Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Структура и основные физические свойства аморфных металлических сплавов





Сразу же после получения аморфных металлических сплавов (АМС) возникли вопросы, связанные с их атомной структурой. До настоящего времени нет прямых экспериментальных методов, которые могли бы дать однозначный ответ о структуре аморфных сплавов. Тем не менее с помощью рентгеновской, нейтронной, электронной дифракции было показано, что в таких системах имеется более или менее четко определяемый на расстоянии двух-трех соседних атомов так называемый ближний порядок 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 дальний порядок отсутствует.

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.

Особенности структуры АМС сказались и на многих физических свойствах. 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 дефекты, присущие кристаллам. 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 через нерегулярную структуру электроны испытывают гораздо больше столкновений с ионами, чем в кристаллической решетке.

Долгое время существовало мнение, что ферромагнетизм присущ только упорядоченным кристаллическим структурам. А.И. Губанов в 1960 году предсказал существование ферромагнетизма в аморфных металлических сплавах. Следует подчеркнуть, что ферромагнетизм аморфных сплавов обусловлен наличием в них одного, двух или всех трех ферромагнитных элементов: железа, никеля и кобальта. Двойные ферромагнитные сплавы можно разделить на следующие группы: сплавы ферромагнитных элементов с переходными металлами: Fe-Au, Co-Zr, Ni-Pt и др..; сплавы ферромагнитных элементов с неметаллами: Fe-C, Co-B, Ni-P и др.; сплавы ферромагнитных элементов с одним из редкоземельных металлов: Fe-Tb, Co-Sm, Ni-Nd и др. Кроме двойных разработано большое количество трех-, четырех- и многокомпонентных аморфных ферромагнитных сплавов.

Известно, что в обычных ферромагнетиках всегда имеется магнитная анизотропия, обусловленная кристаллическим порядком расположения магнитных моментов атомов. Магнитная анизотропия существенно уменьшает подвижность доменных стенок и увеличивает коэрцитивное поле. В принципе в аморфных ферромагнетиках магнитная анизотропия должна быть равна нулю, поскольку отсутствует кристаллический дальний порядок. Практически реальные аморфные ферромагнетики все же обладают магнитной анизотропией, которая, однако, на два порядка меньше, чем в кристаллических. Уменьшение магнитной анизотропии приводит к резкому снижению коэрцитивной силы до значений 0,01 А/м, что уменьшает потери при перемагничивании. Таким образом, аморфные металлические сплавы почти всегда являются магнитомягкими ферромагнетиками.

Другим полезным свойством аморфных ферромагнетиков является более высокое значение начальной магнитной проницаемости как на низких (0,1-1 МГц), так и на высоких (5-15 МГц) частотах. Это свойство определяется высоким удельным электрическим сопротивлением аморфных ферромагнетиков, значительно снижающим потери на токи Фуко.

Присущие АМС магнитные свойства возникают благодаря неупорядоченному расположению атомов. Некоторые из этих свойств являются уникальными и не могут быть получены в кристаллических сплавах.

 

Применение аморфных сплавов

 

В настоящее время почти все сферы технического применения АМС основываются на уникальном сочетании магнитных и механических свойств, которое делает аморфные металлы одним из ключевых элементов современных информационных технологий.

Аморфные сплавы используются в качестве диффузионных барьеров.

Стремление к миниатюризации электронных устройств привело к тому, что линейные размеры токоведущих дорожек, контактных площадок и других элементов современных интегральных схем не превышают 0,5-1 мкм. При субмикронных размерах рабочих элементов создаются условия для взаимного проникновения атомов - диффузии на границе раздела металл-полупроводник. Этот процесс со временем приводит к замыканию токоведущих дорожек и выходу прибора из строя. Чтобы предотвратить диффузию, необходимо создать тонкий барьерный слой между полупроводником и металлом.

Около десяти лет тому назад было показано, что наилучшими барьерными свойствами обладают аморфные металлические сплавы. Диффузия через аморфные слои сильно затруднена вследствие нерегулярности атомной структуры. Особенно хорошими барьерными свойствами обладают аморфные сплавы тугоплавких металлов, например Re-Ta, Re-Nb.

Аморфные сплавы используются для изготовления магнитных головок и датчиков.

Как известно, для записи и хранения информации используются ферромагнитные материалы. В результате исследований, направленных на увеличение информационной плотности, уже получены материалы, плотность записи на которых достигает 108 бит/см2. При этом размер области, хранящей один бит, не превышает 1 мкм2. Такие носители делают из магнитожестких материалов, характеризующихся большой коэрцитивной силой. При этом магнитная головка, используемая для записи информации, должна быть из материала, имеющего высокое значение намагниченности насыщения . К тому же при считывании информации важно, чтобы материал сердечника головки имел высокую начальную магнитную проницаемость.

Всем этим требованиям удовлетворяют аморфные ферромагнитные сплавы. Используя напыление, можно изготовить головку, обладающую высокой намагниченностью насыщения, любых мыслимых размеров, способную перемагничивать микроскопические области носителя (около 0,1 мкм). Аморфные головки относительно дешевы, обладают высокой износостойкостью (время работы порядка 10 000 часов), характеризуются высокими значениями начальной магнитной проницаемости на частотах 5-15 МГц.

Аморфные слои, полученные с помощью ионно-плазменного напыления, можно использовать для создания высокочувствительных датчиков, сенсорных устройств и малогабаритных трансформаторов. Новые сенсорные устройства необходимы в технологических процессах производства автомобилей, индустриальных роботов, в промышленных измерителях различного рода свойств (датчики размеров, скручивающих моментов, силы удара, скорости газовых потоков, объема вытекающей жидкости и т.д.). Сенсорные устройства, изготовленные на основе аморфных сплавов, могут работать в самых сложных условиях благодаря высоким характеристикам упругости, изотропности, электромагнитных и других свойств.

Мало изучен ферромагнетизм аморфных систем при низких температурах. Первые шаги в этом направлении показали, что имеется возможность создания на основе АМС принципиально новой запоминающей среды со сверхвысокой информационной плотностью (сплавы со свойствами спинового стекла).

 

Вопросы для самопроверки

1. Благодаря каким свойствам медь широко применяется в электронной технике?

2. Какими преимуществами и недостатками обладает алюминий по сравнению с медью как проводниковый материал?

3. Почему удельное сопротивление металлов растет с повышением температуры?

4. Что такое температурный коэффициент удельного сопротивления материала? Является ли он константой для данного металла?

5. Как влияют примеси на удельное сопротивление металлов?

6. Что такое сверхпроводимость?

7. Все ли металлы являются сверхпроводниками?

8. Могут ли переходить в сверхпроводящие состояние сплавы?

9. Какие металлические сплавы высокого сопротивления нашли применение в электронной технике и для каких целей?

10. Какие сплавы используются для создания тонкопленочных резисторов?

11. Что такое аморфные металлические сплавы? Каковы особенности их строения?

12. Каковы значения электрического сопротивления аморфных металлических сплавов по сравнению с их кристаллическими аналогами?

13. Каковы особенности получения металлических сплавов в аморфном состоянии?

 







ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2023 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.