Кіріспе

Liquidmetal және Vitreloy – Калифорния технология институтының (Caltech) зерттеу тобы әзірлеген және Liquidmetal Technologies компаниясы сататын аморфты металл қорытпаларының коммерциялық атаулары. Liquidmetal қорытпалары жоғары созылу беріктігі, коррозияға төзімділік, өте жоғары қайтару коэффициенті және тозуға қарсы тамаша қасиеттер сияқты қажетті материалдық сипаттамаларды біріктіреді, сонымен қатар термопластикаларға ұқсас процестерде қыздыру арқылы пішінделуге мүмкіндік береді. Атауына қарамастан, олар бөлме температурасында сұйық емес. Liquidmetal 2003 жылы коммерциялық қолданысқа енгізілді. Ол гольф таяқтары, сағаттар және ұялы телефон қаптамалары сияқты түрлі мақсаттарда қолданылады. Бұл қорытпа Caltech-те аморфты металдарды зерттеу бағдарламасының нәтижесі болды. Бұл салыстырмалы түрде баяу салқындату жылдамдығында аморфты құрылымға қол жеткізе алатын тәжірибелік қорытпалардың алғашқысы болды. Бұрын аморфты металдар жасалған, бірақ тек шағын партиялармен, өйткені салқындату жылдамдығы секундына миллион градусқа жететін. Мысалы, аморфты сымдарды айналмалы дискіге балқыған металл ағынын шашыратып салқындату арқылы жасауға болады. Vitreloy баяу салқындатуға мүмкіндік бергендіктен, ірі партияларды өндіруге болады. Соңғы кезде Liquidmetal портфеліне бірнеше қосымша қорытпалар енгізілді. Бұл қорытпалар көп рет қайта қыздырғаннан кейін де аморфты құрылымын сақтайды, осылайша оларды әртүрлі дәстүрлі өңдеу процестерінде пайдалануға болады.

Сипаттамалары

Д. Атакан Пекер жасаған Сұйық металл атомдарының мөлшері бір-бірінен айтарлықтай өзгеше. Олар төмен еркін көлемді тығыз қоспаны құрайды. Кристалдық металдардан өзгеше, оларда тұтқырлық күрт төмендейтін нақты балқу нүктесі болмайды. Витрелой басқа шынылар сияқты, температураның жоғарылауымен тұтқырлығы біртіндеп төмендейді. Жоғары температурада материал пластикалық қасиет көрсетеді, бұл құю кезінде механикалық қасиеттерін салыстырмалы түрде оңай бақылауға мүмкіндік береді. Тұтқырлық атомдардың реттелген тор құру үшін жеткілікті қозғалуына кедері келтіреді, сондықтан материал жылумен өңделгеннен кейін де аморфты қасиеттерін сақтайды. Қоспалар салыстырмалы түрде төмен температурада жұмсарады, бұл күрделі пішіндерді қосымша өңдеусіз құюға мүмкіндік береді. Құюдан кейін материалдың қасиеттері дәстүрлі металдардан әлдеқайда жақсы; әдетте, құйылған металдардың қасиеттері соғылған немесе тартылған металдардан нашар болады. Қоспалар төмен температурада (алғашқы құрамы үшін) сонымен қатар иілгіш болады және қалыптауға жарамды. Бос көлемнің аз болуы салқындау кезінде қысқаруды азайтады. Осы себептердің барлығынан Сұйық металл термопласттарға ұқсас процестерді қолдана отырып, күрделі пішіндерге келтірілуі мүмкін, бұл оны пластмассалардың қолданылатын көптеген салаларында ауыстыруға болатын перспективалы материал етеді. Кристалдық емес (аморфты) құрылымының арқасында Сұйық металл титан немесе алюминийдің ұқсас қоспаларынан мықтырақ болады. Цирконий және титан негізіндегі Сұйық металл қорытпалары 1723 МПа-дан жоғары беріктікке ие, бұл дәстүрлі кристалды титан қорытпаларынан (Ti6Al4V ~ 830 МПа) шамамен екі есе жоғары, және жоғары беріктік болаттары мен кейбір жоғары технологиялық композиттік материалдардың беріктігімен шамалас (жинама материалдардың тізімі үшін кернеу беріктігін қараңыз). Дегенмен, ертедегі құю әдістері микроскопиялық кемшіліктерге әкелді, олар жарықтардың таралуына қолайлы орта болды, нәтижесінде Витрелой шыны сияқты сынғыш болды. Бұл алғашқы партиялар мықты болғанымен, соққыға ұшырағанда оңай сынып кетті. Жаңа құю әдістері, қорытпа құрамын түзету және басқа да өзгерістер бұл мәселені шешуге көмектесті. Дәнді шекаралардың болмауы жоғары беріктікке (соның салдарынан, серпімділікке) үлкен үлес қосады. Демонстрация кезінде аморфты болатқа түсірілген металл шар кристалды болатқа түсірілген шардан әлдеқайда ұзақ секірді. Металл шынындағы дәнді шекаралардың болмауы дәнді шекаралардың коррозиясын жояды, бұл жауын-шашынмен қатаю және сезгіштікке ұшыраған тот баспайтын болаттардағы жоғары беріктіктің жиі кездесетін мәселесі. Сұйық металл қорытпалары, демек, механикалық құрылымы мен қорытпада қолданылатын элементтердің есебінен коррозияға төзімді. Механикалық қаттылық, жоғары серпімділік және коррозияға төзімділіктің үйлесімі Сұйық металлдың тозуға төзімділігін қамтамасыз етеді. Жоғары температурада пластикалық деформация оңай бола тұра, бөлме температурасында апаттық бұзылуға дейін іс жүзінде болмайды. Бұл материалдың сенімділік маңызды қолданыстарда қолданылуын шектейді, себебі бұзылу алдында көрінбейді. Материал сонымен қатар металлдың шаршауына және жарықтардың өсуіне бейім. Аморфты матрицасы және иілгіш дендриттік кристалдық фазасымен күшейтілген екі фазалы композиттік құрылым немесе басқа материалдың талшықтарымен күшейтілген металл матрицасы бұл кемшілікті азайтуға немесе жоюға көмектеседі.

Қолданылуы

Сұйық металл әдетте бір материалда кездеспейтін бірқатар қасиеттерді біріктіреді. Бұл оларды алуан түрлі қолданыстарда пайдалы етеді. Сұйық металдың алғашқы коммерциялық қолданыстарының бірі компания өндірген гольф таяқшаларында болды, онда жоғары серпімді металл таяқша бетінің бөліктеріне қолданылды. Бұл пайдаланушылар тарапынан жоғары бағаланды, бірақ өнім кейіннен тоқтатылды, себебі прототиптер 40 соққыдан кейін сынып қалды. Содан бері Liquidmetal басқа спорттық жабдықтарда қолданылды, оның ішінде гольф доптарының, шаңғының, бейсбол және софтбол таяқшаларының, теннис ракеткаларының ішкі бөліктерінде. Құю және қалыптау мүмкіндігі, жоғары тозуға төзімділікпен үйлесіп, кейбір қолданыстарда пластикті алмастыруға мүмкіндік берді. Ол SanDisk "Cruzer Titanium" USB флеш-дискілерінің соңғы үлгілерінің корпусында, сондай-ақ флеш-память негізіндегі MP3 плеерлерінің Sansa желісінде, сонымен қатар кейбір ұялы телефондардың корпустарында, мысалы, сәнді Vertu өнімдері мен басқа да берік тұтынушы электроникасында қолданылды. Сұйық металл Biolase тіс лазері Ilase және Socketmobile сақиналы штрих-код сканерінде де қолданылған. Liquidmetal сонымен қатар, АҚШ-та шығарылған Apple Inc. компаниясы жасаған кейбір iPhone 3G телефондарының SIM-картасын шығару құралын жасау үшін пайдаланылды. Бұл Apple компаниясы металлдың қолданылу мүмкіндігін тексеру мақсатында жасады. Олар бәсекелес материалдарға қарағанда сызықтарсыз бетін ұзақ сақтайды, әрі күрделі пішінде жасалуы мүмкін. Осы қасиеттері оны өнеркәсіптік машиналар үшін, соның ішінде мұнай бұрғылау құбырлары мен электр станцияларының қазандықтары үшін қорғаныш жабыны ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Ол сондай-ақ медициналық құралдар мен автомобильдерден бастап, әскери және ғарыш өнеркәсібіне дейін титанды алмастырады. Әскери қолданыста аморфты металдардан жасалған таяқшалар кинетикалық энергияны берушілерде таусылған уранның орнын басады. Сұйық металл пластиналары Genesis ғарыш зондының күн желiндегi иондарды жинау массивінде қолданылған.

Лицензиялық пайдалану

Apple Inc. компаниясы 2010 жылдан кейін дамытылған технологияларды тұтынушы электроникасында пайдалануға мәңгілік, эксклюзивті лицензия алды. Swatch Group компаниясына 2010 жылдан кейін жасалған Liquidmetal қорытпаларын өздерінің сағаттарында пайдалануға эксклюзивті лицензия берілді.