วิธีการสมัยใหม่ในการผลิตวัสดุอสัณฐาน โครงสร้างผลึกและอสัณฐานของวัสดุ

V S Suchkov, A N Imatov

สถาบันสารพัดช่างกามาสเตท

นาเบเรจเนีย เชลนี่

อนาคตสำหรับการใช้งาน วัสดุอสัณฐาน

การพัฒนาเทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้เกิดความต้องการในการค้นหาและพัฒนาวัสดุโลหะใหม่ๆ ที่ไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่สูงขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติทางเคมีแต่ยังรวมไปถึงคุณสมบัติที่มีลักษณะแตกต่างกันออกไปซึ่งไม่สามารถทำได้โดยใช้วัสดุแบบดั้งเดิม โลหะผสมอสัณฐานเป็นวัสดุประเภทใหม่

โลหะผสมอสัณฐานเป็นวัสดุที่มี มีความแข็งแรงสูงและความต้านทานการกัดกร่อน เหล่านี้เป็นวัสดุแม่เหล็กอ่อนที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กฮิสเทรีซิสซึ่งเป็นระดับที่เป็นลักษณะของวัสดุแม่เหล็กอ่อนที่เป็นผลึกที่ดีที่สุด (เพอร์มัลลอย, เซนดัส) เหล่านี้เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติ invar; เหล่านี้เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่นพิเศษ (elinvar) และคุณสมบัติทางกลแม่เหล็ก (วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์ทางแม่เหล็กสูงและค่าสัมประสิทธิ์เพียโซแมกเนติก) เหล่านี้เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าพิเศษด้วย

คุณสามารถใช้โลหะผสมแม่เหล็กอ่อนอสัณฐานในขนาดใหญ่ได้:

การปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์โดยใช้โลหะผสมอสัณฐานที่มีลักษณะสมรรถนะสูงกว่าวัสดุผลึกแบบดั้งเดิม

การทดแทนวัสดุผลึกที่ใช้โลหะที่หายากด้วยโลหะผสมอสัณฐานซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบที่เข้าถึงได้ง่ายกว่าหรือมีองค์ประกอบที่หายากในปริมาณที่น้อยกว่า

การเปลี่ยนผ่านจากเทคโนโลยีหลายขั้นตอน ที่ใช้แรงงานเข้มข้น และใช้พลังงานมากแบบดั้งเดิม เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายมาเป็น วัสดุใหม่- และเทคโนโลยีประหยัดพลังงานสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์โดยการหลอมแข็งซึ่งส่วนใหญ่มีคุณสมบัติเป็นเทคโนโลยีที่ปราศจากขยะและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

วิธีการหลักในการผลิตผงอสัณฐานนั้นขึ้นอยู่กับการชุบแข็งอย่างรวดเร็วจากการหลอมละลายซึ่งจำแนกตามตำแหน่งของแผงระบายความร้อน:

วิธีการสร้างวัสดุของเหลวเมื่อสัมผัสกับแผ่นระบายความร้อน วิธีการนี้มีข้อได้เปรียบตรงที่ผลิตภัณฑ์จะถูกสร้างขึ้นตามลำดับทีละหยด (วิธีการทำให้เป็นละออง) การแข็งตัวของสเปรย์สามารถเกิดขึ้นได้ในหลายขั้นตอน และประวัติความร้อนของพื้นที่เฉพาะของตัวอย่างอาจค่อนข้างซับซ้อน

วิธีการส่งสารหลอมไปยังแผงระบายความร้อนอย่างต่อเนื่อง สม่ำเสมอ โดยไม่ต้องบดอัด (เทลงบนพื้นผิวที่เย็นลง)

วิธีการ (ซึ่งรวมถึงกระบวนการเชื่อมทั้งหมด) ที่เกี่ยวข้องกับการหลอมเหลวเฉพาะที่อย่างรวดเร็วและการแข็งตัวอย่างรวดเร็วตามมา โดยที่ยังคงสัมผัสกับแผ่นระบายความร้อนอย่างต่อเนื่อง (โดยปกติจะเป็นส่วนที่ยังไม่ละลายของวัสดุชนิดเดียวกัน) ตัวระบายความร้อนเย็นมักเป็นโลหะแข็งที่มีค่าการนำความร้อนสูง (เช่น ทองแดง) ในระหว่างการฉีดพ่น เมื่อการทำความเย็นและการแข็งตัวของหยดเกิดขึ้นในกระบวนการบินอย่างอิสระผ่านตัวกลางที่เป็นก๊าซ และเมื่ออัดเส้นใยที่หลอมละลายเป็นตัวกลางในการทำความเย็นด้วยของเหลว ก๊าซหรือของเหลวจะทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อน

สำหรับแต่ละวัสดุ สามารถสร้างแผนภาพรูปตัว C ของการเริ่มต้นของการตกผลึกได้ มันขึ้นอยู่กับการคำนวณการพึ่งพาเวลา ที, ซึ่งจำเป็นสำหรับการตกผลึกของเศษส่วนที่กำหนดของปริมาตรหลอมละลาย เอ็กซ์กับปริมาณอุณหภูมิร่างกายต่ำ Δ ต = (ตม- ต) . แผนภาพนี้เรียกว่า TTT – แผนภาพ ( ตัวอักษรเริ่มต้น คำภาษาอังกฤษ: การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ-เวลา-เวลา) แสดงอัตราการทำความเย็นที่สำคัญ ร.ต. รูปร่างเฉพาะของเส้นโค้ง TTT ถูกกำหนดโดยการซ้อนทับของปัจจัย 2 ประการที่กระทำในทิศทางตรงกันข้าม กล่าวคือ การเพิ่มขึ้น แรงผลักดันกระบวนการตกผลึกด้วยการเพิ่มความเย็นยิ่งยวดและลดการเคลื่อนที่ของการแพร่กระจายของอะตอม ประการแรก เมื่อเพิ่มความเย็นยิ่งยวด เวลาในการเริ่มตกผลึก ทีลดลงที่อุณหภูมิหนึ่ง เทนเนสซีมันถึงค่าต่ำสุดแล้ว ทีเอ็น- ด้วยการทำให้ของเหลวเย็นลงเป็นพิเศษ เวลาเริ่มตกผลึกที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจะถูกกำหนดโดยการเพิ่มขึ้นของความหนืดของของเหลวเป็นหลัก

ร.ต = (ตม- เทนเนสซี)/ ทีเอ็น

https://pandia.ru/text/77/508/images/image002_184.gif" width="294" height="301 src=">

โครงการ การพึ่งพาอุณหภูมิปริมาตรอิสระในของเหลวโดยไม่มีการเปลี่ยนไปสู่สถานะอสัณฐาน (1) และในกรณีที่เปลี่ยนเป็นสถานะอสัณฐานที่ ทีจี(2) แสดงเฉพาะการเปลี่ยนแปลงในปริมาตรอิสระ โดยไม่คำนึงถึงการขยายตัวทางความร้อนที่เกิดจากความไม่ลงรอยกันของการสั่นสะเทือนของอะตอม: โว– ปริมาตรจำเพาะของของเหลวเย็นยิ่งยวดที่ศูนย์สัมบูรณ์

อุณหภูมิ; Δ วี- ปริมาตรอิสระส่วนเกิน (“แช่แข็ง”) ในเฟสอสัณฐาน

ปริมาณฟรี เมื่อพิจารณาจากปริมาตรอิสระ ประการแรก เราสามารถหมายถึงความแตกต่างระหว่างปริมาตรของการหลอมเหลวได้ วีที่อุณหภูมิที่เลือก ตและปริมาตรของมัน โวที่ศูนย์สัมบูรณ์ ประการที่สอง คำจำกัดความของปริมาตรอิสระสามารถกำหนดได้ดังนี้ ปริมาตรอิสระคือความแตกต่างระหว่างปริมาตรของการหลอมละลาย วีที่อุณหภูมิที่เลือกและปริมาตรรวมของอะตอมที่เป็นส่วนประกอบ โดยปกติแล้วจะเป็นไปตามคำจำกัดความแรก ตามทฤษฎีของเหลว "รู" รากฐานทางกายภาพซึ่งกำหนดโดย J. Frenkel ของเหลวนั้นเป็นระบบที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันและไม่ต่อเนื่องซึ่งมีไมโครพอร์สมดุล (“ รู”) ที่มีปริมาตรเฉลี่ย ν ชม.และจำนวนนั้น นการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ปริมาตรรวมของรูขุมขนเหล่านี้ น" ν ชม.และกำหนดปริมาตรอิสระ Δ วีฉ. - หากสิ่งที่หลอมละลายสูญเสียความสามารถในการก่อตัว ปริมาณที่เพียงพอ micropores (ปริมาตรอิสระ Δ Vfถึงค่าต่ำ) จากนั้นจะมีความหนืดหลอมละลาย η ดังนั้นมันจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเกิดขึ้น

จากการศึกษาวิธีการเหล่านี้ ได้มีการพัฒนาวิธีการผลิตผงอสัณฐานในพลาสมาแบบปล่อยประจุไฟฟ้า

อัตราการระบายความร้อนที่สูงเป็นพิเศษของโลหะเหลวเพื่อให้ได้โครงสร้างอสัณฐานสามารถรับรู้ได้ วิธีทางที่แตกต่าง- สิ่งที่เหมือนกันคือความต้องการให้แน่ใจว่าอัตราการทำความเย็นอย่างน้อย 10 K/s มีวิธีที่รู้จักกันดีในการยิงหยดลงบนแผ่นเย็น การพ่นไอพ่นด้วยก๊าซหรือของเหลว การปั่นแยกหยดหรือไอพ่น การละลายฟิล์มบางๆ ของพื้นผิวโลหะด้วยเลเซอร์พร้อมการกำจัดความร้อนอย่างรวดเร็วโดยมวลของโลหะฐาน , การทำความเย็นที่รวดเร็วเป็นพิเศษจากตัวกลางที่เป็นก๊าซ ฯลฯ การใช้วิธีการเหล่านี้ทำให้สามารถรับเทปที่มีความกว้างและความหนาต่างๆ ลวดและผงได้

กำลังรับเทป.

ที่สุด ด้วยวิธีที่มีประสิทธิภาพการผลิตทางอุตสาหกรรมของเทปอสัณฐานคือการระบายความร้อนให้กับเจ็ทของโลหะเหลวบนพื้นผิวภายนอก (การชุบด้วยดิสก์) หรือภายใน (การชุบด้วยแรงเหวี่ยง) ของถังหมุนหรือการรีดของเหลวที่หลอมละลายระหว่างลูกกลิ้งเย็นที่ทำจากวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนสูง

ในรูป มอบให้ 1 อัน แผนภาพวงจรวิธีการเหล่านี้ สารหลอมที่ได้จากเตาเหนี่ยวนำจะถูกบีบออกจากหัวฉีดด้วยก๊าซที่เป็นกลาง และแข็งตัวเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวของตัวทำความเย็นที่หมุนได้ (ตู้เย็น) ความแตกต่างก็คือในวิธีการดับและดับแบบแรงเหวี่ยงบนดิสก์ การหลอมจะถูกทำให้เย็นลงเพียงด้านเดียว ปัญหาหลักคือการได้รับความสะอาดของพื้นผิวภายนอกในระดับที่เพียงพอซึ่งไม่ได้สัมผัสกับตู้เย็น วิธีการรีดแบบหลอมทำให้ได้ อย่างดีพื้นผิวทั้งสองของเทป ซึ่งมีความสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเทปอสัณฐานที่ใช้กับหัวบันทึกแบบแม่เหล็ก แต่ละวิธีมีข้อจำกัดในเรื่องขนาดของเทป เนื่องจากมีความแตกต่างทั้งในกระบวนการแข็งตัวและในการออกแบบฮาร์ดแวร์ของวิธีการต่างๆ

ข้าว. 1. วิธีการผลิตแผ่นบางโดยการหลอมละลาย:

เอ - การชุบแข็งแบบแรงเหวี่ยงข - การชุบแข็งบนดิสก์วี - ละลายกลิ้ง;ช - การชุบแข็งแบบแรงเหวี่ยงง - ดาวน์โหลดดาวเคราะห์บนดิสก์

ข้าว. 2 - อุปกรณ์สำหรับเพิ่มเวลาสัมผัสของเทปชุบแข็งด้วยดิสก์:ก - การใช้หัวฉีดแก๊ส

ข - การใช้เข็มขัดหนีบ

หากในระหว่างการชุบแข็งแบบแรงเหวี่ยงความกว้างของแถบสูงถึง 5 มม. การรีดจะสร้างแถบที่มีความกว้าง 10 มม. ขึ้นไป วิธีการชุบแข็งด้วยจานซึ่งต้องใช้อุปกรณ์ที่ง่ายกว่า ช่วยให้ความกว้างของแถบเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้าง ขึ้นอยู่กับขนาดของถ้วยใส่ตัวอย่างที่หลอมละลาย วิธีการนี้ช่วยให้คุณผลิตทั้งเทปแคบที่มีความกว้าง 0.1-0.2 มม. และเทปกว้าง - สูงสุด 100 มม. และความแม่นยำในการรักษาความกว้างสามารถอยู่ที่± 3 ไมครอน กำลังพัฒนาการติดตั้งที่มีความจุเบ้าหลอมสูงสุด 50 กก.

ในการติดตั้งการชุบแข็งทั้งหมดจาก สถานะของเหลวโลหะจะแข็งตัวอย่างรวดเร็วโดยกระจายเป็นชั้นบาง ๆ เหนือพื้นผิวของตู้เย็นแบบหมุน หากองค์ประกอบของโลหะผสมคงที่ อัตราการเย็นตัวจะขึ้นอยู่กับความหนาของโลหะหลอมและลักษณะของตู้เย็น ความหนาของสารหลอมบนตู้เย็นนั้นพิจารณาจากความเร็วของการหมุนและความเร็วของการไหลของสารหลอมนั่นคือขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีดและแรงดันแก๊สบนสารหลอม ความสำคัญอย่างยิ่งมันมี ทางเลือกที่ถูกต้องมุมของการหลอมละลายไปยังดิสก์ทำให้ช่วยเพิ่มระยะเวลาในการสัมผัสกับโลหะกับตู้เย็น อัตราการเย็นตัวยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของของเหลวที่หลอมละลายด้วย เช่น การนำความร้อน ความจุความร้อน ความหนืด ความหนาแน่น

การเพิ่มระยะเวลาการสัมผัสโลหะที่แข็งตัวกับดิสก์สามารถทำได้โดยใช้อุปกรณ์พิเศษ: ไอพ่นแก๊สกดสายพานเข้ากับดิสก์หรือสายพานที่ทำจากโลหะผสมทองแดงโดยเบริลเลียมเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเดียวกันกับดิสก์ (รูปที่ 13.34) . ดังนั้นความหนาสูงสุดของแถบอสัณฐานจึงขึ้นอยู่กับอัตราการเย็นตัววิกฤตของโลหะผสมและความสามารถของโรงงานชุบแข็ง หากอัตราการทำความเย็นที่ใช้ในการติดตั้งน้อยกว่าค่าวิกฤต การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของโลหะจะไม่เกิดขึ้น

ข้าว. 3. วิธีการผลิตลวดแข็งหลอมเหลวบาง:

ก - ดึงสารหลอมผ่านสารหล่อเย็น (การอัดขึ้นรูปหลอม)ข - ดึงด้ายออกจากถังหมุนวี - ดึงสิ่งที่หลอมละลายในเส้นเลือดฝอยแก้ว 1 - ละลาย; 2 - สารหล่อเย็น; 3 - แก้ว; 4 - หัวฉีด; 5 - ลวดม้วน

สายรับ.

เพื่อให้ได้ลวดอสัณฐานบาง ๆ จะใช้วิธีการดึงเส้นใยจากการหลอมหลายวิธี

ในวิธีแรก (รูปที่ 3ก) โลหะหลอมเหลวจะถูกดึงเป็นท่อกลมผ่าน สารละลายน้ำเกลือ ในวินาที (รูปที่ 3)ข) - กระแสของโลหะหลอมเหลวตกลงไปในของเหลวที่ถูกยึดโดยแรงเหวี่ยงที่ พื้นผิวด้านในถังหมุน: ด้ายที่แข็งตัวแล้วจะถูกคลายออกจากของเหลวที่กำลังหมุน วิธีการที่ทราบกันดีประกอบด้วยการหาลวดอสัณฐานโดยดึงส่วนที่หลอมละลายให้เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในเส้นเลือดฝอยแก้ว (รูปที่ 3,วี) วิธีการนี้เรียกอีกอย่างว่าวิธีเทย์เลอร์ เส้นใยได้มาจากการดึงวัสดุหลอมพร้อมๆ กันด้วยหลอดแก้ว และมีเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใย 2-5 ไมครอน ปัญหาหลักที่นี่คือการแยกเส้นใยออกจากกระจกที่คลุมอยู่ ซึ่งจะจำกัดองค์ประกอบของโลหะผสมที่แปรสภาพด้วยวิธีนี้โดยธรรมชาติ

การเตรียมผง.ในการผลิตผงโลหะผสมอสัณฐาน คุณสามารถใช้วิธีการและอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตผงโลหะจำนวนมากได้

ในรูป รูปที่ 4 แผนผังแสดงวิธีการต่างๆ ที่ทำให้ได้ผงอสัณฐานในปริมาณมาก ในหมู่พวกเขาสิ่งแรกที่ต้องสังเกตคือวิธีการฉีดพ่นที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว

เป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถผลิตผงอสัณฐานได้โดยวิธีคาวิเทชั่น โดยการรีดวัสดุหลอมเป็นม้วน และโดยวิธีการพ่นโลหะหลอมด้วยจานหมุน ในวิธีการคาวิเทชั่น (รูปที่ 4ข) หลอมละลาย

ข้าว. 4. วิธีการรับผงอสัณฐาน:

ก - วิธีสเปรย์ (วิธีสเปรย์)ข - วิธีคาวิเทชั่นวี - วิธีการพ่นสารหลอมด้วยจานหมุน 1 - ผง; 2 - วัตถุดิบ: 3 - หัวฉีด; 4 - สารหล่อเย็น; 5 - จานแช่เย็น

โลหะถูกบีบออกมาในช่องว่างระหว่างสองม้วน (0.2-0.5 มม.) ซึ่งทำจากกราไฟท์หรือโบรอนไนไตรด์ การเกิดโพรงอากาศเกิดขึ้น - สารหลอมจะถูกโยนออกมาโดยลูกกลิ้งในรูปของผง ซึ่งตกลงไปบนแผ่นระบายความร้อนหรือลงในสารละลายที่เป็นน้ำหล่อเย็น การเกิดโพรงอากาศเกิดขึ้นในช่องว่างระหว่างม้วน ซึ่งส่งผลให้ฟองก๊าซที่อยู่ในโลหะหายไป วิธีการพ่นดิสก์แบบหมุน (รูปที่ 4,วี) โดยหลักการแล้วคล้ายกับวิธีการทำลวดเส้นเล็กที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ แต่ที่นี่โลหะหลอมเหลวที่เข้าสู่ของเหลวถูกพ่นเนื่องจากการเคลื่อนไหวที่ปั่นป่วน เมื่อใช้วิธีนี้จะได้ผงในรูปของเม็ดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100 ไมครอน

โลหะผสมอสัณฐาน (แก้วโลหะ) เป็นของแข็งโลหะที่ไม่มีลำดับระยะยาวในการจัดเรียงอะตอม สิ่งนี้ทำให้พวกเขา ทั้งบรรทัดความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากโลหะผลึกธรรมดา

โลหะผสมอสัณฐานได้รับมาครั้งแรกในปี 1960 โดย P. Duvez แต่การวิจัยอย่างกว้างขวางและการใช้ในอุตสาหกรรมเริ่มขึ้นในทศวรรษต่อมา - หลังจากคิดค้นวิธีการปั่นในปี 1968 ปัจจุบันมีการรู้จักระบบโลหะผสมอมอร์ฟิซิ่งหลายร้อยระบบ โครงสร้างและคุณสมบัติของแก้วโลหะได้รับการศึกษาในรายละเอียดเพียงพอ และขอบเขตของการประยุกต์ในอุตสาหกรรมกำลังขยายออกไป

วิธีการผลิตโลหะผสมอสัณฐาน

อัตราการระบายความร้อนที่สูงเป็นพิเศษของโลหะเหลวเพื่อให้ได้โครงสร้างอสัณฐานสามารถทำได้หลายวิธี สิ่งที่เหมือนกันคือความต้องการให้แน่ใจว่าอัตราการทำความเย็นอย่างน้อย 106 องศา/วินาที มีวิธีที่รู้จักกันดีในการยิงหยดลงบนแผ่นเย็น การพ่นไอพ่นด้วยก๊าซหรือของเหลว การปั่นแยกหยดหรือไอพ่น การละลายฟิล์มบางๆ ของพื้นผิวโลหะด้วยเลเซอร์พร้อมการกำจัดความร้อนอย่างรวดเร็วโดยมวลของโลหะฐาน , การทำความเย็นอย่างรวดเร็วเป็นพิเศษจากตัวกลางที่เป็นก๊าซ ฯลฯ การใช้วิธีการเหล่านี้ทำให้สามารถรับเทปที่มีความกว้างและความหนา ลวด และผงต่างๆ ได้

วิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการผลิตเทปอสัณฐานทางอุตสาหกรรมคือการทำให้ไอพ่นของโลหะเหลวเย็นลงบนพื้นผิวภายนอก (การชุบด้วยดิสก์) หรือภายใน (การชุบด้วยแรงเหวี่ยง) ของดรัมที่กำลังหมุน หรือการรีดส่วนที่ละลายระหว่างลูกกลิ้งเย็นที่ทำจากวัสดุที่มีการนำความร้อนสูง

รูปที่ 1. วิธีการผลิตแผ่นบางโดยการชุบแข็งจากการหลอม: ก) การชุบแข็งแบบแรงเหวี่ยง; b) การชุบแข็งบนดิสก์ c) ละลายกลิ้ง; d) การชุบแข็งแบบแรงเหวี่ยง; e) การแข็งตัวของดาวเคราะห์

รูปที่ 1 แสดงแผนผังของวิธีการเหล่านี้ สารหลอมที่ได้จากเตาเหนี่ยวนำจะถูกบีบออกจากหัวฉีดด้วยก๊าซที่เป็นกลาง และแข็งตัวเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวของตัวทำความเย็นที่หมุนได้ (ตู้เย็น) ข้อแตกต่างก็คือวิธีการชุบแข็งแบบแรงเหวี่ยงและการชุบดิสก์ การหลอมจะถูกทำให้เย็นลงเพียงด้านเดียว

ปัญหาหลักคือการได้รับความสะอาดของพื้นผิวภายนอกในระดับที่เพียงพอซึ่งไม่ได้สัมผัสกับตู้เย็น วิธีการรีดแบบหลอมทำให้มีคุณภาพดีบนพื้นผิวทั้งสองของเทป ซึ่งมีความสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเทปอสัณฐานที่ใช้กับหัวบันทึกแบบแม่เหล็ก แต่ละวิธีมีข้อจำกัดในเรื่องขนาดของเทป เนื่องจากมีความแตกต่างทั้งในกระบวนการแข็งตัวและในการออกแบบฮาร์ดแวร์ของวิธีการต่างๆ หากในระหว่างการชุบแข็งแบบแรงเหวี่ยงความกว้างของแถบสูงถึง 5 มม. การรีดจะสร้างแถบที่มีความกว้าง 10 มม. ขึ้นไป

วิธีการชุบแข็งด้วยจานซึ่งต้องใช้อุปกรณ์ที่ง่ายกว่า ช่วยให้ความกว้างของแถบเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้าง ขึ้นอยู่กับขนาดของถ้วยใส่ตัวอย่างที่หลอมละลาย วิธีนี้ทำให้สามารถผลิตทั้งเทปแคบที่มีความกว้าง 0.1-0.2 มม. และเทปกว้าง - สูงสุด 100 มม. และความแม่นยำในการรักษาความกว้างสามารถอยู่ที่± 3 ไมครอน กำลังพัฒนาการติดตั้งที่มีความจุเบ้าหลอมสูงสุด 50 กิโลกรัม ในการติดตั้งทั้งหมดสำหรับการชุบแข็งจากสถานะของเหลว โลหะจะแข็งตัวอย่างรวดเร็วโดยกระจายเป็นชั้นบาง ๆ เหนือพื้นผิวของตู้เย็นแบบหมุน หากองค์ประกอบของโลหะผสมคงที่ อัตราการเย็นตัวจะขึ้นอยู่กับความหนาของโลหะหลอมและลักษณะของตู้เย็น ความหนาของสารหลอมบนตู้เย็นนั้นพิจารณาจากความเร็วของการหมุนและอัตราการไหลของสารหลอมนั่นคือขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีดและแรงดันแก๊สบนสารหลอม สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งคือทางเลือกที่ถูกต้องของมุมการจ่ายโลหะที่ละลายไปยังดิสก์ซึ่งช่วยให้คุณสามารถเพิ่มระยะเวลาในการสัมผัสกับโลหะกับตู้เย็นได้ อัตราการเย็นตัวยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของของเหลวที่หลอมละลายด้วย เช่น การนำความร้อน ความจุความร้อน ความหนืด ความหนาแน่น

เพื่อให้ได้ลวดอสัณฐานบาง ๆ จะใช้วิธีการดึงเส้นใยจากการหลอมหลายวิธี

รูปที่ 2 วิธีการผลิตลวดเส้นเล็กที่แข็งตัวจากการหลอม: ก) ดึงลวดที่หลอมละลายผ่านของเหลวหล่อเย็น (การอัดรีดแบบหลอม); b) ดึงด้ายออกจากถังหมุน c) ดึงสิ่งที่ละลายออกมาในเส้นเลือดฝอยแก้ว 1 - ละลาย; 2 -- สารหล่อเย็น; 3 -- แก้ว; 4 - หัวฉีด; 5 - ลวดม้วน

ในวิธีแรก (รูปที่ 2 ก) โลหะหลอมเหลวจะถูกดึงในท่อกลมผ่านสารละลายเกลือที่เป็นน้ำ

ในช่วงที่สอง (รูปที่ 2, b) กระแสของโลหะหลอมเหลวตกลงไปในของเหลวที่ถูกยึดโดยแรงเหวี่ยงบนพื้นผิวด้านในของถังหมุน: จากนั้นด้ายที่แข็งตัวจะถูกคลายออกจากของเหลวที่กำลังหมุน วิธีที่ทราบกันดีประกอบด้วยการหาลวดอสัณฐานโดยดึงส่วนที่หลอมละลายให้เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในเส้นเลือดฝอยแก้ว (รูปที่ 2, c)

วิธีการนี้เรียกอีกอย่างว่าวิธีเทย์เลอร์ เส้นใยได้มาจากการดึงวัสดุหลอมพร้อมๆ กันด้วยหลอดแก้ว และมีเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใย 2-5 ไมครอน ปัญหาหลักที่นี่คือการแยกเส้นใยออกจากกระจกที่คลุมอยู่ ซึ่งจะจำกัดองค์ประกอบของโลหะผสมที่แปรสภาพด้วยวิธีนี้โดยธรรมชาติ

การนำเสนอ

ระเบียบวินัย: กระบวนการในการรับอนุภาคนาโนและวัสดุนาโน

ในหัวข้อ: “การเตรียมวัสดุนาโนโดยใช้การแปลงโซลิดเฟส”

สมบูรณ์:

นักเรียน ก. 4301-11

มูคามิโตวา เอ.เอ.

คาซาน, 2014

	การแนะนำ
1.
	1.1.	วิธีการสะสมด้วยไฟฟ้าของฟิล์มอสัณฐานจากสารละลายอิเล็กโทรไลต์
	1.2.	การปรับสภาพของสถานะคริสตัลโดยการนำข้อบกพร่องจำนวนมากมาสู่คริสตัล
	1.3.	การเปลี่ยนรูปพลาสติกแบบเข้มข้น
	1.4.	การดับสถานะของเหลว
2.	ข้อดีและข้อเสียของวิธีการได้มาซึ่งวัสดุนาโนโดยใช้การแปลงโซลิดเฟส
	บทสรุป
	รายการอ้างอิงที่ใช้

การแนะนำ

ใน เมื่อเร็วๆ นี้มีการพัฒนาวิธีการจำนวนหนึ่งสำหรับการผลิตวัสดุนาโนซึ่งมีการกระจายตัวในของแข็งโดยไม่เปลี่ยนสถานะการรวมตัว

ควบคุมการตกผลึกจากสถานะสัณฐานเป็นวิธีหนึ่งในการได้รับวัสดุนาโนจำนวนมาก วิธีการประกอบด้วยการได้วัสดุอสัณฐาน เช่น โดยการดับจากสถานะของเหลว จากนั้นจึงตกผลึกภายใต้สภาวะการให้ความร้อนที่ควบคุม

อสัณฐานคือโลหะที่อยู่ในสถานะของแข็งซึ่งการจัดเรียงอะตอมไม่มีลำดับระยะยาวลักษณะของโลหะในสถานะปกติเช่น สถานะผลึก เพื่อระบุลักษณะเฉพาะของโลหะในสถานะนี้ คำว่า "แก้วโลหะ" และที่เรียกกันทั่วไปน้อยกว่าคือ "โลหะที่ไม่ใช่ผลึก" ก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน สถานะอสัณฐานเป็นกรณีจำกัดของความไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของระบบโลหะแข็ง ตรงข้ามกับสถานะทางอุณหพลศาสตร์ของผลึกที่ปราศจากข้อบกพร่อง

เป็นเวลาหลายพันปีที่มนุษยชาติใช้โลหะแข็งในสถานะผลึกโดยเฉพาะ เฉพาะในช่วงปลายทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่พยายามที่จะได้รับการเคลือบโลหะที่ไม่ใช่ผลึกในรูปแบบของฟิล์มบาง ๆ โดยใช้การสะสมสูญญากาศปรากฏขึ้น ในปี 1950 ฟิล์มอสัณฐานของโลหะผสม Ni–P ได้มาจากการวางตำแหน่งด้วยไฟฟ้าจากสารละลาย ฟิล์มดังกล่าวถูกนำมาใช้เป็นสารเคลือบแข็ง ทนต่อการสึกหรอ และทนต่อการกัดกร่อน

สถานการณ์เปลี่ยนแปลงไปอย่างมากเมื่อในปี 1960 มีการค้นพบวิธีการผลิตโลหะผสมอสัณฐานโดยการทำให้สถานะของเหลวแข็งตัว และในปี 1968 มีการค้นพบวิธีการชุบแข็งการหลอมบนพื้นผิวของจานหมุนเพื่อผลิตริบบิ้นอสัณฐานที่มีความยาวมาก (หลายร้อย เมตร) สิ่งนี้เปิดความเป็นไปได้ในการผลิตโลหะอสัณฐานขนาดใหญ่ด้วยต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ และนำไปสู่การเติบโตอย่างรวดเร็วในการวิจัยในสาขาโลหะผสมอสัณฐาน

ในปัจจุบัน ประมาณ 80% ของโลหะผสมอสัณฐานทางอุตสาหกรรมถูกผลิตขึ้นมาเพื่อเอกลักษณ์เฉพาะตัว คุณสมบัติทางแม่เหล็ก- พวกมันถูกใช้เป็นวัสดุแม่เหล็กอ่อนที่รวมคุณสมบัติไอโซโทรปิก การซึมผ่านของแม่เหล็กสูง การเหนี่ยวนำความอิ่มตัวสูง และแรงบีบบังคับต่ำ ใช้สำหรับการผลิตตะแกรงแม่เหล็ก ตัวกรองและตัวแยกแม่เหล็ก เซ็นเซอร์ หัวบันทึก ฯลฯ แกนหม้อแปลงที่ทำจากโลหะผสมอสัณฐานมีลักษณะเฉพาะคือการสูญเสียการกลับตัวของสนามแม่เหล็กที่ต่ำมากเนื่องจากการวนซ้ำฮิสเทรีซิสที่แคบ เช่นเดียวกับความต้านทานไฟฟ้าที่สูงและความหนาเล็กน้อยของเทปอสัณฐาน ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับกระแสไหลวน

เมื่อเร็ว ๆ นี้ประมาณกลางทศวรรษที่ 90 ของศตวรรษที่ 20 ความสนใจในองค์ประกอบโครงสร้างของวัสดุต่าง ๆ รวมถึงโลหะที่มีขนาดนาโน (1...100 นาโนเมตร) ได้เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ด้วยขนาดของการก่อตัวของโครงสร้างดังกล่าว โดยเฉพาะผลึก สัดส่วนของอนุภาคบนพื้นผิวที่มีปฏิสัมพันธ์แตกต่างจากที่อยู่ภายในปริมาตรของอนุภาคจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เป็นผลให้คุณสมบัติของวัสดุที่เกิดจากอนุภาคดังกล่าวอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญจากคุณสมบัติของวัสดุที่มีองค์ประกอบเดียวกัน แต่มีขนาดใหญ่กว่า หน่วยโครงสร้าง- เพื่อระบุลักษณะเฉพาะของวัสดุและวิธีการในการผลิต จึงมีการใช้คำศัพท์พิเศษ วัสดุนาโน นาโนเทคโนโลยี และอุตสาหกรรมนาโน และใช้กันอย่างแพร่หลาย

ใน ความเข้าใจที่ทันสมัยวัสดุนาโนเป็นผลิตภัณฑ์ประเภทหนึ่งที่มีลักษณะเป็นวัสดุที่ประกอบด้วย องค์ประกอบโครงสร้างขนาดนาโนเมตรการมีอยู่ซึ่งให้การปรับปรุงที่สำคัญหรือการเกิดขึ้นของคุณสมบัติทางกล, เคมี, กายภาพ, ชีวภาพและอื่น ๆ ในเชิงคุณภาพที่กำหนดโดยการสำแดงของปัจจัยระดับนาโน และนาโนเทคโนโลยีเป็นชุดของวิธีการและเทคนิคที่ใช้ในการศึกษา การออกแบบ การผลิต และการใช้โครงสร้าง อุปกรณ์และระบบ รวมถึงการควบคุมแบบกำหนดเป้าหมายและการปรับเปลี่ยนรูปร่าง ขนาด การบูรณาการ และปฏิสัมพันธ์ของระดับนาโนที่เป็นส่วนประกอบ (1...100 นาโนเมตร) องค์ประกอบเพื่อให้ได้วัตถุที่มีคุณสมบัติทางเคมี กายภาพ และชีวภาพใหม่ ดังนั้น อุตสาหกรรมนาโนจึงเป็นการผลิตวัสดุนาโนที่ใช้เทคโนโลยีนาโน เมื่อใช้กับโลหะ คำว่า "นาโนคริสตัลไลน์" มักจะหมายถึงโลหะที่มีขนาดผลึกอยู่ในช่วงนาโนเมตรข้างต้น

การพัฒนาวัสดุนาโน เทคโนโลยีนาโน และการใช้วัตถุที่มีโครงสร้างขนาดนาโนควบคุมนั้นเป็นไปได้อย่างมากเนื่องจากการเกิดขึ้นของเครื่องมือวิจัยและวิธีการโดยตรงในการศึกษาวัตถุในระดับอะตอม ตัวอย่างเช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านสมัยใหม่ที่มีกำลังขยายประมาณ 1.5x10 6 ช่วยให้สามารถสังเกตโครงสร้างอะตอมด้วยสายตาได้

มีอยู่ วิธีทางที่แตกต่างการได้มาซึ่งวัสดุที่มีโครงสร้างนาโนรวมถึงโลหะด้วย ตัวอย่างเช่น คุณสามารถรับโครงสร้างนาโนในชิ้นงานโลหะจำนวนมากได้โดยการบดผลึกธรรมดาให้เป็นชิ้นที่มีขนาดนาโน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสามารถทำได้โดยการเสียรูปพลาสติกอย่างรุนแรง อย่างไรก็ตามวิธีการปรับแต่งโครงสร้างโดยการเสียรูปไม่อนุญาตให้มีการผลิตโลหะนาโนคริสตัลไลน์ในระดับอุตสาหกรรมและไม่ได้อยู่ในเทคโนโลยีโลหะวิทยาแบบดั้งเดิม

ในเวลาเดียวกัน โครงสร้างโลหะระดับนาโนคริสตัลไลน์และอสัณฐานสามารถหาได้จากวิธีการทางโลหะวิทยาแบบดั้งเดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยการทำให้โลหะหลอมเย็นลงอย่างรวดเร็ว ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการดับของสถานะของเหลวมีสามตัวเลือกสำหรับการก่อตัวของโครงสร้าง:

· การตกผลึกระดับนาโนโดยตรงในระหว่างกระบวนการชุบแข็งหลอมเหลว (กรณีที่จำกัดของการตกผลึกแบบเร่งแบบธรรมดา ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของไม่เพียงแต่เนื้อละเอียดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโครงสร้างนาโนด้วย)

· ในกระบวนการหลอมละลาย การตกผลึกบางส่วนเกิดขึ้น ดังนั้นจึงเกิดโครงสร้างผลึกอสัณฐานคอมโพสิตขึ้น

· ในระหว่างการชุบแข็ง จะเกิดโครงสร้างอสัณฐานขึ้น และโครงสร้างนาโนคริสตัลไลน์จะเกิดขึ้นในระหว่างการหลอมในภายหลัง

โลหะนาโนคริสตัลไลน์และโลหะอสัณฐานที่ได้จากการชุบแข็งด้วยของเหลวยังใช้เป็นวัสดุแม่เหล็กและไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวเป็นหลัก พวกมันถูกใช้เป็นวัสดุแม่เหล็กอ่อนและแข็ง ตัวนำ สารกึ่งตัวนำ ไดอิเล็กทริก ฯลฯ

โดยเฉพาะโลหะผสมแม่เหล็กชนิดอ่อนประเภท Finemet มีการใช้อย่างแพร่หลาย สิ่งเหล่านี้คือโลหะผสมนาโนคริสตัลไลน์ของระบบ Fe–Si–B ที่มีการเติม Cu และ Nb หรือโลหะทนไฟอื่น ๆ โลหะผสมได้มาจากการตกผลึกบางส่วนของสถานะอสัณฐาน โครงสร้างประกอบด้วยผลึกเฟอร์โรแมกเนติกขนาด 10...30 นาโนเมตร ซึ่งกระจายอยู่ในเมทริกซ์อสัณฐาน ซึ่งคิดเป็น 20 ถึง 40% ของปริมาตร โลหะผสมประเภท Finemet มีแรงบีบบังคับต่ำมาก มีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กและการทำให้เกิดแม่เหล็กสูง และการสูญเสียการกลับตัวของแม่เหล็กต่ำ เหนือกว่าในลักษณะเฉพาะของโลหะผสมแม่เหล็กอ่อนอื่นๆ รวมถึงโลหะผสมอสัณฐานด้วย

โลหะผสมนาโนคริสตัลไลน์แข็งแบบแม่เหล็กของระบบ Fe – Nd – B และ Fe – Sm – N ก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน เนื่องจากหลายๆ วัสดุแม่เหล็ก(Fe–Si, Fe–Nd–B) เปราะ จากนั้นการลดขนาดเกรนไม่เพียงปรับปรุงคุณลักษณะทางแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังเพิ่มความเหนียวอีกด้วย

วิธีการผลิตโลหะอสัณฐาน

การผลิตโลหะอสัณฐานสามารถทำได้โดยการบดขยี้ตัวผลึกเริ่มต้นเพื่อให้ได้โครงสร้างอสัณฐาน (เส้นทาง "จากบนลงล่าง") เส้นทางนี้เกี่ยวข้องกับการหยุดชะงักของการจัดเรียงอะตอมตามปกติในวัตถุที่เป็นผลึกอันเป็นผลมาจากอิทธิพลภายนอกที่มีต่อคริสตัลและการเปลี่ยนแปลงของวัตถุที่เป็นผลึกแข็งให้เป็นของแข็งอสัณฐาน

จนถึงปัจจุบันเราทราบวิธีการทางเทคนิคหลายประการในการใช้เส้นทางเหล่านี้ (รูปที่ 1) เนื่องจากโลหะอสัณฐานจากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์ เป็นระบบที่ไม่มีความสมดุลอย่างมากและมีพลังงานส่วนเกินจำนวนมาก การผลิตนั้นตรงกันข้ามกับการผลิตโลหะผลึกที่ต้องใช้กระบวนการที่ไม่สมดุล ในรูปนี้ กระบวนการสมดุลของการเปลี่ยนเฟสของโลหะจะแสดงด้วยลูกศรทึบ และกระบวนการที่ไม่สมดุลของการได้โลหะอสัณฐานจะแสดงด้วยลูกศรประ

รูปที่ 1. วิธีการบรรลุสภาวะสมดุลและสภาวะไม่สมดุลของโลหะ

ดังต่อไปนี้จากแผนภาพด้านบน โลหะอสัณฐาน (และนาโนคริสตัลไลน์) ที่ไม่มีความสมดุลทางอุณหพลศาสตร์สามารถได้รับจากเฟสสมดุลใดๆ:

· การควบแน่นจากเฟสก๊าซ มีข้อสงวนบางประการที่สามารถรวมวิธีการสะสมด้วยไฟฟ้าของฟิล์มอสัณฐานจากสารละลายอิเล็กโทรไลต์ไว้ในกลุ่มนี้ได้

· การเปลี่ยนแปลงสภาพของผลึกโดยทำให้เกิดข้อบกพร่องจำนวนมากในผลึก

· การแข็งตัวของสถานะของเหลวจากการหลอมโลหะ

สองวิธีแรกในการผลิตโลหะอสัณฐาน - จากเฟสก๊าซและโลหะผลึก - ปรากฏขึ้นในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ผ่านมาและมีการใช้มาเป็นเวลานานพอสมควร แต่ไม่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีทางโลหะวิทยา