Szkła metaliczne
Szkła cdn.gemrockauctions.com/uploads/images/275000-279999/276152/276152_1338954219.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.)
Pierwsze szkła metaliczne www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/louzguine_labo/review-e.html
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
Technika melt-spinning Szybkość chłodzenia rzędu 10 5 K/s
Struktura atomowa szkieł metalicznych Model mikrokrystaliczny Model DRP (J.D. Bernal) Gęsto upakowane tetraedry Gęsto upakowane klastery
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.
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%
Struktura atomowa szkieł metalicznych Współczynnik upakowania układu dwu rodzajów kul o stosunku promieni równym R Dla stopów metalicznych R 0.6-1.4 DRP nie odzwierciedla wysokiego współczynnika upakowania atomów w szkle metalicznym.
Upakowanie kul w 2D
Upakowanie kul w 3D
Powstawanie szkieł metalicznych wynika ze zdolności do przechłodzenia cieczy metalicznych
Sieci Bravais a: dozwolone osie obrotu 1-, 2-, 3-, 4-, 6-krotne Zabroniona jest 5-krotna oś obrotu!
Uporządkowanie ikosaedryczne w cieczech Czworościan foremny (tetraedr) maksymalne lokalne upakowanie kul Dwudziestościan foremny (ikosaedr) 20 tetraedrów Pięciokrotna oś symetrii
Uporządkowanie ikosaedryczne w cieczach fcc: gęste upakowanie dalekiego zasięgu ikosaedr: gęste upakowanie bliskiego zasięgu
Uporządkowanie ikosaedryczne w szkłach metalicznych k 2 (k)[å -2 ] 0.9 0.6 0.3 0.0-0.3 Cu 65 Zr 35 Cu K-edge -0.6-0.9 experiment Molecular Dynamics 0 2 4 6 8 10 12 14 k [Å -1 ]
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 )
Uporządkowanie średniego zasięgu
Termodynamiczny efekt gęstego upakowania
Kinetyczny efekt gęstego upakowania
Krytyczna szybkość chłodzenia critical 2K/s
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 )
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
Masywne szkła metaliczne (BMG s) Krytyczna szybkość chłodzenia <1 K/s
Masywne szkła metaliczne (BMG s)
Własności mechaniczne
Własności mechaniczne Magazynowanie energii mechanicznej
Własności mechaniczne
Własności magnetyczne Brak energii anizotropii własności magnetycznie miękkie
Kształtowanie cieczy przechłodzonej
Kształtowanie cieczy przechłodzonej
Kształtowanie cieczy przechłodzonej Metal, który można kształtować jak plastik