5. Понятие о полиморфизме жидкостей
Полиморфизм (от греч. polymorphos-многообразный), способность твердых веществ и жидких кристаллов существовать в двух или нескольких формах с различной кристаллич. структурой и свойствами при одном и том же химическом составе. Такие формы называются полиморфными модификациями. Взаимные превращения полиморфных модификаций наз. полиморфными переходами. Полиморфизм простых веществ принято называть аллотропией, но понятие полиморфизма не относят к некристаллическим аллотропным формам (таким, как газообразные О2 и О3).
О полиморфизме жидкостей принято говорить лишь в одном случае: когда речь идет о жидких кристаллах. Например, когда не обладающая кристаллическими свойствами жидкость при понижении температуры их приобретает, или зеркальносимметричный жидкий кристалл становится киральным(свойство объекта не совпадать, не совмещаться со своим зеркальным отображением (в плоском зеркале) ни при каких перемещениях и вращениях). Однако известны и другие случаи изменения физических свойств жидкости при сохранении ее химического состава. Например,жидкий гелий может находиться в обычном или сверхтекучем состоянии. И при температуре ниже критической он «дуален» — представляет собой смесь сверхтекучей и не сверхтекучей жидкостей.
Жи́дкие криста́ллы — это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). По структуре жидкие кристаллы представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости.
12. Образование аморфных металлов
Аморфные металлы ("металлические стёкла") — группа металлов и металлических сплавов, приобретших в определённых условиях аморфное состояние, и образующих особую фазу.
На рисунке 1. схематически изображена ТТТ-диаграмма (temperature-time-transformation), которая показывает характер фаз, образующихся в сплаве при различных скоростях охлаждения.
Рисунок 1 – Схема диаграммы процесса образования фаз в переохлажденном расплаве: а – критическая скорость охлаждения с получением аморфного состояния; б – изотермический отжиг аморфного состояния, приводящий к кристаллизации в период времени tх; в – медленный нагрев аморфного состояния, ведущий к кристаллизации при температуре Тх
При переохлаждении жидкой фазы ниже равновесной температуры плавления Тпл скорость кристаллизации достигает максимума при температуре Тп. Если жидкость закалить со скоростью выше критической до температуры стеклования Tд, то система будет «заморожена» и образуется аморфное состояние. Критическая скорость охлаждения для разных аморфных сплавов составляет от 102 до 1010 К/с.
В настоящее время использование специальных методов закалки из жидкого состояния позволяет достигать скорости охлаждения более 105 К/с и получать металл в стеклообразном аморфном состоянии.
Из диаграммы также следует, то если полученный аморфный сплав впоследствии нагреть до температуры Т < Тп и выдерживать изотермически в течение времени tх, он начнет кристаллизоваться. Если же аморфный сплав медленно нагревать от комнатной температуры, то кристаллизация начинается при температуре Тх, которая повышается по мере увеличения скорости нагрева. Условия перехода в кристаллическое состояние меняются в широких пределах для разных аморфных систем.
Аморфные сплавы находятся в термодинамически неравновесном состоянии. В силу своей аморфной природы металлические стекла имеют свойства, присущие неметаллическим стеклам: при нагреве в них проходят структурная релаксация, «расстекловывание» и кристаллизация. Поэтому для стабильной работы изделий из аморфных сплавов необходимо, чтобы их температура не превышала некоторой заданной для каждого сплава рабочей температуры.
Если степень переохлаждения невелика, то скорость роста преобладает над числом центров, в результате чего образуется крупнозернистая структура.С увеличением степени переохлаждения скорость роста не изменяется, число центров продолжает расти, что приводит к образованию мелкозернистой структуры.
Структура аморфных сплавов подобна структуре замороженной жидкости. Затвердевание происходит настолько быстро, что атомы вещества оказываются замороженными в тех положениях, которые они занимали, будучи в жидком состоянии. Аморфная структура характеризуется отсутствием дальнего порядка в расположении атомов, благодаря чему в ней нет кристаллической анизотропии, отсутствуют границы блоков, зерен и другие дефекты структуры, типичные для поликристаллических сплавов.
Следствием такой аморфной структуры являются необычные магнитные, механические, электрические свойства и коррозионная стойкость аморфных металлических сплавов. Наряду с высокой магнитной мягкостью, такой, что уровень электромагнитных потерь в аморфных сплавах с высокой магнитной индукцией оказывается существенно ниже, чем во всех известных кристаллических сплавах, эти материалы проявляют исключительно высокие механическую твердость и прочность при растяжении, в ряде случаев имеют близкий к нулю коэффициент теплового расширения, а удельное электросопротивление их в три-четыре раза выше его значения для железа и его сплавов. Некоторые из аморфных сплавов характеризуются высокой коррозионной стойкостью.