فلزات و آلیاژهای آمورف

اتم ها به صورت بی نظمی توپولوژیکی در فضای سه بعدی، بدون تناوب طولانی مدت قرار گرفته اند، اما در محدوده چند فاصله اتمی، آرایش اتم ها همچنان قوانین خاصی دارد، بنابراین می توان در نظر گرفت که ساختار اتمی آلیاژهای بی شکل است. "بی نظمی طولانی مدت، نظم کوتاه مدت". به طور کلی تعریف می شود که ناحیه مرتبه کوتاه برد آلیاژهای آمورف کمتر از 1.5 نانومتر است، یعنی بیشتر از 4-5 فاصله اتمی نیست، که آنها را از نانوبلورها یا میکروبلورها متمایز می کند=ترتیب کوتاه برد را می توان به ترتیب برد کوتاه شیمیایی و مرتبه برد کوتاه توپولوژیکی تقسیم کرد. بلورها ساختارهای معمولی منظمی هستند، در حالی که گازها، مایعات و جامدات بی شکل به ساختارهای بی نظم تعلق دارند. مواد جامد آمورف نیز شامل انواعی مانند مواد معدنی بی شکل (مانند شیشه)، پلیمرهای آمورف و آلیاژهای بی شکل (همچنین به عنوان شیشه فلزی شناخته می شوند).

توانایی فلزات برای تولید حالت های بی شکل همیشه مشکلی دشوار بوده است که دانشمندان مدرن بر رمزگشایی آن تمرکز کرده اند. دانشمندان دریافته اند که پس از ذوب شدن، اتم های داخلی فلزات در حالت فعال هستند. به محض اینکه فلز شروع به سرد شدن می کند، اتم ها به آرامی و منظم طبق یک الگوی حالت بلوری مشخص با کاهش دما چیده می شوند و کریستال ها را تشکیل می دهند. اگر فرآیند خنک‌سازی سریع باشد و اتم‌ها قبل از تنظیم مجدد جامد شوند، آلیاژهای آمورف تولید می‌شوند. مشاهده می‌شود که یکی از فناوری‌های کلیدی برای تولید آلیاژهای آمورف، خنک کردن سریع آن‌ها است. تهیه آلیاژهای آمورف فرآیند انجماد سریع را اتخاذ می کند. فولاد مذاب با دمای بالا را در یک غلتک خنک کننده چرخان با سرعت بالا اسپری کنید. فولاد به سرعت با سرعت میلیون ها درجه در ثانیه سرد می شود و دمای فولاد 1300 درجه را تنها در یک هزارم ثانیه به زیر 200 درجه کاهش می دهد و نوارهای آمورف را تشکیل می دهد.

کشورهای توسعه‌یافته همیشه محدودیت‌های تکنولوژیکی بر روی فناوری تولید آلیاژهای آمورف اعمال کرده‌اند. پس از نزدیک به 20 سال تلاش بی وقفه، دانشمندان چینی سرانجام به پیشرفت های فناوری در تهیه آلیاژهای آمورف در دوره "برنامه پنج ساله نهم" دست یافتند و بر فناوری های اصلی با حقوق مالکیت معنوی مستقل تسلط یافتند. و پیشرفت هایی در صنعتی سازی آلیاژهای آمورف ایجاد شده است و مقیاس صنعتی با تولید سالانه 4000 تن را تشکیل می دهد. این شکاف تکنولوژیکی در صنعت متالورژی چین را پر می کند. آلیاژهای آمورف در مقایسه با آلیاژهای کریستالی تغییرات قابل توجهی در خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی داشته اند. به عنوان مثال، آلیاژ آمورف تحت تسلط آهن را در نظر بگیرید، دارای ویژگی های چگالی شار مغناطیسی اشباع بالا و تلفات کم است. صنعت مدرن اغلب از آن برای تولید هسته های ترانسفورماتور توزیع استفاده می کند. در حال حاضر چین قادر به تولید نوارهای آمورف با مشخصات مختلف با توجه به نیاز بازار با روشنایی تا 220 میلی متر است. در مقایسه با ترانسفورماتورهای هسته فولادی سیلیکونی سنتی، ترانسفورماتورهای ساخته شده از این آلیاژ آمورف 60 تا 80 درصد کاهش تلفات بدون بار را دارند که اثر صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی دارد. اگر تمام ترانسفورماتورهای توزیع موجود در چین با ترانسفورماتورهای آلیاژی آمورف جایگزین شوند، می توان سالانه 9 میلیارد کیلووات ساعت برق برای کشور صرفه جویی کرد، به این معنی که یک نیروگاه سوخت فسیلی با ظرفیت 1 میلیون کیلووات می تواند هر سال کمتر ساخته شود، یعنی 3.64 میلیون. تن زغال سنگ را می توان کاهش داد و بیش از 9 میلیون متر مکعب دی اکسید کربن و سایر انتشارات اگزوز را می توان کاهش داد. از این نظر، آلیاژهای آمورف توسط مردم به عنوان "مواد سبز" شناخته می شوند.