Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
ли они могут так легко перемещаться, как в кристаллическом материале. Поэтому металлические стекла характеризуются высокой прочностью. В то же время это очень пластичные материалы, в чем они совершенно не похожи на такие твердые и прочные материалы, как литая сталь, которая обычно весьма хрупкая. Металлические стекла могут выдерживать 50%-ную (и более) деформацию сдвига, прежде чем они окончательно разрушатся по механизму пластичного излома. Весьма вероятно, что металлические стекла в будущем могут использоваться в качестве армирующих волокон.
Во-вторых, металлические стекла более устойчивы в химически агрессивных средах. Они более коррозионно-стойки, чем поликристаллические металлы. Химические процессы особенно активно протекают на границах зерен и на поверхностях с повышенной энергией, например в местах выхода дислокаций или других дефектов. Поскольку в стеклообразных образцах отсутствуют границы зерен и дислокации в обычном смысле этого слова, они химически более инертны.
В-третьих, некоторые металлические стекла характеризуются интересными магнитными свойствами. Кобальт- и железосодержащие стекла характеризуются низкой коэрцитивной силой, они легко намагничиваются и размагничиваются (рис. 18.17). Эти свойства также связаны с отсутствием границ зерен в стеклах. Металлические стекла могут найти применение в элементах памяти в тех случаях, когда необходима быстрая регистрация и перезапись информации.
кристалл
Рис. 18.17. Кривые намагничивания РеувР^Сш (а и б) и Со78Р22 {в, г). В случае аморфных материалов (а и в) гистерезис меньше, петля гистерезиса имеет более прямоугольную форму, коэрцитивная сила меньше, а магнитная проницаемость выше.
18.11, Стеклокерамика
225
18.11. Стеклокерамика
Стеклокерамика — это кристаллические вещества, получаемые из стеклообразных исходных материалов. Они обладают комбинацией наиболее важных свойств как стекла, так и керамики. Стеклокерамика сохраняет механическую прочность до гораздо более высоких температур, чем стекло, которое размягчается при 500 °С. Регулируя состав стеклокерамических материалов, можно варьировать их свойства, например коэффициент термического расширения. Стеклокерамические материалы получают путем термической обработки некоторых стекол в специально подобранном и строго контролируемом режиме. Такая обработка приводит к появлению кристаллических зародышей и их росту в матрице стекла. Часто в результате этого происходит полная кристаллизация образца, иногда в образце присутствует остаточное количество стеклообразной фазы.
Расстекловывание или кристаллизация стекла обычно означает окончание его использования, так как стекло при этом теряет свою механическую прочность, прозрачность и другие рабочие характеристики. Суть развитого в 1957 г. фирмой Stookey of Corning Glass метода получения стеклокерамики сводится к преднамеренному проведению расстекловывания в контролируемых условиях. Возникающий при этом материал представляет собой мелкодисперсное керамическое вещество с набором важных параметров, в частности с высокой механической прочностью. Для проведения расстекловывания в контролируемых условиях необходимо создать большую концентрацию кристаллических зародышей (обычно 1012—1015 зародышей в 1 см3), равномерно распределенных в объеме образца. Кроме того, важно исключить возможность начала кристаллизации на нескольких зародышах, находящихся на поверхности. Для получения зародышей используют различные методы:
1) готовят коллоидный раствор таких металлов, как Си, Ag, Аи и Pt в стеклообразующем расплаве. Коллоидные частицы этих металлов не растворяются полностью и, следовательно, могут служить центрами кристаллизации при отжиге стекла при более низких температурах (например, 500 °С). Поскольку стекла фоточувствительны, осаждению металлических зародышей может способствовать облучение их УФ-светом;
2) в исходную смесь компонентов при приготовлении стекла добавляют такие оксиды, как ТЮг, Р2О5 и 2г02, которые растворимы в расплаве при высоких температурах, но выпадают в осадок в результате отжига при более низких температурах. Их осаждение, видимо, является следствием расслаивания в жидкой фазе. Осаждающиеся частицы этих оксидов и образуют центры кристаллизации стекла;
15-1426
226
18. Стекло
3) с целью проведения гомогенного зародышеобразования (разд. 18.3) стекло отжигают при температурах вблизи температуры стеклования. При этом в объеме стекла возникают зародыши кристаллов.
Успешное осуществление гетерогенного зародышеобразования (первый и второй методы) зависит от двух факторов.
Скорость зародышеобразования и роста кристаллов
Рис. 18.18. Скорости гомогенного зародышеобразования и роста кристаллов в вязкой жидкости (по Таммапу).
Во-первых, межфазное натяжение между зародышами и кристаллизующейся фазой должно быть мало, т. е. должен быть мал краевой угол а (рис. 20.2) между подложкой, на которой образуется зародыш, и зарождающимся кристаллом. Малый угол а во многом определяет низкое значение свободной энергии зародышеобразования.
