W przeciwieństwie do ciał krystalicznych, w ciele amorficznym nie ma ścisłego porządku w rozmieszczeniu cząstek.

Chociaż amorficzne ciała stałe są w stanie zachować swój kształt, nie mają sieci krystalicznej. Pewien wzór obserwuje się tylko dla cząsteczek i atomów znajdujących się w pobliżu. To zamówienie nazywa się zamknąć porządek . Nie powtarza się we wszystkich kierunkach i nie utrzymuje się na długich dystansach, jak w przypadku ciał krystalicznych.

Przykładami ciał amorficznych są szkło, bursztyn, żywice sztuczne, wosk, parafina, plastelina itp.

Cechy ciał amorficznych

Atomy w ciałach amorficznych wibrują wokół losowo rozmieszczonych punktów. Dlatego budowa tych ciał przypomina strukturę cieczy. Ale zawarte w nich cząsteczki są mniej mobilne. Czas ich oscylacji wokół położenia równowagi jest dłuższy niż w cieczach. Znacznie rzadziej zdarzają się także skoki atomów na inną pozycję.

Jak zachowują się krystaliczne ciała stałe po podgrzaniu? Zaczynają się topić w pewnym momencie temperatura topnienia. I przez pewien czas znajdują się jednocześnie w stanie stałym i ciekłym, aż cała substancja się stopi.

Amorficzne ciała stałe nie mają określonej temperatury topnienia . Po podgrzaniu nie topią się, ale stopniowo miękną.

Umieść kawałek plasteliny w pobliżu urządzenia grzewczego. Po pewnym czasie stanie się miękki. Nie dzieje się to od razu, ale po pewnym czasie.

Ponieważ właściwości ciał amorficznych są podobne do właściwości cieczy, uważa się je za ciecze przechłodzone o bardzo dużej lepkości (ciecze zamrożone). W normalnych warunkach nie mogą płynąć. Ale po podgrzaniu skoki atomów w nich występują częściej, lepkość maleje, a ciała amorficzne stopniowo miękną. Im wyższa temperatura, tym niższa lepkość i stopniowo ciało amorficzne staje się płynne.

Zwykłe szkło jest stałym ciałem amorficznym. Otrzymuje się go przez stopienie tlenku krzemu, sody i wapna. Po podgrzaniu mieszaniny do 1400 o C otrzymuje się płynną szklistą masę. Po ochłodzeniu płynne szkło nie krzepnie jak ciała krystaliczne, ale pozostaje cieczą, której lepkość wzrasta, a płynność maleje. W normalnych warunkach wydaje nam się ciałem stałym. Ale tak naprawdę jest to ciecz, która ma ogromną lepkość i płynność, tak niską, że ledwo mogą ją rozróżnić najbardziej ultraczułe instrumenty.

Stan amorficzny substancji jest niestabilny. Z biegiem czasu stopniowo przechodzi ze stanu amorficznego w stan krystaliczny. Proces ten zachodzi z różną szybkością w różnych substancjach. Widzimy, jak laski cukierków pokrywają się kryształkami cukru. To nie zajmuje dużo czasu.

A żeby w zwykłym szkle utworzyły się kryształy, musi upłynąć dużo czasu. Podczas krystalizacji szkło traci swoją wytrzymałość, przezroczystość, staje się mętne i kruche.

Izotropia ciał amorficznych

W ciałach krystalicznych właściwości fizyczne zmieniają się w różnych kierunkach. Ale w ciałach amorficznych są one takie same we wszystkich kierunkach. Zjawisko to nazywa się izotropia .

Ciało amorficzne przewodzi prąd i ciepło jednakowo we wszystkich kierunkach i jednakowo załamuje światło. Dźwięk również rozchodzi się równomiernie w ciałach amorficznych we wszystkich kierunkach.

Właściwości substancji amorficznych wykorzystywane są w nowoczesnych technologiach. Szczególnie interesujące są stopy metali, które nie mają struktury krystalicznej i należą do ciał stałych amorficznych. Nazywają się metalowe okulary . Ich właściwości fizyczne, mechaniczne, elektryczne i inne różnią się od właściwości zwykłych metali na lepsze.

Dlatego w medycynie stosuje się stopy amorficzne, których wytrzymałość przekracza wytrzymałość tytanu. Służą do wykonywania śrub lub płytek łączących złamane kości. W przeciwieństwie do elementów złącznych tytanowych, materiał ten stopniowo ulega rozpadowi i z czasem zostaje zastąpiony materiałem kostnym.

Stopy o wysokiej wytrzymałości są wykorzystywane do produkcji narzędzi skrawających, złączek, sprężyn i części mechanizmów.

W Japonii opracowano amorficzny stop o wysokiej przenikalności magnetycznej. Stosując go w rdzeniach transformatorów zamiast teksturowanych blach stalowych transformatorów, straty wiroprądowe można zmniejszyć 20-krotnie.

Metale amorficzne mają unikalne właściwości. Nazywa się je materiałem przyszłości.

Ciała stałe dzielą się na amorficzne i krystaliczne, w zależności od ich budowy molekularnej i właściwości fizycznych.

W przeciwieństwie do kryształów cząsteczki i atomy ciał amorficznych nie tworzą sieci, a odległość między nimi waha się w pewnym zakresie możliwych odległości. Innymi słowy, w kryształach atomy lub cząsteczki są wzajemnie ułożone w taki sposób, że utworzona struktura może się powtarzać w całej objętości ciała, co nazywa się porządkiem dalekiego zasięgu. W przypadku ciał amorficznych struktura cząsteczek jest zachowana tylko w odniesieniu do każdej takiej cząsteczki, obserwuje się wzór w rozmieszczeniu tylko sąsiadujących cząsteczek - porządek krótkiego zasięgu. Poniżej przedstawiono ilustrujący przykład.

Do ciał amorficznych zalicza się szkło i inne substancje w stanie szklistym, kalafonię, żywice, bursztyn, lak, bitum, wosk, a także substancje organiczne: gumę, skórę, celulozę, polietylen itp.

Właściwości ciał amorficznych

Cechy strukturalne ciał amorficznych nadają im indywidualne właściwości:

1. Słaba płynność jest jedną z najbardziej znanych właściwości takich ciał. Przykładem mogą być szklane kroplówki, które przez długi czas leżały w ramie okna.
2. Ciała amorficzne nie mają określonej temperatury topnienia, gdyż przejście w stan ciekły podczas ogrzewania następuje stopniowo, poprzez zmiękczenie ciała. Z tego powodu dla takich ciał stosuje się tzw. zakres temperatur mięknienia.

1. Ze względu na swoją budowę ciała takie są izotropowe, to znaczy ich właściwości fizyczne nie zależą od wyboru kierunku.
2. Substancja w stanie amorficznym ma większą energię wewnętrzną niż w stanie krystalicznym. Z tego powodu ciała amorficzne są w stanie samodzielnie przejść w stan krystaliczny. Zjawisko to można zaobserwować w wyniku zmętnienia szkła w miarę upływu czasu.

Stan szklisty

W naturze istnieją ciecze, których praktycznie nie da się przekształcić w stan krystaliczny poprzez chłodzenie, ponieważ złożoność cząsteczek tych substancji nie pozwala im utworzyć regularnej sieci krystalicznej. Do takich cieczy zaliczają się cząsteczki niektórych polimerów organicznych.

Jednak za pomocą głębokiego i szybkiego chłodzenia prawie każda substancja może przekształcić się w stan szklisty. Jest to stan amorficzny, który nie ma przejrzystej sieci krystalicznej, ale może częściowo krystalizować w skali małych klastrów. Ten stan materii jest metastabilny, to znaczy utrzymuje się w określonych wymaganych warunkach termodynamicznych.

Stosując technologię chłodzenia przy określonej prędkości, substancja nie będzie miała czasu na krystalizację i zostanie przekształcona w szkło. Oznacza to, że im wyższa szybkość chłodzenia materiału, tym mniejsze prawdopodobieństwo jego krystalizacji. Na przykład do produkcji szkieł metalowych wymagana będzie szybkość chłodzenia wynosząca 100 000–1 000 000 kelwinów na sekundę.

W naturze substancja występuje w stanie szklistym i powstaje z ciekłej magmy wulkanicznej, która wchodząc w interakcję z zimną wodą lub powietrzem szybko się ochładza. W tym przypadku substancja nazywa się szkłem wulkanicznym. Można także zaobserwować szkło powstałe w wyniku stopienia spadającego meteorytu wchodzącego w interakcję z atmosferą – szkło meteorytowe czy mołdawit.

Stan amorficzny(amorficzny - bezkształtny, od greckiego o! - przedrostek ujemny i tsorsrt] - forma) - stan brył, w jakim się znajdują

mają, w przeciwieństwie do kryształów, izotropię, tj. mają te same właściwości fizyczne we wszystkich kierunkach (por. Kryształy, Anizotropia). W tym sensie gazy i ciecze można również uznać za amorficzne.

Ciała amorficzne dzielą się na naturalne (opal, szkło wulkaniczne – obsydian, bursztyn, żywice, bitum) i sztuczne (szkło zwykłe, topiony kwarc, bakelit); wiele tlenków i soli można otrzymać w postaci amorficznej. Niektóre ciała amorficzne mają bardzo złożony skład (zwykłe szkło), inne to proste związki chemiczne, np. kwarc szklisty, boraks, bezwodnik borowy itp. Zwykłe szkło jest najbardziej typowym przykładem ciała amorficznego, dlatego też jest ciałem stałym ciało jest obecnie akceptowane jako A. s. nazwij to szklistym. Izotropia substancji amorficznej objawia się na przykład tym, że nie daje ona płaskiej powierzchni rozszczepienia, jak kryształ z rozszczepieniem, ale daje nieregularne pęknięcie „muszoidalne”. Właściwości fizyczne materii w A. s. - ściśliwość, przewodność elektryczna i cieplna, optyczna. właściwości itp. są takie same we wszystkich kierunkach. W substancji amorficznej nie ma dwójłomności, chyba że substancja jest poddana stresowi. Przez szybkie schłodzenie substancję amorficzną można otrzymać w postaci utwardzonej (patrz łzy Batawia); wówczas występują w nim znaczne naprężenia wewnętrzne, które powodują powstawanie bardzo ostrych prążków interferencyjnych w urządzeniu polaryzacyjnym. Powolne wyżarzanie całkowicie niszczy hartowanie. Ma to ogromne znaczenie w produkcji szkła. Obecnie powszechnie stosuje się nolaryzacyjno-optyczną metodę badania naprężeń w częściach maszyn na modelach wykonanych z tworzyw amorficznych.

O właściwościach ciał amorficznych decyduje ich budowa. W kryształach atomy lub jony są ułożone w sieć krystaliczną o pewnym układzie okresowym; W ciele amorficznym atomy i cząsteczki są ułożone chaotycznie. Izotropię substancji amorficznej wyjaśnia się losowym rozkładem jej cząstek. Wyraźna różnica w zachowaniu kryształów i substancji amorficznych ujawnia się podczas przejścia ciała stałego w stan ciekły i z powrotem. Krzywa topnienia kryształu zatrzymuje się mniej lub bardziej gwałtownie w temperaturze topnienia, gdzie ciepło utajone jest absorbowane (patrz) i wykrywana jest nieciągła zmiana wszystkich właściwości (rysunek!). W ciele amorficznym przejście następuje stopniowo, bez przerywania ciągłości i obserwuje się „przedział mięknienia” (przedział bardzo duży 1000°), w którym

Czas t rys. 1.

(dla zwykłych okularów to

substancja stopniowo przechodzi ze stanu stałego w stan ciekły. Kiedy proces zostaje odwrócony, często wykrywa się hipotermię; substancja nie krystalizuje w temperaturze topnienia, ale po dalszym ochłodzeniu gęstnieje w stanie ciekłym, jej lepkość (patrz) znacznie wzrasta, cząsteczki tracą ruchliwość i wreszcie

krzepnięcie zachodzi w postaci amorficznej. Cząsteczki substancji w tym przypadku okazują się ułożone losowo, ponieważ nie miały czasu na utworzenie regularnej sieci krystalicznej z powodu ogromnego tarcia wewnętrznego. W tym przypadku ciepło utajone nie jest uwalniane, a rezerwa energii substancji amorficznej okazuje się większa niż rezerwa krystaliczna; dlatego A.s. termodynamicznie niestabilny i ma tendencję do przekształcania się w stabilną postać krystaliczną. Krystalizacja ciała stałego np. przebiega bardzo powoli; Podczas krystalizacji szkło mętnieje, zamieniając się w masę przypominającą porcelanę. Podczas produkcji szkła krystalizacja często powoduje duże defekty i nazywa się to krzepnięciem.Kiedy skała krzepnie w stanie amorficznym, procesy asocjacji cząsteczek, polimeryzacji i kondensacji (patrz) odgrywają ważną rolę, co jest istotne dla produkcji bakelit, inne tworzywa sztuczne.

Teoria A.s. opracowane w oparciu o badania procesów krystalizacji i przechłodzenia. Zdolność substancji do krystalizacji zależy od liczby centrów krystalizacji n powstałych w jednostce czasu (rys. 2 - wykres ogólny), liniowej szybkości krystalizacji v i wzrostu lepkości m) podczas przechłodzenia. Jak widać z krzywej 2, jednak podczas przechłodzenia początkowo występuje maksymalna szybkość krystalizacji

w tym czasie liczba centrów jest nadal niewielka, ponieważ maksimum tej krzywej leży znacznie poniżej temperatury topnienia. Przy dalszym chłodzeniu lepkość staje się zbyt wysoka, co utrudnia tworzenie się centrów, a szybkość krystalizacji staje się znikomo niska. Dlatego też, jeśli stop zostanie szybko przechłodzony, traci zdolność do krystalizacji i zestala się w bezpostaciową szklistą masę. Chociaż pewien punkt przejścia substancji z A. s. w cieczy, ale istnieje, wiele właściwości fizycznych w zakresie mięknienia wykazuje nietypowe zachowanie, mniej więcej w punkcie, w którym lepkość osiąga wartość abs. jednostki (pozy). Zatem po podgrzaniu współczynnik rozszerzalności w zakresie mięknienia wzrasta bardzo gwałtownie, a także pojemność cieplna, przewodność elektryczna i dielektryk. przepuszczalność, współczynnik załamania światła. Na tej podstawie czasami uważa się, że szklisty stan amorficzny jest szczególnym czwartym stanem materii.

Wraz z powszechnym rozwojem analizy rentgenowskiej, a także dyfrakcji elektronów, stało się jasne, że wiele ciał wcześniej uważanych za amorficzne ma w rzeczywistości strukturę drobnokrystaliczną, to znaczy są układami silnie rozproszonymi (patrz Układy dyspersyjne). Okazało się, że węgiel amorficzny składa się z drobnych kryształków, a także wielu tlenków i hydratów tlenków metali oraz szeregu koloidów, czyli cząstek rozproszonych w roztworach koloidalnych. Badania rentgenowskie wykazały, że w zwykłym szkle jest ono stopione

Temperatura dochłodzenia Rys. 2.

kwarcu, w szkle boraksowym znajdują się jądra kryształów o wielkości 10~6-10~7 cm Potwierdzenie tego faktu dalszymi badaniami powinno wygładzić ostre krawędzie naszych wyobrażeń o budowie amorficznych substancji szklistych i zwykłych ciał polikrystalicznych.

Dosł.: K o beko P. P., Stan amorficzny. L.-M., ; I w Gustinik A.I., Fizykochemia krzemianów. L.-M., ; B o tvi i k in O. K., Wprowadzenie do chemii fizycznej krzemianów, M.-L., ; B l yu m-berg B. Ya., Wprowadzenie do chemii fizycznej szkła, Leningrad,; Technologia szkła (kurs specjalny), wyd. I. I. Kitaygorodsky, t. 1, M.-L.,; Struktura szkła. sob. artykuły, wyd. M. A. Bezborodova, M.-L., ; Glagolev S.P., Szkło kwarcowe, jego właściwości, produkcja i zastosowanie, M.-L., ; Lewis W. K., Chemia substancji koloidalnych i amorficznych, przeł. z angielskiego, M., ; Gatchek E., Lepkość cieczy, wyd. 2, z dodatkiem. MP Volarovich i D. M. Tołstoj, M.-L.,

Co to jest „stan amorficzny”? Jak poprawnie napisać to słowo. Koncepcja i interpretacja.

Stan amorficzny (od greckiego amorphos - bezkształtny), skondensowany stan substancji, którego główną cechą jest brak sieci atomowej lub molekularnej, tj. trójwymiarowa okresowość struktury charakterystyczna dla stanu krystalicznego. Ciała amorficzne są izotropowe, to znaczy ich właściwości (mechaniczne, optyczne, elektryczne itp.) Nie zależą od kierunku. Jak. zwykle ustalane jest najpierw przez małą liczbę maksimów we wzorze dyfrakcyjnym (zwykle 2-4) na tle rozproszonego halo, które charakteryzują się dużą szerokością połówkową i szybkim spadkiem intensywności wraz ze wzrostem kąta dyfrakcji; po drugie, brakiem w widmie wibracyjnym lub elektronowym pasm rozszczepiających związanych z symetrią struktury (patrz Metody dyfrakcyjne, Widma molekularne). Stopy wszystkich substancji powyżej ich temperatury topnienia T pl znajdują się zwykle w stanie równowagi termodynamicznej, w którym dowolna termodynamika. Funkcja stanu (objętość właściwa, entalpia, entropia) jest jednoznacznie określona przez temperaturę, ciśnienie i inne parametry. W T pl substancja przechodzi w równowagowy stan stały i krystalizuje (patrz rysunek). Jednakże pod pewnymi warunkami, w temperaturach poniżej T ppm. uzyskuje się stan nierównowagowy przechłodzonej cieczy, a po dalszym ochłodzeniu poniżej temperatury zeszklenia Tst uzyskuje się nierównowagowy stan stały. (Patrz stan szklisty). W tym stanie in-in m.b. stabilny przez długi okres czasu. czas; znany na przykład wulkaniczny. szkło (obsydian itp.), którego wiek szacuje się na miliony lat. Termodynamiczny funkcje szklistego A. s. są określane nie tylko przez temperaturę i ciśnienie, ale także zależą od historii próbki (na przykład szybkości chłodzenia). Fiz. i chemia. święci w szklistym A. s. zwykle zbliżony do świętego krystalicznego. modyfikacje tego samego przedmiotu, ale mogą się one znacznie różnić. Zatem szklisty sol GeO2. w wodzie i roztworach zasadowych reaguje z kwasami fluorowodorowym i solnym, natomiast modyfikacja GeO2 jest praktycznie nierozpuszczalna w wodzie, rozpuszczając się bardzo wolno. w roztworach zasad po podgrzaniu nie reaguje ze wskazanymi związkami. Przedziały temperaturowe dla istnienia stanów amorficznych i krystalicznych substancji: linia ciągła - stan równowagi, przerywana - nierównowaga. Przejście z przechłodzonej cieczy do szklistej a.s. zwykle występuje w wąskim zakresie temperatur i towarzyszy mu gwałtowna zmiana właściwości, w szczególności lepkości (o 10-15 rzędów wielkości), współczynnika temperaturowego. rozszerzalność (10-100 razy), moduły sprężystości (10-1000 razy), pojemność cieplną, gęstość itp., co formalnie przypomina przejście fazowe drugiego rzędu. Jednakże tworzenie się szklistego A. s. nie towarzyszy pojawienie się zarodków nowej fazy i fizycznej. granice faz. T st nie jest termodynamiczny. charakterystyczne dla przedmiotu i, w zależności od warunków pomiaru, mogą różnić się o kilka. dziesiątki stopni. Wynika to z faktu, że w zakresie temperatur zeszklenia restrukturyzacja krótkozasięgowej struktury uporządkowanej cieczy (relaksacja strukturalna) gwałtownie zwalnia, tj. kinetyczna. charakter przejścia szklistego. Poniżej Tst przemiany strukturalne w materii zatrzymują się całkowicie (w skończonym czasie obserwacji), cząstki (atomy, cząsteczki, fragmenty cząsteczek) zdolne są jedynie do wibracyjnego obrotu w małej skali. ruchów, tracona jest ruchliwość translacyjna charakterystyczna dla stanu ciekłego. T. arr., różnica we właściwościach cieczy i ciała stałego A. s. zdeterminowany naturą ruchu termicznego cząstek. Istnieją substancje, których nie można uzyskać w postaci krystalicznej. stan : schorzenie. Należą do nich statystyki. kopolimery i ataktyczne polimery, w makrocząsteczkach, których kolejność jednostek monomeru jest nieregularna w kierunku osi łańcucha. Uważa się, że ze względu na brak okresowości w strukturze makrocząsteczek, w żadnym wypadku nie może powstać trójwymiarowa okresowość. strukturę i dlatego te rzeczy istnieją tylko w A. s. Pytanie o termodynamikę. natura ciała stałego w równowadze pozostaje na razie otwarte (patrz Trzecia zasada termodynamiki). Wiele polimerów o sztywnym łańcuchu o wysokiej Tst występuje tylko w stanie szklistym, ponieważ po podgrzaniu. powyżej Tst ulegają rozkładowi. Próby stworzenia fizycznego modele A. s. nie przyniosły jeszcze sukcesu. Dosł.: Tarasow V.V., Problemy fizyki szkła, wyd. G. M. Barteneva, wyd. 2, M., 1979; Phillips J., Fizyka szkła, w: Fizyka za granicą, M., 1983, s. 23-35. 154-78; ZallenR., Fizyka ciała amorficznego, N.Y., 1983. E.F. Oleinik. G. Z. Pinsker.

MINISTERSTWO EDUKACJI I NAUKI FEDERACJI ROSYJSKIEJ

UNIWERSYTET PAŃSTWOWY GOU VPO IRKUTSK

A.L.Petrov, A.A.Gavrilyuk, S.M.Zubritsky

STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI CIAŁ STAŁYCH NIEUPORZĄDZONYCH

Instruktaż

Irkuck 2004

UDC 539.213.2

Opublikowano decyzją rady redakcyjnej i wydawniczej Irkuckiego Uniwersytetu Państwowego

Recenzenci: Dr Chem. Nauk ścisłych, profesor L.A. Szczerbachenko, Wydział Fizyki Ogólnej, Irkuck State University, Ph.D., Profesor nadzwyczajny, Wydział Fizyki, ISPU A.E. Gafnera.

A.L.Petrov, A.A.Gavrilyuk, S.M.Zubritsky. Struktura i właściwości ciał nieuporządkowanych.

Rozważane są fizyczne podstawy budowy ciał stałych niekrystalicznych. Oprócz materiału teoretycznego, który opisuje główne podstawowe właściwości szklistego stanu materii, podręcznik zawiera informacje o materiałach amorficznych mających największe zastosowanie w technologii i ich przewagach nad analogami krystalicznymi.

Przeznaczony dla studentów ostatnich lat wydziału fizyki uczelni.

Bibliografia 7 tytułów Ił. 13.

©Petrov A.L., Gavrilyuk A.A., Zubritsky S.M., 2004.

WSTĘP……………………………………………………………………………...4

1. STAN AMORPCYJNY……………………………………………..5

1.1. Charakter stanu amorficznego……………………………………………………….5

1.2. Ogólne wzorce amorfizacji i krystalizacji……………..6

1.3. Termodynamika stanu amorficznego……………………………..13

1.4. Różnica między stanem amorficznym i szklistym……….17

1.5. Cechy budowy substancji amorficznych………………………18

2. STOPY METALI AMORFOWYCH………………………24

2.1. Klasyfikacja amorficznych stopów metali…………….…25

2.2. Metody uzyskiwania AMS……………………………………….…..25

2.3. Modele struktury AMS…………………………………………….…30

2.4. Relaksacja strukturalna…………………………………………….…34

2.5. Wady AMS………………………………………………………...36

2.6. Właściwości sprężyste i niesprężyste AMS…………………………….…39

2.7. Właściwości elektryczne i magnetyczne AMS……………………….…42

2.8. Struktury magnetyczne……………………………………………………….……42

2.9. Wpływ amorfizmu metalu na stan magnetyczny……….….44

2.10. Wzbudzenia magnetyczne w metalach amorficznych…………………...44

3. PÓŁPRZEWODNIKI NIEKRYSTALICZNE. …………….…...45

3.1. Topologicznie nieuporządkowane półprzewodniki…………….……47

3.2. Struktura stref…………………………………………….……56

3.3. Wytwarzanie półprzewodników amorficznych………………………..….59

3.4. Przewodność elektryczna…………………………………………………..…….….61

3.5. Właściwości optyczne…………………………………………………..….……62

3.6. Najczęściej badane półprzewodniki amorficzne……………...…….62

3.7. Krzem amorficzny…………………………………………………...…….63

3.8. Selen………………………………………………………...….64

3.9. Okulary chalkogenkowe………………………………………………………...…65

WNIOSEK………………………………………………………...66

ze względu na duże wartości zakłóceń i powszechność tych systemów w

rdzenie głowic magnetycznych, materiały czujników magnetomechanicznych,

otrzymywanie nowych materiałów niekrystalicznych oraz pozyskiwanie niezbędnych

właściwości makro konieczne jest przestudiowanie połączenia: skład - warunki uzyskania -

struktura - własność. Dziś pracują nad rozwiązaniem tego problemu.

naukowcy specjalizujący się w dziedzinie fizyki ciała stałego i fizyki

nauka o materiałach chemicznych.

1. Stan amorficzny

1.1 Charakter stanu amorficznego.

Stan amorficzny jest jedną z form istnienia ciał stałych. Wśród

inne rodzaje ciał stałych, substancje amorficzne różnią się tym, że są otrzymywane przez przechłodzenie cieczy w warunkach, w których krystalizacja

nie ma czasu, aby nastąpić, zanim substancja przejdzie w stan stały. W

W stanie amorficznym ruchliwość cząstek tworzących ciecz staje się tak niska, że ​​szybkość procesów krystalizacji dąży do zera, a

substancja pozostaje w stałym stanie amorficznym przez nieokreślony długi czas.

Można sformułować następującą definicję: substancja w postaci amorficznej

stan jest stałą, niekrystaliczną substancją utworzoną w

w wyniku chłodzenia cieczy z szybkością wystarczającą do

zapobiegają krystalizacji podczas chłodzenia. Z tego wynika szereg cech tego ostatniego. Struktura substancji amorficznej musi być bardzo zbliżona do struktury cieczy, z której substancja ta jest otrzymywana.

Struktura cieczy podczas amorfizacji wydaje się zamarzać, gdy cząstki tworzące substancję tracą w niskich temperaturach swoją ruchliwość i substancja staje się stała - dalsze zmiany w jej strukturze są niemożliwe.

Wiadomo, że podczas krystalizacji cieczy zmienia się struktura substancji

zmienia się radykalnie. W rezultacie w substancjach łatwo krystalizujących w temperaturze krystalizacji wszystkie właściwości substancji bez wyjątku zmieniają się gwałtownie. Kiedy substancja zdolna do przejścia w stan amorficzny zostanie schłodzona, wszystkie jej właściwości zmieniają się wraz z temperaturą

1.2 Ogólne wzorce amorfizacji i krystalizacji.

Uważa się, że w zasadzie stopioną dowolną substancję można przekształcić

niektórych metali, takich jak Pb, Cu, Ag, In i innych, nie można uzyskać

w stanie amorficznym nawet w przypadku kondensacji par metalu na podłożu,

ochłodzono do temperatury ciekłego helu (4,2 K). Szybkość chłodzenia przy

może to osiągnąć ponad 1010 K/s. Natomiast szkła kwarcowe można otrzymać stosując bardzo niskie szybkości chłodzenia (do 10-5 K/s).

Stopy o układach binarnych, trójskładnikowych i bardziej złożonych amorfizują się dość dobrze, co wskazuje na determinującą rolę struktury atomowej stopu i wiązań międzyatomowych w tworzeniu stanu amorficznego. Jest to bardzo ważne przy ocenie tendencji stopu do tworzenia fazy amorficznej

kryształów Ullman uzyskał wyrażenie na czas t potrzebny do krystalizacji w pomijalnie małej objętości x.

Tutaj η to lepkość, a 0 to średnia średnica atomowa, N V 0 to liczba atomów na jednostkę objętości, H to molowe ciepło topnienia, f to proporcja obszarów na granicy faz, które mogą być zajęte przez atomy podczas krystalizacji ; istnieje możliwość wzrostu kryształów w tych miejscach. Co więcej, f = 1 dla wartości przybliżonych

(nierówne) granice międzyfazowe i f=0,2 T r dla gładkich (płaskich) powierzchni

sekcja, T r = T/T m i T r = (T m -T)/T m, T m jest temperaturą topnienia.

Rozważmy przyczyny przejścia cieczy w stan amorficzny przy

związków i czystych substancji podaje prawidłowy rząd wielkości dla R k.

Tak więc, gdy ciecz jest schładzana poniżej swojej temperatury topnienia

T m albo krystalizuje, albo amorfizuje. Podczas krystalizacji lepkość

η, objętość V i entropia H zmieniają się gwałtownie. Jeśli uniknięto krystalizacji, właściwości te szybko się zmienią wraz z temperaturą, ale nie

1013 Pa. Przy tak dużej lepkości ruchy atomów są utrudnione, a czas relaksacji przegrupowań atomowych staje się porównywalny z czasem eksperymentalnym lub nawet go przekracza.

Niektóre inne opcje związane z tym przejściem, takie jak

współczynnik rozszerzalności cieplnej α T, ciepło właściwe C p (nachylenie krzywych w zależności od V i H na T), zmieniają się równie szybko, ale w sposób ciągły od wartości charakterystycznych dla stanu ciekłego do bliskich wartości dla

stan krystaliczny. Podczas przejścia nie zachodzą znaczące zmiany w przestrzennych konfiguracjach atomowych. Zatem,

pomimo dużej różnicy we własnych właściwościach, cieczy i szkła

tempo schładzania. Ciało amorficzne ma dużą objętość właściwą i entalpię, jeśli jest otrzymywane przy większej szybkości chłodzenia. Wynik ten przedstawiono na rysunku 1.1. W tym przypadku g1 i g2 odpowiadają stanom szklistym uzyskanym przez chłodzenie cieczy z szybkościami vl i v2, przy czym v2 > vl. Po kolejnym podgrzaniu z prędkością

mniej niż vl lub v2, szkło ma tendencję do relaksacji w kierunku bardziej stabilnej struktury, co ma miejsce w temperaturach poniżej Tg (temperatura zeszklenia). Na rysunku 1.1 proces ten przedstawiono linią przerywaną. Zgodnie z modelem objętości swobodnej lub modelem entropijnym stanu ciekłego wszystkie ciecze powinny stać się amorficzne

Do opisu procesu krystalizacji wykorzystuje się dwie charakterystyki: szybkość tworzenia centrów, krystalizację I i szybkość wzrostu krystalitów U. Dla

TmT

Ryc.1.1. Zależność objętości właściwej V i temperatury entalpii H o przy różnych szybkościach chłodzenia.

Równania pokazują, że I gwałtownie maleje wraz ze wzrostem α 3 β. Wynika z tego, że ciecz niezawierająca nasion, przy α β 1/3 > 0,9

nie krystalizuje, ale w cieczach, dla których α β 1/3< 0.25, подавить кристаллизацию невозможно.

Pojawienie się jądra krystalicznego (centrum krystalizacji) w

stop prowadzi do pojawienia się rozdziału między kryształem a cieczą

fazy. Powoduje to proporcjonalny wzrost energii swobodnej

iloczyn powierzchni styku przez wartość napięcia powierzchniowego przez

granica fazowa. Z drugiej strony energia swobodna objętości

jądro krystaliczne utworzone w cieczy w temperaturze

W wystarczająco niskich temperaturach szybkość ta staje się bliska zeru i wzrost jąder zatrzymuje się.

Wynika z tego, że podczas chłodzenia cieczy należy koniecznie osiągnąć zakres temperatur, do którego prowadzi współczynnik kinetyczny

Dominujące powinno okazać się zmniejszenie szybkości tworzenia się centrów o malejącej temperaturze. W rezultacie pojawienie się maksimum od temperatury w zależności od szybkości tworzenia centrów krystalizacji jest nieuniknione (ryc. 1.2). W temperaturach powyżej tego maksimum

możemy pominąć wpływ napięcia powierzchniowego na granicy faz ciekłokrystaliczny, ponieważ w tym przypadku stosunek powierzchni jest mały

kryształy powinny prowadzić do wzrostu tempa wzrostu przy niższym poziomie

hipotermia, niż jest typowa dla szybkości tworzenia się ośrodków

(ze względu na brak współczynnika napięcia powierzchniowego) oraz na początek jego spadku w temperaturach odpowiadających niższej lepkości (ze względu na rolę rozproszenia

przenosić). Zatem maksymalna szybkość wzrostu krystalitów jest zawsze

przypada w obszarze temperatur wyższych niż maksymalna szybkość tworzenia się centrum (ryc. 1.3).

W trybie chłodzenia od temperatury znacznie wyższej od temperatury likwidusu ТL, substancja ciekła okazuje się bardziej odporna na krystalizację niż w trybie ogrzewania ze stanu amorficznego. Ten