Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
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.
Liquidmetal and Vitreloy are commercial names of a series of amorphous metal alloys developed by a California Institute of Technology (Caltech) research team and marketed by Liquidmetal Technologies. Liquidmetal alloys combine a number of desirable material features, including high tensile strength, excellent corrosion resistance, very high coefficient of restitution and excellent anti wearing characteristics, while also being able to be heat formed in processes similar to thermoplastics. Despite the name, they are not liquid at room temperature. Liquidmetal was introduced for commercial applications in 2003. It is used for, among other things, golf clubs, watches, and covers of cell phones. The alloy was the end result of a research program into amorphous metals carried out at Caltech. It was the first of a series of experimental alloys that could achieve an amorphous structure at relatively slow cooling rates. Amorphous metals had been made before, but only in small batches because cooling rates needed to be in the millions of degrees per second. For example, amorphous wires could be fabricated by splat quenching a stream of molten metal on a spinning disk. Because Vitreloy allowed such slow cooling rates, production of larger batch sizes was possible. More recently, a number of additional alloys have been added to the Liquidmetal portfolio. These alloys also retain their amorphous structure after repeated re heating, allowing them to be used in a wide variety of traditional machining processes.
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.
Liquidmetal, created by Dr. Atakan Peker, contain atoms of significantly different sizes. They form a dense mix with low free volume. Unlike crystalline metals, there is no obvious melting point at which viscosity drops suddenly. Vitreloy behaves more like other glasses, in that its viscosity drops gradually with increased temperature. At high temperature, it behaves in a plastic manner, allowing the mechanical properties to be controlled relatively easily during casting. The viscosity prevents the atoms moving enough to form an ordered lattice, so the material retains its amorphous properties even after being heat formed. The alloys have relatively low softening temperatures, allowing casting of complex shapes without needing finishing. The material properties immediately after casting are much better than those of conventional metals; usually, cast metals have worse properties than forged or wrought ones. The alloys are also malleable at low temperatures ( for the earliest formulation), and can be molded. The low free volume also results in low shrinkage during cooling. For all of these reasons, Liquidmetal can be formed into complex shapes using processes similar to thermoplastics, which makes Liquidmetal a potential replacement for many applications where plastics would normally be used. Due to their non crystalline (amorphous) structures, Liquidmetals are harder than alloys of titanium or aluminum of similar composition. The zirconium and titanium based Liquidmetal alloys achieved yield strength of over 1723 MPa, nearly twice the strength of conventional crystalline titanium alloys (Ti6Al4V is ~830 MPa), and about the strength of high strength steels and some highly engineered bulk composite materials (see tensile strength for a list of common materials). However, the early casting methods introduced microscopic flaws that were excellent sites for crack propagation which led to Vitreloy being fragile like glass. Although strong, these early batches shattered easily when struck. Newer casting methods, adjustments of the alloy mixtures and other changes have improved this. The lack of grain boundaries contributes to the high yield strength (and thereby resilience) exhibited. In a demonstration, a metal sphere dropped on amorphous steel bounced significantly longer than the same metal sphere dropped on crystalline steel. The lack of grain boundaries in a metallic glass eliminates grain boundary corrosion—a common problem in high strength alloys produced by precipitation hardening and sensitized stainless steels. Liquidmetal alloys are therefore generally more corrosion resistant, both due to the mechanical structure as well as the elements used in its alloy. The combination of mechanical hardness, high elasticity and corrosion resistance makes Liquidmetal wear resistant. Although at high temperatures, plastic deformation occurs easily, almost none occurs at room temperature before the onset of catastrophic failure. This limits the material's applicability in reliability critical applications, as the impending failure is not evident. The material is also susceptible to metal fatigue with crack growth. A two phase composite structure with amorphous matrix and a ductile dendritic crystalline phase reinforcement, or a metal matrix composite reinforced with fibers of other material can reduce or eliminate this disadvantage.
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.
Liquidmetal combines a number of features that are normally not found in any one material. This makes them useful in a wide variety of applications. One of the first commercial uses of Liquidmetal was in golf clubs made by the company, where the highly elastic metal was used in portions of the club face. These were highly rated by users, but the product was later dropped, in part because the prototypes shattered after fewer than 40 hits. Since then, Liquidmetal has appeared in other sports equipment, including the cores of golf balls, skis, baseball and softball bats, and tennis racquets. The ability to be cast and molded, combined with high wear resistance, has also led to Liquidmetal being used as a replacement for plastics in some applications. It has been used on the casing of late model SanDisk "Cruzer Titanium" USB flash drives as well as their Sansa line of flash based MP3 player, and casings of some mobile phones, like the luxury Vertu products, and other toughened consumer electronics. Liquidmetal was used in the Biolase dental laser Ilase and the Socketmobile ring bar code scanner. Liquidmetal has also notably been used for making the SIM ejector tool of some iPhone 3Gs made by Apple Inc., shipped in the US. This was done by Apple as an exercise to test the viability of usage of the metal. They retain a scratch free surface longer than competing materials, while still being made in complex shapes. The same qualities lend it to use as protective coatings for industrial machinery, including petroleum drill pipes and power plant boiler tubes. It also replaces titanium in applications ranging from medical instruments and cars to the military and aerospace industry. In military applications, rods of amorphous metals replace depleted uranium in kinetic energy penetrators. Plates of Liquidmetal were used in the solar wind ion collector array in the Genesis space probe.
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.
Apple Inc., acquired a perpetual, exclusive license to use the technologies developed after 2010 in consumer electronics. The Swatch Group, was granted an exclusive license to utilize Liquidmetal alloys developed after 2010 in its timepieces.''