Утворення аморфних матеріалів

Нанокристалічна тверда фаза відповідає граничному стану метастабільного твердого тіла і може бути отримана різними способами, включаючи тверднення з рідкої або газоподібної фази, хімічне осадження з розчину, опромінювання кристалічного матеріалу високоенергетичними іонами або нейтронами. Некристалічне тверде тіло, отримане безперервним охолоджуванням з рідини, називають склом або аморфним твердим тілом. Аморфізація розплаву вимагає, щоб розплав був охолоджений з достатньо великою швидкістю, з метою придушення процесів кристалізації і отримання розупорядочного розташування атомів.

Процеси кристалізації легко пригнічуються у ряді неметалічних матеріалів (силікати, органічні полімери). У цих матеріалів, за рахунок природи міжатомних зв'язків, розплав може перейти в скло при достатньо малих швидкостях охолоджування (<102 К/с).

У металевих розплавах немає направлених зв'язків і атомні перебудови протікають дуже швидко навіть при великих ступенях охолоджування нижче рівноважної температури твердіння. Проте, дуже високі швидкості охолоджування (>106 К/с) дозволяють отримувати аморфний стан сплаву, а в багатокомпонентних системах аморфні металеві фази можуть бути отримані при нижчих швидкостях охолоджування.

1.3 Експериментальна частина

1.3.1 Обладнання:

- біологічний мікроскоп;

- проектор;

- предметне скло;

- піч для нагріву;

- електропіч;

- тиглі;

- зразки сплавів Pb- Sn за різним складом;

- термопари.

1.3.2 Порядок виконання роботи

Невелику навіску солі Na₂S₂O₂ розплавляю у пробірці. Краплину роз­плаву солі поміщаю на предметне скло нормальної температури і попе­редньо нагріваю. За допомогою проектору і біологічного мікроскопу спо­стерігаю процес кристалізації, звертаю увагу на залежність розмірів кри­сталів від температури переохолодження.

Зразки сплавів перегріваю на 50°С вище за температуру плавлення. За допомогою термопари фіксую зниження температури кожні 10 сек.

За отриманими даними будую криву охолодження в координатах "температура-час". За перегинам на кривої охолодження визначте критичні крап­ки ліквідус і солідус. Користуючись діаграмою стану, визначаю склад до­сліджуваного сплаву та досліджую його мікроструктуру.

Процес кристалізації починається в місці найбільшого переохолодження або там, де е скупчення кристалів.

Контролюючим параметром є різниця температури розплаву і температура кристалізації( t).

Якщо значення t велике то процес кристалізації відбувається швидше та утворюється значна кількість центрів кристалізації, структура дрібнозерниста.

Якщо значення t мале то утворюється крупнозерниста структура з кристалами – дендритами.

Механізм процесу кристалізації – це зародження центрів кристалів та ріст кристалів.

Рисунок 1.4 – Схема процесу кристалізації

Рисунок 1.5 – Крива охолодження чистого металу

Висновок: процес кристалізації відбувається від країв до центра краплини, бо температура переохолодження з країв краплини більша, тому кристалізація починається звідти, а завершується процес в центрі краплини оскільки там більше речовини і тому витрачається більше для кристалізації часу. Якщо температура переохолодження більша тим процес кристалізації протікає швидше і тому кристалізація утворюється менше.