В. Структура аморфных материалов

Аморфное состояние (от греч. а — отрицательная частица и morphē — форма), твёрдое состояние вещества, обладающее двумя особенностями: его свойства (механические, тепловые, электрические и т. д.) в естественных условиях не зависят от направления в веществе (изотропия); при повышении температуры вещество твердые аморфные тела переходят в жидкое состояние постепенно, т. е. у таких тел отсутствует определённая точка плавления.

Эти особенности обусловлены отсутствием в аморфной структуре дальнего порядка — характерной для кристаллов строгой повторяемости во всех направлениях одного и того же элемента структуры (атома, группы атомов, молекулы и т. п.) на протяжении сотен и тысяч периодов. В то же время у вещества с аморфной структурой существует ближний порядок — согласованность в расположении соседних частиц, т. е. порядок, соблюдаемый на расстояниях, сравнимых с размерами молекул (рис. 10). С расстоянием эта согласованность уменьшается и через 0,5—1 нм исчезает

Рисунок 10. Аморфная структура (с ближним порядком в расположении атомов) (1) и кристаллическая (с дальним порядком) (2)

Обычно, твёрдые тела имеют кристаллическую структуру, возникающую при кристаллизации расплава. Однако в зависимости от свойств молекул, кристаллизации может потребовать больше или меньше времени — молекулы должны успеть при охлаждении вещества выстроиться в кристаллический порядок. Поэтому обычно аморфное состояние формируют сверхбыстрым охлаждением их жидкого состояния. Скорость охлаждения может достигать !0⁶ град/с. Существуют и другие способы аморфизации, в частности, в твердых фазах.

Но в некоторых случаях скорость охлаждения может быть и не столь высокой. Например, расплавляя кристаллический кварц и затем быстро охлаждая расплав, получают аморфное кварцевое стекло. Таким же образом ведут себя многие силикаты, которые при охлаждении дают обычное стекло. Поэтому аморфное состояние часто называют стеклообразным состоянием. Однако чаще всего даже самое быстрое охлаждение недостаточно быстро для того, чтобы помешать образованию кристаллов. В результате этого большинство веществ получить в аморфном состоянии. В настоящее время не удается. Отметим, что аморфную структуру имеют янтарь,, смолы, природные, битумы. В аморфном состоянии могут находиться и вещества, состоящие из длинноцепочечных макромолекул — высокомолекулярные соединения, или полимеры.

Аморфные сплавы часто обладают уникальными свойствами, не встречающихся у обычных кристаллических. Например, аморфные сплавы системы Fe-Si-B могут иметь высокую прочность и вязкость и поэтому из этих сплавов целесообразно изготавливать армирующие материалы, пружины, проволоки. Высокая коррозионная стойкость характерна для многих аморфных сплавов, в частности, Fе₄₅Сr₂₅Мo₁₀Р₁₃С₇, поэтому их них нужно изготавливать изделия для работы в агрессивных средах. Высокая магнитная проницаемость и низкая коэрцитивная сила сплавов типа Finemet ( сплавы Fe-Co-Si-Nb-Cu-B) обуславливает их применение для изготовления, например, магнитных головок и магнитных экранов. Конечно, имеются и другие перспективные направления применения аморфных сплавов, о которых читатель может узнать самостоятельно.