Szkła. Forma i odlewy ze szkła kwarcowego wykonane w starożytnym Egipcie (około roku 2500 p.n.e.)

Transkrypt

1 Szkła metaliczne

2 Szkła cdn.gemrockauctions.com/uploads/images/ /276152/276152_ jpg American Association for the Advancement of Science Grot ze szkła wulkanicznego obsydianu (epoka kamienia łupanego) Forma i odlewy ze szkła kwarcowego wykonane w starożytnym Egipcie (około roku 2500 p.n.e.)

3 Pierwsze szkła metaliczne

4 Pierwsze szkła metaliczne 1960 Duwez, Willens; stop Au 80 Si 20 Strategia: Jak najszybciej przejść przez zakres temperatury od T l do T g (T g /T l 0.7) Metoda: Szybkie chłodzenie metoda melt-spinning

5 Technika melt-spinning Szybkość chłodzenia rzędu 10 5 K/s

6 Struktura atomowa szkieł metalicznych Model mikrokrystaliczny Model DRP (J.D. Bernal) Gęsto upakowane tetraedry Gęsto upakowane klastery

7 Struktura atomowa szkieł metalicznych Metal monokrystaliczny Metal polikrystaliczny Metal amorficzny (szkło metaliczne) W przeciwieństwie do metali krystalicznych, szkła metaliczne nie posiadają uporządkowania dalekiego zasięgu. Atomy w szkle metalicznym nie są ułożone są w sposób przypadkowy.

8 Struktura atomowa szkieł metalicznych Zmiana objętości podczas topnienia w metalach 6-8% fcc hcp współczynnik upakowania = 74% Zmiana objętości podczas topnienia w metalicznych układach szkłotwórczych: 0.5-3% Mała objętość topnienia dobra zdolność tworzenia szkła drp (dense random packing) współczynnik upakowania = 64%

9 Struktura atomowa szkieł metalicznych Współczynnik upakowania układu dwu rodzajów kul o stosunku promieni równym R Dla stopów metalicznych R DRP nie odzwierciedla wysokiego współczynnika upakowania atomów w szkle metalicznym.

10 Upakowanie kul w 2D

11 Upakowanie kul w 3D

12 Powstawanie szkieł metalicznych wynika ze zdolności do przechłodzenia cieczy metalicznych

13 Sieci Bravais a: dozwolone osie obrotu 1-, 2-, 3-, 4-, 6-krotne Zabroniona jest 5-krotna oś obrotu!

14 Uporządkowanie ikosaedryczne w cieczech Czworościan foremny (tetraedr) maksymalne lokalne upakowanie kul Dwudziestościan foremny (ikosaedr) 20 tetraedrów Pięciokrotna oś symetrii

15 Uporządkowanie ikosaedryczne w cieczach fcc: gęste upakowanie dalekiego zasięgu ikosaedr: gęste upakowanie bliskiego zasięgu

16 Uporządkowanie ikosaedryczne w szkłach metalicznych k 2 (k)[å -2 ] Cu 65 Zr 35 Cu K-edge experiment Molecular Dynamics k [Å -1 ]

17 Struktura szkieł metalicznych Model Miracle a: Gęste upakowanie klasterów atomowych klastery tworzą strukturę typu fcc lub hcp Upakowanie atomów wewnątrz klastera - porządek bliskiego zasięgu (skala 1Å ) Upakowanie klasterów atomowych porządek średniego zasięgu (skala 10Å )

18 Uporządkowanie średniego zasięgu

19 Termodynamiczny efekt gęstego upakowania

20 Kinetyczny efekt gęstego upakowania

21 Krytyczna szybkość chłodzenia critical 2K/s

22 Stopy szkłotwórcze - przykłady Fe-B, Fe-Si, Fe-Ni-B, Fe-Cu-Nb-Si-B (Finemet ) Co-Ni-Fe-Si-B (Metglas ) Nb-Ni, Zr-Ni, Zr-Cu, Zr-Cu-Al, Zr-Ni-Al Al-RE-TM (RE=Sm, Gd, Tb, Dy; TM=Fe, Ni, Co, Cu) Pd-Ni-Cu-P ( c =0.067 K/s) Zr-Ti-Cu-Ni-Be (Vitraloy )

23 Masywne szkła metaliczne Bulk Metallic Glasses (BMG s) 3 kryteria empiryczne (A. Inoue 1997): co najmniej trzy składniki co najmniej 12% różnicy w średnicach atomowych składników ujemna entalpia mieszania H mix pomiędzy składnikami

24 Masywne szkła metaliczne (BMG s) Krytyczna szybkość chłodzenia <1 K/s

25 Masywne szkła metaliczne (BMG s)

26 Własności mechaniczne

27 Własności mechaniczne Magazynowanie energii mechanicznej

28 Własności mechaniczne

29 Własności magnetyczne Brak energii anizotropii własności magnetycznie miękkie

30 Kształtowanie cieczy przechłodzonej

31 Kształtowanie cieczy przechłodzonej

32 Kształtowanie cieczy przechłodzonej Metal, który można kształtować jak plastik