Металлические стекла для микроштамповки

Объемные металлические стекла обладают множеством достоинств. Объемные металлические стекла обладают множеством достоинств.

Металлическое стекло (МС) – обычно сплав различных металлов, не успевший стать поликристаллическим из – за очень быстрого охлаждения расплава. Впервые о металлическом стекле упоминалось в 1960 г., когда Пол Дювец выливал металл на холодный быстро вращающийся медный цилиндр, создавая «сверхбыстрозароможенный» аморфный металл. Скорость охлаждения составляла 10 000 000 К/ с. Однако изделия, полученные таким способом, были очень тонкими и поэтому сразу не нашли практического применения.

Объемные металлические стекла изготовить куда сложнее тонких лент. Однако попытаться решить эту проблему можно, например, вводя в горячий расплав вещества, которые при застывании образуют «рассеянные» кристаллы, или «дендриты», которые «удерживают» полосы скольжения, не давая им стать трещинами. Нынешние достижения основаны на подборе металлов для самого сплава: медь, железо, цирконий, никель и 5–6 добавок других элементов (в частности, неметаллические элементы часто вводят, чтобы создать локальное разупорядочение, предотвращающее кристаллизацию и образование поликристаллического, а не аморфного, материала). Интересное применение находят сейчас металлические стекла для создания микроэлектромеханических систем (МЭМС), создают биомедицинские имплантаты и хирургические инструменты. Получают металлические стекла по прежнему резким охлаждением расплава. Методом термопластичного формования также в ряде случаев создают изделия из металлического стекла.

image001b.jpg Рис. 1. Механические свойства и их «размерная зависимость».

Материалы на основе металлических стекол обладают рядом уникальных свойств. Это – очень гибкие материалы, прочные при изгибе и сжатии, износостойкие, которые к тому же обладают высокой коррозионной стойкостью. Материалы на основе МС способны восстанавливать свою форму при снятии нагрузки, но при некотором ее критическом значении, конечно же, незамедлительно разрушаются. К недостаткам изделий из металлического стекла следует отнести их высокую стоимость и неустойчивость к нагрузкам на растяжение.

Согласно недавним исследованиям, металлическое стекло состава Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 демонстрирует достаточно странные, но предсказуемые свойства, при толщине образца >1 мм наблюдается пластичность при сжатии, но хрупкость при изгибе и растяжении. Если толщина <1 мм, в образце пластичность при изгибе увеличивается. При толщине образца <10 нм наблюдается существенно более высокая устойчивость к деформациям.

Подобные уникальные механические свойства и отсутствие крупных «зерен», как у обычных металлов, делают металлические стекла привлекательными для микроштамповки и других подобных технологий получения МЭМС. В зависимости от вида прессформ для изготовления изделий из металлического стекла поверхность изделий может быть различна (так, на рисунке изображены снимки (РЭМ) поверхности изделий из МС состава Pt57.5Cu14.7Ni5.3P22.5).

image002b.jpg Рис. 2. Cнимки (РЭМ) поверхности изделий из МС состава Pt57.5Cu14.7Ni5.3P22.5. Образец изготавливали методом термопластичного формования при температуре 270 ° C, под давлением 15 MPa в течение 90 с, используя различные пресс-формы: a) никелевая, b) кремниевая, c) полимерная, d, e) алюминиевая, f) изделие полученное методом термопластичного формования.

В настоящее время на основе МС создают трехмерные микроизделия. Специалисты полагают, что эти материалы в самом ближайшем будущем найдут применение в военной и космической промышленности. А в перспективе, когда удастся снизить себестоимость и разработать промышленную технологию производства, на их основе будут созданы общедоступные конструкционные материалы для самых разных сфер, обладающие уникальными свойствами.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.8 (6 votes)
Источник(и):

1. nanometer.ru