پروژه در مورد فلزات آمورف

فصل اول

فلزات آمورف و آمورف کامپوزيتي1

-1  مقدمه

طبق آزمايشات مستقل از دما و فشار متغير، از نظر ترموديناميكي، مواد سه حالت اصلي : مايع، جامد، گاز دارند.

تعيين كنندة هر يك از اين حالات درجة آزادي بين اتمها و قيد و بند آنها به يكديگر است و يك مرحله تحول بين هر حالت وجود دارد. تعريف شيشه : يك مايع شيشه اي يا جامد بدون كريستال است كه مشخصه هاي ويسكوزيته و ساختار آن نشان دهندة هم جامد و هم مايع است. به عبارت ديگر شيشه يك جامد در دماي اتاق است زيرا ويسكوزيته آن بيش از حد توازن يعني ^6/14 10 است و از طرف ديگر هنوز يك مايع است زيرا ساختار اتمها و مولكولهاي آن يك ساختار بي نظم و شبيه مايع است . جامد از فاز كريستالي به وجود آمده است و يك كريستال از يك نظم دوره‌اي بين اتمها پيروي مي كند اما مايع داراي چنين نظمي نيست و يك نظم تصادفي بين اتمها بدون تناوب و دوره خاصي را دارد.

بنابراين مي گوييم، شيشه جامد و آمورفي است كه اتمهاي ساختار آن مانند مايع است. مهمترين مشخصه يك شيشه علاوه بر ساختار آن، پديده تحول و به وجود آمدن آن است.

تحول و به وجود آمدن شيشه در يك Tg [1]ايجاد مي‌شود،‌مذاب تا زير دماي انجماد سرد مي‌شود و تا زمانيكه دما كاهش مي يابد ويسكوزيته نيز به صورت پيوسته زياد مي‌شود (شكل 1-1).

شکل 1-1 : دياگرام ارتباط بين تغييرات حجم با دما از حالت مذاب تا لحظه گذر از دماي شيشه اي شدن،Tg

شکل 1-2 : دياگرام ظرفيت گرمايي Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5

نقاط ناپيوسته Cp  فلزات شيشه اي است که از دما Tg  تابعيت مي کنند .

در (شكل 1-1) مشاهده مي شود كه تغيير حجم نيز تابعي از دما است . در كريستاله شدن، در طول سرد كردن ، ناگهان با يك افت شديد حجم رو به رو مي شويم اما در تحول آمورف شدن تغيير ناگهاني حجم نداريم و تغيير حجم به صورت پيوسته صورت مي‌گيرد كه اين روند در متغيرهاي ترموديناميكي مانند آنتروپي و آنتالپي نيز وجود دارد.

اگر چه متغيرهاي ترموديناميكي در ابتدا با دما به صورت پيوسته رابطه دارند اما در Tg با يك افزايش شيب و تغيير ناگهاني روبرو هستند. تغيير ناگهاني ظرفيت گرمايي و انبساط گرمايي در (شكل1-2) نشان داده شده است.

تحول شيشه اي شدن در يك بازه دمايي مشخص انجام مي گيرد و بيان مي‌كند كه در Tg، يك شيب تند و تغيير ناگهاني (Cp پرش مي كند) در منحني گرمايي DSC انجام مي دهد.

سرعت كوئيچ لازم براي ساختن جامد آمورف از يك فلز خالص حدوداً K/S 10¹⁵ است كه رسيدن به اين سرعت سرد كردن در محيط آزمايشگاه غير ممكن است. كه براي كم كردن اين سرعت فلزات خالص را به صورت آلياژي كرده و مورد استفاده قرارمي دهند.

در ابتدا لنز شيشه اي  توسط Klemer و Willens و Duwez در دانشگاه Caltech در سال 1960 با تكنيك كوئيچ تفنگي كه سرعت سرد كردني معادلK/S 10⁷  توليد مي كرد، ساخته شد. اما هنوز اين سرعت سرد كردن براي تشكيل فلزهاي هاي شيشه اي توده ، خيلي زياد بود.

در سال 1980-1990 دو تحقيق گروهي در دانشگاه Tohoku و Caltech انجام شد Inoue نمونه هاي گوناگوني از آلياژها را مورد بررسي قرار داد كه با سرعت بحراني بين  به آمورف تبديل مي شدند.

johnson, pecker در دانشگاه Caltech  (Zr41.2Ti13Cu12.5Ni10Be22.5)  را ساخته كه  بوده و قطعه اي به قطر Cm  5 را با روش ريخته گري معمولي ساختند.

Lin و john Son يك BMG [2]پايه مس جديدي كشف كردند (Cu₇₇Ti₃₄Zr₁₁Ni₈ Vitreloy 101 ) و پايه Zr Zr₅₇Nb₅Cu_15.4Ni_12.6 Al₁₀; vitreloy  106 )     و vitreloy 105 Zr_52.5Ti₅Cu_17.7Ni_14.6 Al₁₀ ) با يك CCR 10 K/S بود.

از زمان كشف viterloy 1 تا حالا، بهترين شكل آلياژي BMG  ، Vitreloy 106 مي باشد كه از بهترين شكل آلياژهاي بدون (Non. Be.BMG)  Be است.

شكل BMG بستري مناسب جهت جستجوي خواص مكانيكي گوناگون، رفتار تركيبات گوناگون، جريان Criteria ، شكست و خستگي و همچنين در ترموديناميك سرعت ايجاد كرده است.

ساختار مواد و حد الاستيك بالاي BMG و همچنين استحكام كششي زياد (2Gpa) و تافنس خوب ( 20-55 Mpa.m^1/2) را ارائه كرده است. (شكل 4-1) كشش را بين مواد مختلف و BMG نشان مي دهد.

[1] – دماي شيشه اي شدن

[2] – Bulk Metallic Glass

فهرست مطالب