» » Структурные критерии образований металлических стекол
14.01.2016

Существуют следующие структурные критерии стеклообразующей способности сплавов:
— Размерное несоответствие радиусов атомов должно быть ≥ 15 %, различие в валентностях 2—3. Сочетание больших атомов металла и малых атомов металлоида (легирующего элемента внедрения) соответствует размерному критерию, который аналогичен критерию Хэгга образования структур фаз внедрения. Критерий основан на предположении, что малые атомы элемента внедрения заполняют поры в структуре металлических стекол и стабилизируют их. В то же время высокая диффузионная подвижность малых атомов внедрения является причиной того, что в ряде случаев выполнения размерного критерия недостаточно для образования стекла. Углерод, например, по этой причине редко используют в качестве аморфизующей добавки.
— Высокая энтальпия образования пор (вакансий) в стекле обусловливает малую концентрацию пор, высокую вязкость и, следовательно, затрудненные условия кристаллизации. Экспериментально установлена линейная корреляция между температурой кристаллизации и энтальпией образования поры. В связи с этим использование температуры кристаллизации для оценки стабильности стекол и критической скорости кристаллизации Rc для оценки стеклообразующей способности рассматриваются как взаимосвязанные подходы.
— Критерий ближнего порядка связан с тенденцией образования в расплаве «химического» ближнего порядка, т.е. образования кластеров одинаковых или различных атомов. Если локальный состав кластеров в расплаве отличен от состава кристаллизующейся фазы, то сплав склонен к аморфизации, и, наоборот, если состав кластера соответствует составу кристаллической фазы, то сплав склонен к кристаллизации.
— Критерий свободного объема обусловлен тем, что чем больше свободный (не занятый) объем в жидкости, тем меньше вязкость, выше скорость диффузии. Рост кристалла более плотного, чем расплав, сопровождается увеличением свободного объема расплава, уменьшением его вязкости, способствующим дальнейшему росту кристалла. Следовательно, сплавы, в которых кристаллизующаяся фаза несущественно плотнее расплава, склонны к образованию стекла.
— Сложные плотноупакованные структуры промежуточных соединений с узким интервалом гомогенности наиболее склонны к образованию аморфного состояния. Соединения со структурным типом С14, С16, D85, Е93, В11, легко аморфизуются, тогда как соединения с более простым типом решетки, например В2, LI0, LI2, обычно кристаллизуются и не существуют в аморфном состоянии. Это связано с тем, что аморфная фаза образуется в условиях конкуренции с выделением из расплава кристаллической фазы.
Поскольку для формирования сложных плотноупакованных структур, например μ- и δ-фаз, необходимо выполнение определенной последовательности в упаковке координационных многогранников на достаточно больших расстояниях, то она легко нарушается при высоких скоростях охлаждения с образованием случайной упаковки, соответствующей аморфной фазе.
Неблагоприятными для образования металлических стекол являются системы с широкими областями твердых растворов и промежуточными фазами с простой кристаллической решеткой.