Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
Поверхность селена заряжается положительно под действием коронарного разряда, индуцируемого проволокой, к которой приложено высокое напряжение. Эта проволока движется параллельно поверхности селена (рис. 18.15,а). Затем копируемый лист документа оставляет свое «изображение» на селеновом экране под действием видимого света: светлая поверхность страницы отражает фотоны света на селеновый экран, в результате чего на поверхности пленки аморфного селена образуются пары электронов и дырок (рис. 18.15,6). Под действием электрического поля эти пары диссоциируют, и дырки движутся внутрь
18,9. Халькогспидпыс и другие полупроводниковые стекла
221
а
Заряд
проволока, окало которой возникает гг) коронарный разряд
пленка Бе
'металлический Ьара^ан
Рис. 18.15. Стадии фотокопировального процесса [4]\
222
18. Стекло
слоя селена к металлическому барабану, а электроны — к поверхности селена, где они частично нейтрализуют индуцированный положительный заряд (рис. 18.15, б). Таким образом, на селеновой пленке остается изображение в виде положительных зарядов, расположение которых отвечает темным участкам поверхности документа, который копируется. После этого на селеновый экран наносится отрицательно заряженная угольная пыль в виде черной типографской краски. Краска прилипает к тем положительно заряженным участкам поверхности пленки, которые не разрядились (рис. 18.15,г). Эта краска переводится на чистый лист бумаги под действием второго коронарного разряда (рис. 18.15,5). Затем бумага убирается и нагревается, чтобы изображение сохранилось надолго.
18.10. Металлические стекла
Жидкие металлы, как правило, не склонны к переохлаждению с образованием стекла. Однако недавно были открыты некоторые металлические составы, которые удалось перевести в стеклообразное состояние. Структура жидких и кристаллических металлов характеризуется отсутствием направленных связей между атомными ядрами и электронами, участвующими в переносе электрического заряда. Таким образом, чтобы жидкий металл закристаллизовался, нет никакой необходимости разрывать прочные ковалентные связи. Сказанное можно пояснить на примере халькогенов: в жидком селене существуют ковалентные связи —Бе—Бе—, и селен легок образует стекло, а в жидком теллуре характер связи более металлический и теллур при обычных условиях не переходит в стеклообразное состояние. Аналогичная ситуация наблюдается и в ионных материалах: в расплавленном ЫаС1 ионные связи между Ыа+ и С1~ ненаправленные. Это существенно понижает высоту потенциальных барьеров процессов кристаллизации и перемещения атомов. В результате ЫаС1, как и многие другие простые соли, не образуют стекол.
Для получения металлических стекол необходимо использовать специальные методы сверхбыстрой закалки. В методе распылительной закалки капли расплава под действием высокого давления газа выстреливаются с большой скоростью на охлажденную поверхность, и жидкость эффективно охлаждается за доли секунды. В методе закалки на валки расплав направляется на охлаждаемый вращающийся барабан, как показано на рис. 18.16. В результате получается тонкая лента металлического стекла. Возможен также вариант, когда расплав впрыскивается в узкий зазор между двумя быстро вращающимися ох-
18.10. Металлические стекла
223
лаждаемыми валками. Таким методом можно достичь скоростей охлаждения ~Ю6—108 К/с.
Металлические стекла образуются при закалке расплавов лишь в некоторых системах, причем обычно в состав расплава входят не менее двух различных элементов. Одним из компонентов расплава является типичный металл, например переходный металл, такой, как железо или палладий. Другой компонент — это обычно элемент, занимающий промежуточное положение между металлами и диэлектриками, например полупроводник,,
давление газа
Рис. 18.16. Схема осуществления метода закалки на валки.
такой, как кремний или фосфор. В каждой системе, как правило, возможно получить стекла в целой области составов, например в системе Рс1—Э1 область стеклообразования находится в интервале составов от 15 до 25% 81. Способность к стеклооб-разоваиию обычно связывают с наличием на равновесной диаграмме состояния системы низкоплавкой эвтектики (разд. 18.1.4). Принимается, что структура металлических стекол представляет собой беспорядочную плотную упаковку шаров двух различных размеров. Такое расположение шаров можно получить, например, если взболтать внутри какой-нибудь емкости два сорта шаров.
Металлические стекла обладают некоторыми необычными и ценными свойствами по сравнению с кристаллическими металлами.
Во-первых, металлические стекла обычно имеют гораздо более высокую прочность, чем кристаллические металлы. В некоторых аморфных сплавах практически был достигнут теоретический предел прочности. Многие чистые металлы являются относительно мягкими из-за наличия в них дислокаций (гл. 9), которые могут легко перемещаться под действием внешнего на
224
18. Стекло
пряжения. Дислокации легко перемещаются в кристалле частично из-за того, что структура кристалла строго периодична: дислокации перемещаются из одной области решетки в идентичную соседнюю область. Не существует однозначного ответа на вопрос, могут ли существовать дислокации в непериодических структурах, например в стекле. (Имеется, правда, и другая точка зрения, согласно которой структуру стекла можно рассматривать как целиком состоящую из дислокаций.) Если дислокации в металлическом стекле все же существуют, то вряд
