Способы аморфизации материалов.

Как известно, для аморфных твердых тел характерны полная изотропия свойств и отсутствие определенной температуры плавления. Такими истинно аморфными веществами являются многие природные и искусственные полимеры. Естественное стремление этих веществ к кристаллизации подавляется тем, что длинные молекулы полимеров неудобны для правильной упаковки.

Кроме полимеров, в аморфное состояние можно перевести и другие вещества – диэлектрики, полупроводники и даже металлы, для которых наиболее характерным является кристаллическое состояние. Различные способы аморфизации материалов представлены на рис. 3.16.

При естественном охлаждении получить аморфную структуру удается у расплавов, обладающих высокой вязкостью. При их затвердевании частицы не успевают проделать даже минимальное смещение, необходимое для кристаллизации, и твердое тело сохраняет неупорядоченность, свойственную расплаву. Высокой вязкостью, обладают расплавы смесей многих оксидов, типичным компонентом которых является кварц (SiO₂). Подсчитано, что высоковязкие стеклообразующие расплавы могли бы кристаллизоваться со скоростями в несколько атомных рядов в сутки, т.е. 1 мкм примерно за 3 года.

Такую большую вязкость стеклообразующих расплавов, постепенно возрастающую при снижении температуры, можно объяснить тем, что входящие в их состав атомы или ионы объединяются в крупные молекулы и в комплексы (кластеры). По мере роста кластеров вязкость плавно увеличивается. Так образуется типичное стекло – неорганический гомогенный изотропный продукт затвердевания вязкого расплава при естественном охлаждении.

Гораздо труднее реализовать аморфное состояние металлов, не склонных образовывать кластеры в расплаве, а в твердом состоянии имеющих наиболее плотную упаковку с координационным числом 8–12 и ненаправленную металлическую связь. Получить аморфные металлы (металлостекла) удается при огромных скоростях охлаждения – около 10 град/с, что можно обеспечить, если толщина затвердевающего слоя не превышает 50 мкм; получением тонких лент пока и ограничиваются возможности этого метода.

Наконец, аморфизацию многих материалов можно осуществить осаждением из газовой фазы или в вакууме из молекулярного пучка на холодную подложку. Как правило, чем ниже температура подложки, тем, меньше проявляется способность пленочного материала кристаллизоваться. Поэтому при достаточно глубоком охлаждении можно получать даже аморфные металлы (например, медь).

Аморфизация в последнее время выступает как метод, позволяющий значительно расширить возможности известных материалов и получить оригинальные сплавы с совершенно новыми необычными свойствами. Это пример интенсивного развития, когда новые материалы создаются без использования дефицитных и редких элементов, а за счет лишь более искусного управления структурой.