Завершуючи опис магнітних властивостей аморфних феромагнетиків, ми приходимо до висновку, що властиві їм магнітні властивості виникають завдяки невпорядкованому розташуванню атомів. Деякі з цих властивостей є унікальними і не можуть бути отримані в кристалічних сплавах.
4.2. Використання аморфних сплавів у якості дифузійного бар’єру та для виготовлення магнітних голівок і сенсорів
Прагнення до мініатюризації електронних пристроїв привело до того, що лінійні розміри струмоведучих доріжок, контактних майданчиків і інших елементів сучасних інтегральних схем не перевищують 0,5-1 мкм. При субмікронних розмірах робочих елементів створюються умови для взаємного проникнення атомів - дифузії на межі розділу метал-напівпровідник. Цей процес з часом призводить до замикання струмоведучих доріжок та виходу приладу з ладу. Щоб запобігти дифузії, необхідно створити тонкий бар’єрний шар між напівпровідником і металом.
Близько десяти років тому було показано, що найкращими бар'єрними властивостями володіють аморфні металеві сплави [8]. Дифузія через аморфні шари сильно ускладнена внаслідок нерегулярності атомної структури. Особливо хорошими бар'єрними властивостями володіють аморфні сплави тугоплавких металів, наприклад Re-Ta, e-Nb.
Як відомо, для запису і зберігання інформації використовуються феромагнітні матеріали. У результаті досліджень, спрямованих на підвищення інформаційної щільності, вже отримані матеріали, щільність запису на яких досягає 108 біт/см2. При цьому розмір області, що зберігає один біт, не перевищує 1 мкм2. Такі носії роблять з магнітожорстких матеріалів, що володіють великим коерцитивним полем. При цьому магнітна голівка, яка використовується для запису інформації, що має бути з матеріалу, що має високе значення намагніченості насичення Ms. До того ж при зчитуванні інформації важливо, щоб матеріал сердечника головки мав високу початкову магнітну проникність.
Усім цим вимогам задовольняють аморфні феромагнітні сплави. Використовуючи напилення, можна виготовити голівку, яка має високу намагніченість насичення Ms = 1,2-1,5 Тл, будь-яких мислимих розмірів, здатну перемагнічувати мікроскопічні області носія (близько 0,1 мкм). Аморфні головки відносно дешеві, мають високу зносостійкість (час роботи близько 10 000 годин), характеризуються високими значеннями початкової магнітної проникності на частотах 5-15 МГц.
Аморфні шари, отримані за допомогою іонно-плазмового напилювання, можна використовувати для створення високочутливих датчиків, сенсорних пристроїв і малогабаритних трансформаторів. Нові сенсорні пристрої можна використовувати в технологічних процесах виробництва автомобілів, індустріальних роботів, у промислових вимірниках різного роду властивостей (датчики розмірів, сили удару, швидкості газових потоків, об’му витікаючої рідини і т.д.). Сенсорні пристрої, виготовлені на основі аморфних сплавів, можуть працювати в самих складних умовах завдяки високим характеристикам пружності, ізотропності, електромагнітних та інших властивостей.[9]
4.3. Ноу-хау галузі металевих стекол. Гнучке скло. REAL - скло
Гнучке скло. Винахід скла, яке може гнутися, вже само по собі здається чимось незвичайним. А ось гнеться скло, яке зробили фахівці з інституту фізики Китайської академії наук (Institute of Physics) під керівництвом професора Вей Хуа Вана (Wei Hua Wang), до того ж являє собою металевий сплав. Розробкою надтонких металевих стекол дослідники займаються вже давно. Значний прорив в цій галузі був зроблений близько 10 років тому, коли вчені навчилися вирощувати такі матеріали у вигляді тонких пластин. Галузь застосування цих розробок виявилася дуже широкою. Втім, у гнучких стекол є істотний недолік - висока крихкість.Раніше для поліпшення механічних характеристик вчені додавали спеціальні наночастинки до складу таких стекол. Тріщина, утворюватися в таких матеріалах, розповсюджувалася до точки "зустрічі" з наночастинок, на якій і зупинялася.Докладні матеріали виявлялися досить дорогими, тому професор Ван і його колеги вирішили зайнятися пошуком простішого рішення.
В результаті серії експериментів вони змогли зробити скло зі сплаву, створеного з цирконію, алюмінію, міді і нікелю.
Особливість отриманого матеріалу в тому, що в його структурі розподілені зони, що складаються з твердих і щільних областей, оточених м'якими і менш щільними.
Через це при вигині не виникає великої тріщини, а з'являється безліч дрібних тріщин. Завдяки ним сила, прикладена до виробу з такого скла, розподіляється рівномірно по перетину виробу. Як стверджують дослідники, цю властивість робить даний матеріал більш гнучким у порівнянні з іншими існуючими аналогами.
REAL - скло (метод левітування). Уявіть, що ви сильно нагрівається якісь вихідні речовини, а потім охолоджуєте суміш, щоб створити новий матеріал. чого б ви не зробили ємність для розплаву, вона так чи інакше вступить в хімічну або фізична взаємодія з вашим речовиною і неминуче забруднить його.
Це означає, що ви не зможете з високою точністю визначити властивості нового матеріалу.
Інший, не менш важливий наслідок полягає в тому, що ваш зразок буде мати характеристики відмінні від тих, що ви планували, пишучи оригінальний рецепт". Чи можна провести всі стадії експерименту, нічим не торкаючись до зразка? На думку відразу приходить невагомість і космічна станція, але є простіший вихід.[10].
З 1997 року в космічному центрі Маршалла (Marshall Space Flight Center) працює дивовижний апарат - "Електростатичний левітатор". Рис.4.5. До цих пір він регулярно приносить ефективні і, можна сказати, ефектні наукові результати.
Серце приладу - вакуумна камера з шістьма електродами. Кульки вихідної суміші підвішуються в центрі камери в потужному електростатичному полі .Для заповнення електричного заряду зразка (який втрачає електрони при сильному нагріванні) служить спеціальна дейтерієва дугова лампа. Пересічні під прямим кутом лазери використовуються для контролю положення зразка в просторі. Комп'ютери регулюють заряд на електродах, щоб утримувати кульку точно в центрі камери.
І, знову-таки, потужний лазер нагріває його до розплавленого стану рис.4.6. Також дистанційно вчені вивчають якості одержуваних сплавів як у рідкому, так і в застиглому стані. Головне призначення приладу - створення незвичайних сортів скла, металевих сплавів, кераміки та аналіз їх властивостей.
Саме завдяки левітатору було винайдено REAL-скло. REAL - це абревіатура, що означає "рідкоземельний алюмінієвий оксид" (Rare Earth і оксиди алюмінію). Складаються ці скла з суміші декількох рідкоземельних оксидів, оксиду алюмінію і невеликої домішки діоксиду кремнію. Цьому матеріалу вже підбирають сфери застосування. Наприклад, у медицині.
Більшість хірургічних лазерів використовують дорогі кристали, такі як сапфіри, ці кристали не тільки дороги, але й сильно обмежують доступний діапазон довжин хвиль і енергії. REAL-скло потенційно дасть хірургам більший вибір.
Це метал або сплав металів, який при кімнатній температурі і в твердому стані існує в аморфному агрегатному стані (як скло), а не у вигляді кристалічної решітки, яку традиційно вважають чи не головною ознакою металів. Секрет його отримання в тому, що надчистий зразок охолоджується, плаваючи у вакуумі, не торкаючись стінок.
А раз немає центрів кристалізації і зовнішніх механічних збурень, крапля металу залишається рідиною, що навіть при температурі багато нижче точки плавлення. Потім в якийсь момент вона раптом різко твердне (за частки секунди), випускаючи при цьому спалах світла. І виходить металеве скло. Показати написання латиницею
Такі матеріали мають іншими магнітними властивостями, а також - набагато більш міцні і твердіші, ніж ті ж самі речовини в традиційному кристалічному вигляді.
Металеві скла вже знайшли застосування у виробництві ряду виробів (наприклад, елітного спортінвентаря, на зразок тенісних ракеток), але потенціал незвичайного матеріалу далеко не вичерпаний.
Не менш цікаво і біологічно активне скло, що будучи введеним в організм, в кінцевому рахунку розпадається, коли його робота виконана. Мікроскопічні кількості такого скла, можуть використовуватися для обробки ракової пухлини.[11].
ВИСНОВКИ
Зроблено огляд літератури по вирішенню проблеми аморфних металевих сплавів, зокрема про структуру аморфних феромагнетиків їх перевагами над кристалічними тілами, методами одержання та застосування металевого скла:
1. Головна відмінність аморфізованого стану речовини від кристалічних твердих тіл - це відсутність дальнього порядку атомів у структурі,завдяки чому вони є твердішими.
2. З розглянутих вище методів добування аморфних сплавів можна сказати, що:
- Головним недоліком методу дискретного гартування на охолоджуючих поверхнях є неоднорідність по товщині одержаної фольги .
- Безперервні методи мають перевагу за рахунок двостороннього охолоджування з хорошим поверхневим контактом, і сплав має однакову товщину , проте ним важко керувати.
- За допомогою методу іонно-плазмового розпилення процесом осадження аморфної плівки легко можна керувати, до того ж швидкість росту плівки досягає 60нм/с.
- Зараз починає розвиватися метод «левітування» за допомогою якого можна створювати металеві стекла із наперед заданими властивостями.
3.Щодо застосування можна сказати наступне:аморфні метали мають широкий спектр застосування,зокрема феромагнетики використовують для запису та збереження інформації,в техніці для створення дифузійного бар’єру в інтегральних схемах,щоб запобігти їх замиканню.
REAL-скло може використовуватись в медицині для лікування ракових пухлин,що зараз дуже доречно.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Золотухин И.В. Физические свойства аморфных металлических материалов - М.: Металлургия, 1986, - 176 с.
2. Ковнеристый Ю.К., Осипов Э.К., Трофимова Е.А. Физико-химические основы создания аморфных металлических сплавов. - М.: Наука, 1983, -
3.Гиржон В.В., Смоляков А.В., Ястребова Т.С., Шейко Л.М. Особенности кристаллизации аморфных металлических сплавов системы Fe-Si-B под влиянием импульсных лазерных нагревов. - ФММ. - 2002. - т. 93. - №1. С. 64-69.195с.
4.Ковренистый Ю.К. Объемно-аморфизующиесясплавы и наноструктурные материалы на их основе //Металловедение и термическая обработка металлов. −2005. − № 7 (601). - С.14-16.
5. Мирошниченко И.С. Закалка из жидкого состояния. - М.: Металлургия,
6.Аронин А. С., Абросимова Г. Е., Добаткин С. В., Матвеев Д. В. и др. Влияние деформации на нанокристаллизацию аморфных сплавов // Тез. докл. Второй Всероссийской конференции по наноматериалам «НАНО 2007». Новосибирск, 2007. 44 с. 1982, - 168 с .
7. Золотухин И.В., Бармин Ю.В. Стабильность и процессы релаксации в металлических стеклах. М.: Металлургия, 1991. 158 с/
8.Б.П. Яцишин. Теоретичні аспекти явищ переносу в рідкісноземельних аморфних сплавах // Мат-ли II
міжн. наук. конф. “Фізика невпорядкованих систем”, Львів, сс. 60-61 (2003).
9.Vetoshko P.M.,Valeiko M.V., Nikitin P.I., Sensors and Actuators. - 2003. - A106 - P. 270-273.
10. www.membrana.ru
11. http://science.nasa.gov
