Способ получения аморфных (стеклообразных) твердых тел

 

О п И С А Н И Е 975198

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт.. свид-ву— (22) Заявлено 02.07.79 (21) 2799421/22-02 с присоединением заявки №вЂ” (23) П р нор ит ет— (51) М Кл з

В 22 D 27(00

Государствеииык комитет (53) УДК 621.746..58 (088.8) Опубликовано 23.11.82. Бюллетень № 43

LI àòà опубликования описания 28.11.82 ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Б. Ф. Белов, В.П. Набережных и Э. П. Фель

Донецкий физико-технический институт

АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНЫХ (СТЕКЛООБРАЗНЫХ) ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Изобретение относится .к материаловедению, а именно к получению новых материалов в аморфном (стеклообразном) состоянии.

Известен ряд способов получения аморфных (стеклообразных) твердых тел: осаждение мэ паровой фазы на подложку, охлаждаемую при низких температурах в глубоком вакууме; безэлектролизное осаждение из сильно пересыщенных водных растворов; закалка из жидкого состояния.

Наиболее перспективным методом является закалка иэ жидкого состояния. В этом случае аморфизацию жидкости, например металлического расплава, проводят путем быстрого охлаждения со скоростью не менее !Ов — 10 град/с, когда подавляется процесс кристаллизации при переходе из жидкого состояния в твердое. Достижение сверхвысоких скоростей охлаждения жидкого расплава зависит от скорости теплоотвода, которая лимитируется теплопроводностью материала. (1(.

Недостатком этого способа закалки из жидкого состояния является то,что аморфные материалы удается получать в виде тонких пленок, что создает трудности при их применении.

Известны также способы получения монолитных образцов аморфтйго (стеклообразного) материала, в частности метод последовательного сиамораживания» металлического расплава на охлаждаемый вращающийся цилиндр. Медный цилиндр охлаждается водой и находится в вакуумном камере.

Металлический расплав под внешним атмосферным давлением подается тонкой струйкой на внутреннюю поверхность вращаю1в щегося цилиндра. Образцы получаются в виде колец диаметром 10 см с поперечным сечением 8Х5 мм (2(.

Недостатком такого способа является значительная структурная и химическая мик. ронеоднородность образцов по сечению, вызванная разной скоростью закалки каждого последующего слоя жидкого металла иэ-эа различной теплопроводности этих слоев. Кроме того, образуется <слоистая» структура в результате плохой свариваемости, отдельных слоев.При этом способ весьма трудоемок и не позволяет получать готовые изделия необходимой формы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения аморфных тел с воздействием на ис975198 ходный материал высокого давления с последующим охлаждением.

При воздействии статических давлений на исходный расплав удается зафиксировать аморфное состояние для аномальных веществ (3j.

Однако известный способ не позволяет фиксировать аморфное (стеклообразное) состояние для широкого класса веществ, что значительно ограничивает возможности применения известного метода.

Цель изобретения — расширение диапазона обрабатываемых исходных кристаллических материалов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему плавление исходного кристаллического материала, воздействие на него высокого давления и последующего охлаждения, на исходный кристаллический материал, воздействуют импульсным давлением со скоростью нарастания

10 — 10 кбар/с до величины, соответствующей температуре плавления, а охлаждение и снижение давления до нормальных условий осуществляют с той же скоростью путем адиабатического расширения.

На чертеже представлена фазовая Р— Т дна rp а м ма состояния конде нсирован ных систем.

Если на такой диаграмме изобразить в виде линий зависимости от давления температуры плавления исходного кристалла

T„ (p1 и температуры кристаллизации стекла (температуры расстекловывания), при которой стекло переходит в кристалл Ткр(р), то поле диаграммы расчленяется на три области существования конденсированных фаз: 1 — жидкость; !1 — кристалл; 111— стекло (Тио,, Т„ „,Тк — температуры исходного кристалла, его плавления и кристаллизации стекла, соответственно, при атмосферном давлении Тисх (Т;,Р, Т„"л, Т,л— температуры начала н конца плавления при соответствующем давлении P„" и P„).

Процесс аморфиэации жйдкостй можно осуществить воздействием высоких импульсных давлений в адиабатических условиях, причем величину импульсных давлений можно оценить по известной скорости закалки из жидкого состояния при переходе жидкость-стекло.

Общий процесс аморфизации (стеклование) исходного вещества состоит из его плав5 ления и затвердевания соответственно при адиабатическом сжатии и расширении (путь аар на чертеже) .

Практическая реализация способа аморфизации (стеклования) данного вещества (металлы и их сплавы, полупроводники и т.д.) может быть осуществлена с помощью известной, например взрывной, техники получения импульсных давлений, при которой давления в десятки мегабар достигаются за весьма короткие времена (меньше 10 с), что позволяет получать скорость наращивания давления порядка 10 0 † 2 кбар/с, необходимую для адиабатического процесса.

Формула изобретения

Способ получения аморфных (стеклообразных) твердых тел, включающий плавление исходного кристаллического материала, воздействие на него высокого давления и последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона обрабатываемых исходных кристаллических материалов, на исходный кристаллический материал воздействуют импульсным давлением со скоростью нарастания 10 — зо

10 кбар/с до величины, соответствующей температуре плавления, а охлаждение и снижение давления до нормальных условий осуществляют с той же скоростью путем адиабатического расширения.

35 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мирошниченко И. С. Образование метастабильных фаз при затвердевании быстроохлажденных расплавов. — Сб. «Рост кристаллов>, Ереван, 1975, Xl, с. 337 — 348.

2. Салли И. В. Кристаллизация при сверхбольших скоростях охлаждения. Киев, «Наумова думка», 1972, с. 97.

3. High Temperature — High Pressure, 1977, vol. 9, рр. 645 †6, 652 †6.

975!98

Рпл и пл а5ление.Редактор Г. Везвершенко

Заказ 8406/13

Составитель Т. Королева

Техред И. Верес Корректор Н. Король

Тираж 852 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1) 3035. Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4I5

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4