условии высокой скорости охлаждения на ней образуется тонкий слой аморфного металла.

Внешние ссылки [ править ]

• Руководство по проектированию Liquidmetal
• «Металлическое стекло: капля твердого» в New Scientist
• Стеклоподобный металл лучше проявляет себя в условиях стресса. Физический обзор, 9 июня 2005 г.
• «Обзор металлических очков» [ постоянная мертвая ссылка ]
• Новый вычислительный метод, разработанный физиком из Университета Карнеги-Меллона, может ускорить проектирование и тестирование металлического стекла (2004 г.) ( база данных сплавов, разработанная Мареком Михалковичем, Майклом Видомом и другими)
• Телфорд, Марк (март 2004 г.). «Футляр для объемного металлического стекла» . Материалы сегодня . 7 (3): 36–43. DOI : 10.1016 / S1369-7021 (04) 00124-5 .
• Новый аморфный сплав вольфрам-тантал-медь, разработанный Корейским передовым институтом науки и технологий
• Аморфные металлы в системах распределения электроэнергии
• Аморфные и нанокристаллические мягкие магниты
• Кумар, Голден; Neibecker, Паскаль; Лю, Ян Хуэй; Шроерс, янв (26 февраля 2013 г.). «Критическая фиктивная температура пластичности металлических стекол» . Nature Communications . 4 (1): 1536. Bibcode : 2013NatCo … 4E1536K . DOI : 10.1038 / ncomms2546 . PMC  3586724 . PMID  23443564 .
• «Новый металлический стеклянный материал, созданный лишением ядер» . newatlas.com . Проверено 9 декабря 2017 .
• Металлические стекла и эти композиты, Materials Research Forum LLC, Миллерсвилл, Пенсильвания, США, (2018), стр. 336 «Металлические стекла и их композиты» . www.mrforum.com .

Приложения [ править ]

Коммерческий править

В настоящее время наиболее важное применение связано с особыми магнитными свойствами некоторых ферромагнитных металлических стекол. Низкие потери намагничивания используются в высокоэффективных трансформаторах (трансформаторы из аморфного металла ) на частоте сети и некоторых более высокочастотных трансформаторах

Аморфная сталь — очень хрупкий материал, из-за которого трудно пробивать пластину двигателя. Также в электронном видеонаблюдении (например, в пассивных идентификационных бирках для контроля краж) часто используются металлические очки из-за этих магнитных свойств.

Коммерческий аморфный сплав Vitreloy 1 (41,2% Zr, 13,8% Ti, 12,5% Cu, 10% Ni и 22,5% Be) был разработан в Калифорнийском технологическом институте в рамках исследований новых аэрокосмических материалов Департаментом энергетики и НАСА .

Металлическое стекло на основе Ti, когда оно превращается в тонкие трубы, имеет высокий предел прочности на разрыв 2100 МПа, упругое удлинение 2% и высокую коррозионную стойкость. Используя эти свойства, металлическое стекло Ti – Zr – Cu – Ni – Sn было использовано для повышения чувствительности расходомера Кориолиса. Этот расходомер примерно в 28-53 раза более чувствителен, чем обычные измерители , которые могут применяться в области ископаемого топлива, химической, экологической, полупроводниковой и медицинской промышленности.

Металлическое стекло на основе Zr-Al-Ni-Cu может быть преобразовано в датчики давления 2,2–5 мм на 4 мм для автомобильной и других отраслей промышленности, и эти датчики меньше, более чувствительны и обладают большей стойкостью к давлению по сравнению с обычной нержавеющей сталью, изготовленной холодная обработка. Кроме того, этот сплав использовался для производства и продажи самого маленького в мире мотор-редуктора диаметром 1,5 и 9,9 мм.

Возможный править

Аморфные металлы демонстрируют уникальные свойства размягчения выше их стеклования, и это размягчение все чаще исследуется для термопластического формования металлических стекол. Такая низкая температура размягчения позволяет разрабатывать простые методы создания композитов из наночастиц (например, углеродных нанотрубок ) и BMG. Было показано, что на металлических стеклах можно создавать узоры на чрезвычайно малых масштабах длины от 10 нм до нескольких миллиметров. Это может решить проблемы литографии наноимпринтов.где дорогие нано-формы из кремния легко ломаются. Нано-формы из металлических стекол проще в изготовлении и более долговечны, чем силиконовые. Превосходные электронные, термические и механические свойства BMG по сравнению с полимерами делают их хорошим вариантом для разработки нанокомпозитов для электронного применения, таких как устройства автоэлектронной эмиссии .

Ti ₄₀ Cu ₃₆ Pd ₁₄ Zr ₁₀ считается неканцерогенным, примерно в три раза прочнее титана, а его модуль упругости почти соответствует костям . Обладает высокой износостойкостью и не образует абразивный порошок. Сплав не подвергается усадке при затвердевании. Можно создать структуру поверхности, которая может быть биологически прикреплена путем модификации поверхности с помощью лазерных импульсов, что позволяет лучше соединиться с костью.

Mg ₆₀ Zn ₃₅ Ca ₅ , быстро охлаждаемый для достижения аморфной структуры, исследуется в университете Лихай в качестве биоматериала для имплантации в кости в виде винтов, штифтов или пластин для фиксации переломов. В отличие от традиционной стали или титана, этот материал растворяется в организмах со скоростью примерно 1 миллиметр в месяц и заменяется костной тканью. Эту скорость можно регулировать, варьируя содержание цинка.

Стеклообразное состояние

В природе существуют жидкости, которые нельзя перевести в кристаллическое состояние путем низких температур. Строение их молекул таково, что они не могут образовывать кристаллическую решетку. Такими являются молекулы некоторых видов полимеров. Такое аморфное состояние называют стеклообразным.

При глубоком и очень быстром охлаждении почти все вещества переходят в описываемое состояние. Оно сохраняется при требуемых термодинамических условиях. С помощью охлаждения вещество не сможет кристаллизироваться и превратится в стекло. Чем выше скорость охлаждения, тем меньше вероятность того, что оно станет кристаллом.

В природных условиях в стеклообразном состоянии может находиться вещество, возникающее из вулканической магмы. Взаимодействуя с холодной водой, воздухом, оно быстро охлаждается. Существует также стекло, которое образуется по причине плавления падающего метеорита, когда он взаимодействует с атмосферой. Таким является молдавит, или метеоритное стекло.

Бесформенное тело обладает рядом характерных отличий. Главнейшие свойства аморфных веществ – отсутствие кристаллической решетки, точки плавления, слабо выраженная текучесть, сочетание свойств жидкого и твердого тела. Они широко используются в разных отраслях промышленности, а также в быту.

История

Аморфные металлические сплавы, полученные из расплава методом быстрой закалки, были открыты в 1960 г. . Из-за их высокой критической скорости закалки (от 10 4 до 10 6 К / с) сначала можно было изготовить только ленты с максимальной толщиной около 0,1  мм .

Совсем недавно было обнаружено , что некоторые аморфные сплавы могут быть получены с критической скоростью менее 10 3  К / с , в Pd — Ni — P система и Pd — Cu — Si , для которых путем были получены критические диаметры 0,3 и 3  мм соответственно . С 1988 года было обнаружено все большее количество аморфизируемых систем в массивной форме. Сначала в системах на основе магния, затем циркония , железа , кобальта и  т. Д.

Для системы Pd-Ni-Cu-P максимальная толщина стеклования составляет 72  мм . Для систем на основе циркония от 25 до 30  мм в зависимости от их состава. Для этих последних систем критические скорости закалки составляют порядка 0,1  К / с .

Правила, позволяющие отказаться от кристаллизации и, следовательно, получить высокую формуемость, в основном следуют двум критериям:

• подавление прорастания за счет увеличения энергии границы раздела жидкость-твердое тело;
• подавление роста кристаллов за счет затруднения перегруппировки (диффузии) атомов на большие расстояния.

Аморфные сплавы , наделенные большая способностью к витрификации (GFA, стеклообразование Ability ) повинуется полуэмпирическими правила , такие как те , которые приведены в пункте .

Сплавы, сформированные в соответствии с этими правилами, имеют важное значение DT = T X -T g (где T X — температура начала кристаллизации, а T g — температура стеклования ), что позволяет изучать механические свойства в горячем состоянии.

Способность системы образовывать массивные аморфные тела чрезвычайно чувствительна к составу. Например, в системе ZrTiAlHfCuNi изменение состава 2% алюминия может предотвратить образование аморфного вещества.

Аморфные металлы

Аморфные металлы — твёрдые некристаллические металлы и их сплавы. Экспериментально аморфность металлических (и неметаллических) веществ устанавливается по отсутствию характерных для кристаллов дифракционных максимумов на рентгено-, нейтроно- и электронограммах образцов. Осной методы получения аморфных металлов: 1) быстрое охлаждение (со скоростями q≥l05—106 К/с) жидкого расплава; получающиеся аморфные сплавы называемые металлическими стёклами; 2) конденсация паров или напыление атомов на холодную подложку с образованием тонких плёнок аморфных металлов; 3) электрохимическое осаждение; 4) облучение кристаллических металлов интенсивными потоками ионов или нейтронов.

Аморфные металлы — метастабильные системы, термодинамически неустойчивые относительно процесса кристаллизации; их существование обусловлено только замедленностью кинетических процессов при низких температурах. Стабилизации афморфных металлов способствует наличие так называемых аморфизирующих примесей. Так, аморфные плёнки из чистых металлов значительно менее стабильны, чем плёнки из сплавов, а для получения металлических стёкол из чистых металлов требуются очень большие скорости охлаждения (∼1010 К/с).

Наибольший интерес представляют металлические стёкла, впервые полученные в 1960 г. Основные классы металлических стёкол: системы M_1-xY_x, где М — переходный или благородный металл, Y — аморфизирующий неметалл, х≈0,2 и сплавы переходных металлов (Ti—Ni, Zr—Си) или других металлов (La—Ni, Ga—Al, Mg—Zn) в некоторых интервалах составов. Многие металлические стёкла обладают уникальными механическими, магнитными и химическими свойствами. Пределы текучести и прочности для ряда металлических стёкол очень высоки и близки к теоретическим пределам. В то же время металлические стёкла обладают высокой пластичностью, что резко отличает их от диэлектрических и полупроводниковых стёкол. Многие металлические стёкла при высокой механической прочности характеризуются большой начальной магнитной восприимчивостью, малыми значениями коэрцитивных сил (до нескольких МЭ) и практически полным отсутствием магнитного гистерезиса. Коррозионная стойкость некоторых металлических стёкол на несколько порядков выше, чем у лучших нержавеющих сталей. Среди других уникальных особенностей металлических стёкол — слабое поглощение звука, каталитические свойства.

Основные особенности металлических стёкол, по-видимому, связаны с их высокой микроскопической однородностью, то есть отсутствием дефектов структуры типа межзёренных границ, дислокаций и т.п. Детальная теория, объясняющая свойства и явления в металлических стёклах, не развита.

Термостабильпость металлических стёкол характеризуют так называемой температурой кристаллизации Т_крист (при которой отжиг в течение 1 ч приводит практически к полной кристаллизации образца), Т_крист варьируется в пределах 300—1000°К (для наиболее распространённых стёкол 600—800°К). Металлические стёкла практически стабильны при Т≤Т_крист—200°К. Времена кристаллизации при этом оцениваются в сотни лет. Разработан ряд способов производства металлических стёкол, в частности литьё струи расплавленного металла на быстровращающуюся холодную подложку. При этом в 1 мин производится до 1 — 2 км ленты толщиной 20— 100 мкм. шириной 2—100 мм; длина такой ленты практически неограниченна.

Аморфные металлические плёнки, полученные осаждением металла из парообразного состояния на холодную подложку, обычно менее термостабильны, чем металлические стёкла, и кристаллизуются при Т≤300°К. Исключение составляют т.н. аморфообразующие сплавы, получаемые послойным напылением отдельных компонент (в виде монослоёв).

По термостабильности они близки к металлическим стёклам. С ростом толщины стабильность плёнок обычно падает. Наиболее, изучены их электрические и сверхпроводящие свойства. Температура сверхпроводящих переходов в аморфных металлов может быть как выше, так и ниже, чем в кристаллических веществах того же состава. Коррозионная стойкость аморфных плёнок обычно выше, чем кристаллов. Но в целом их физические свойства изучены слабо. Ещё в большей степени это относится к аморфным металлам, полученным электрохимическим осаждением или радиационным воздействием на кристаллы.

Различные физические свойства и области применения

«Металлические стекла» обладают рядом исключительных свойств: стойкостью к коррозии и истиранию, исключительно мягким ферромагнетизмом , очень высоким пределом упругости , возможностью придания нужной формы, биосовместимостью и  т. Д. Их маркетинг начался несколько десятилетий назад в виде лент для трансформаторов, а в последние годы — для металлических сплавов («твердое стекло»), спортивных товаров (теннисные ракетки, клюшки для гольфа, бейсбольные биты), элементов для высококачественных электронных компонентов и  т. Д. . Эти дорогие материалы, однако, в основном нацелены на секторы с высокой добавленной стоимостью (медицина, военная промышленность, предметы роскоши и т. Д.) Или сектор микромеханики, для которых цена материала становится незначительной по сравнению со стоимостью производственного процесса.

Моделирование и теория

Объемные металлические стекла (BMG) теперь моделируются с использованием моделирования в атомном масштабе (в рамках теории функционала плотности ) аналогично сплавам с высокой энтропией . Это позволило делать прогнозы об их поведении, стабильности и многих других свойствах. Таким образом, новые системы BMG могут быть протестированы и адаптированы для конкретной цели (например, замена кости или компонент авиационного двигателя ) без такого эмпирического поиска фазового пространства или экспериментальных проб и ошибок. Однако определение того, какие атомные структуры контролируют основные свойства металлического стекла, несмотря на годы активных исследований, оказалось довольно сложной задачей.

Один из распространенных способов попытаться понять электронные свойства аморфных металлов — это сравнить их с жидкими металлами, которые аналогичным образом неупорядочены и для которых существуют установленные теоретические основы. Для простых аморфных металлов хорошие оценки могут быть получены путем полуклассического моделирования движения отдельных электронов с использованием уравнения Больцмана и аппроксимации потенциала рассеяния как суперпозиции электронного потенциала каждого ядра в окружающем металле. Для упрощения расчетов электронные потенциалы атомных ядер можно усечь, чтобы получить псевдопотенциал типа маффин-тин. В этой теории есть два основных эффекта, которые определяют изменение удельного сопротивления с повышением температуры. Оба основаны на индукции колебаний атомных ядер металла при повышении температуры. Во-первых, атомная структура становится все более размытой по мере того, как точные положения атомных ядер становятся все менее и менее четкими. Другой — введение фононов. В то время как размытие обычно снижает удельное сопротивление металла, введение фононов обычно добавляет места рассеяния и, следовательно, увеличивает удельное сопротивление. Вместе они могут объяснить аномальное уменьшение удельного сопротивления в аморфных металлах, поскольку первая часть перевешивает вторую. В отличие от обычных кристаллических металлов, в аморфном металле фононный вклад не вымораживается при низких температурах. Из-за отсутствия определенной кристаллической структуры всегда есть фононные длины волн, которые могут быть возбуждены. Хотя этот полуклассический подход хорошо подходит для многих аморфных металлов, он обычно разрушается в более экстремальных условиях. При очень низких температурах квантовая природа электронов приводит к дальнодействующим интерференционным эффектам электронов друг с другом, что называется «эффектами слабой локализации». В очень сильно разупорядоченных металлах примеси в атомной структуре могут вызывать связанные электронные состояния в так называемой « локализации Андерсона », эффективно связывая электроны и препятствуя их движению.