Структура аморфных сплавов

Сразу же после получения аморфных металлических сплавов (АМС) возникли вопросы, связанные с их атомной структурой. Изменился ли структурный хаос атомов, свойственный жидкому состоянию, при быстром охлаждении? Если изменился, то каким стал новый структурный беспорядок? К сожа­лению, ответы на эти вопросы непростые.

Вернемся к определению ближнего порядка. Считается, что в аморфном металлическом сплаве элементарная ячейка, характерная для кристаллического состояния, также сохраняется. Однако при стыковке элементарных ячеек в пространстве порядок их нарушается, и стройность рядов атомов, ха­рактерная для дальнего порядка, отсутствует. В этом легко убедиться, внимательно посмотрев на модель, представленную на рис.

Рис. 3. Компьютерные модели структуры дальнего (а) и ближнего (б) порядка

Ближний порядок, лежащий в основе структуры аморфных сплавов, является метастабильной системой. При нагреве до температуры кристаллизации T_x он перестраивается в обычную кристаллическую структуру. В среднем для большинства аморфных сплавов T_x находится в пределах 650—1000 K. К счастью, при комнатной температуре аморфные сплавы могут сохранять структуру и свойства в течение 10⁴ - 10⁵лет.

Особенности структуры АМС сказались и на многих физических свойствах. Так, несмотря на то, что плотность аморфных сплавов на 1—2% ниже плотности кристаллических аналогов, прочность их выше в 5—10 раз. Более высокая прочность связана с тем, что в АМС отсутствуют такие дефекты, как дислокации и границы зерен, свойственные крис­таллическому состоянию. Даже вакансии (пустые места, образуемые при удалении атомов из узлов кристаллической решетки) в аморфных сплавах имеют другую форму и размеры. Они больше похожи на пустоты чечевицеобразной формы. Их называют вакансионноподобными дефектами. Эти пустоты имеют вид узких щелей, и в них не может разместиться атом. Наличие таких дефектов сильно затрудняет диффузию (проникновение атомов) через аморфные металлические слои.

Беспорядок расположения атомов в виде ближнего порядка оказывает сильное влияние на электропроводность металлических стекол. Их удельное электрическое сопротивление в 3—5 раз выше, чем у кристаллических аналогов. Это связано с тем, что при движении электронов через нерегулярную структуру АМС они испытывают гораздо больше столкновений с ионами, чем в кристаллической решетке.