Аморфные металлы

Основной метод получения аморфных металлов — быстрое охлаждение (со скоростями ~1000 К/с) жидкого расплава, такие аморфные сплавы называются металлическими стеклами (метглассами). Тонкие пленки аморфных металлов получают конденсацией паров или напылением атомов на холодную подложку. Можно также получить аморфные металлы при электрохимическом осаждении и при облучении кристаллических металлов интенсивными потоками ионов или нейтронов.

У аморфных металлов, так же как и у всех веществ в аморфном состоянии отсутствуют характерные для кристаллов дифракционные максимумы на рентгено-, нейтроно- и электронограммах образцов при их исследовании дифракционными методами.

Аморфные металлы — метастабильные системы, термодинамически неустойчивые относительно процесса кристаллизации. Поэтому для характеристики аморфных металлов и пленок используют такой параметр, как термостабильность, который показывает температуру (температуру кристаллизации T_крист), отжиг при которой в течение 1 ч приводит практически к полной кристаллизации образца. Т_крист аморфных металлов варьируется в пределах 300 – 1000 К. Металлические стекла практически стабильны при T_крист - 200 К. Времена кристаллизации при этом оцениваются в сотни лет. Для стабилизации в состав аморфного металла вводят аморфизирующие примеси.

Аморфные металлические стекла — метглассы — обладают комплексом уникальных свойств. Физические и химические свойства металлов в аморфном состоянии существенно отличаются от их свойств в кристаллическом состоянии. Прочность и твердость аморфных металлов значительно выше, чем в кристаллическом состоянии, пределы текучести и прочности для ряда металлических стекол близки к рассчитанным теоретическим значениям. Однако модули упругости аморфных металлов ниже, чем в кристаллическом состоянии, что может быть связано с уменьшением сил межатомной связи.

Механические свойства аморфных металлов в значительной степени определяются отсутствием дислокаций. Отсутствие дислокаций приводит к тому, что металлические стекла обладают очень высокой прочностью, а благодаря высокой твердости они износостойки. Однако отсутствие дислокаций приводит к снижению пластичности аморфных сплавов. Металлические стекла не так хрупки, как обычное стекло, их можно прокатывать при комнатной температуре. Среди других уникальных особенностей металлических стекол можно отметить слабое поглощение звука, каталитические свойства.

Одним из основных преимуществ аморфных металлических сплавов является их исключительно высокая коррозионная стойкость, которая у некоторых металлических стекол на несколько порядков выше, чем у лучших нержавеющих сталей. Во многих агрессивных средах (морской воде, кислотах) металлические стекла вообще не корродируют. Предполагается, что основная причина высокой коррозионной стойкости аморфных сплавов заключается в отсутствии специфических дефектов кристаллической решетки — дислокаций и границ между зернами. Бездефектная структура аморфного сплава передается образующейся на начальных стадиях коррозионного процесса на его поверхности тонкой окисной пленке, которая в дальнейшем защищает металл.

Благодаря сочетанию некоторых физических свойств аморфных сплавов, в частности, магнитных и электрических, они нашли широкое применение.

Одно из важнейших применений аморфным металлов — в микроэлектронике для создания диффузионных барьеров на границе металл-полупроводник. Широко используются аморфные сплавы (см. Аморфные магнетики) например, для изготовления магнитных накопителей (благодаря уникальной магнитомягкости у таких материалов магнитная анизотропия меньше на два порядка, чем в обычных сплавах).