Материалы высокочувствительных физических приборов
|
Быстрозакаленные сплавы в зависимости от химического состава и степени метастабильности проявляют широкий спектр различных свойств. Например, среди быстрозакаленных сплавов по их электрическим свойствам встречаются любые материалы, начиная от металлических проводников, в том числе и сверхпроводников, до полупроводников и изоляторов. Так, в быстрозакаленных сплавах Ni80-x(V, Ti, Cr, Mn)xB16Si4 при T<30 К наблюдается типичная для металлов зависимость электросопротивления от температуры (ρ-Тn). По мере увеличения электросопротивления с ростом концентрации легирующих элементов (х) зависимость ρ(T) при низких температурах изменяется от типично металлической до характерной для диэлектриков [ρ~ехр(С/Т2)], где 1/4<z<3/4, проходя через промежуточное состояние, где ρ-√T. Сочетание влияния металлических и стеклообразующих факторов, малая длина свободного пробега электронов (0,3-0,5 нм) и другие особенности природы аморфных сплавов накладывают большой отпечаток на их физические свойства. Рассеяние электронов из-за беспорядка в расположении атомов определяет высокое по сравнению с кристаллическими материалами удельное электросопротивление аморфных сплавов (80—300 мкОм*см) и слабую зависимость его от Т, иногда вплоть до кристаллизации. Общее изменение электросопротивления аморфных сплавов от самых низких температур К) до почти температур кристаллизации обычно меньше 10%, в диапазоне же температур от 1 до 300 К оно вообще не превышает 1—3%. Величины температурного коэффициента электросопротивления аморфных сплавов, как правило, малы и часто отрицательны (от -100*10в-4* до 300-10в-4 1/К) или даже равны нулю в довольно широких интервалах температур (-200/+200°С). Для аморфных сплавов характерно также наличие минимума на температурной зависимости электросопротивления, не сводящегося к эффекту Кондо, при низких температурах. У аморфных сплавов э.д.с. также достигает больших значений. Однако различные типы аморфных сплавов характеризуются все же различной температурной зависимостью удельного электросолротивлеиия и т. э.д.с. Это объясняется различными механизмами рассеяния электронов, которые чрезвычайно чувствительны к изменениям электронной структуры и магнитного состояния вещества. По характеру магнитного состояния аморфные сплавы разделяются на 5 основных групп (ферромагнетики с Тс≥293 К — например Fe—Ni(Co)—Zr, Fe (Co, Ni)—B(P); слабые ферромагнетики — например Fe—Zr, Ni—Dy; спиновые стекла с характеристиками Кондосостояния — например Со1-xYx, Pd—Si(Mn), FeiNi80-xP16B4; сильные парамагнетики с отсутствующей практически зависимостью электросопротивления от T — например Cu—Ti(Zr), Pd—Zr, Ni—Pd(Pt)—P; слабые парамагнетики или диамагнетики — например Mg—Zn(Cu), Ag—Cu—Mg (Al, Ge, Si, Sb) и др.], каждая из которых имеет свои характерные особенности в уровне и температурной зависимости удельного электросопротивления, и других физических свойств. Это обусловливает наличие у аморфных сплавов разного состава самого широкого спектра физических свойств и, следовательно, различных возможностей их использования. Исключительно высокие т. э.д.с. и электросопротивление некоторых аморфных сплавов дают хорошие перспективы для создания термобатарей, термоэлементов и термометров. Сочетание высокого удельного сопротивления и низкого, часто отрицательного значения его температурного коэффициента позволяет изготовлять миниатюрные прецизионные термометры и эталоны сопротивления. Например, из аморфного сплава Pd73Cr7Si20 уже изготовлен низкотемпературный (до 150 К) радиационностойкий термометр сопротивления с чувствительностью до 0,001 К (—60 мкВ/К при 10 К). Стабильность тензодатчиков, изготовленных из аморфных микропроводов Fe—С—Si—В при величине тензочувствительности 2,6—2,9, температурном коэффициенте сопротивления ±3*10в-5 К-1, удельном сопротивлении - 55 мкОм*см не ниже 0,05% (за 1000 ч работы). В низкотемпературной технике используются миниатюрные нагреватели из аморфных сплавов. Высокая однородность структуры и строения поверхности аморфных сплавов позволяет создавать на их основе чувствительные электронно-эмиссионные приборы. На основе аморфных сплавов разрабатываются новые фото- и термоэлектрические тензо- и терморезисторы, датчики напряжений, давления и другие высокочувствительные физические приборы и устройства дистанционного управления; биметаллические (слой аморфного сплава толщиной 0,5—3 мкм на слое микрокристаллического материала) датчики контролирующих приборов, термически устойчивые почти до температур кристаллизации, отличаются малой массой, высокой чувствительностью (из-за различия коэффициентов линейного расширения аморфного и кристаллического материалов) и малой термической инерционностью. Некоторые аморфные сплавы (например, Fe — 10% (ат.) Zr] обладают хорошими инварными свойствами. Они почти не изменяют своего объема при изменении температуры и поэтому пригодны для изготовления деталей точных измерительных приборов, мер длины часовых маятников, регуляторов температуры. Полупромышленные испытания прошли некоторые быстрозакаленные микрокристаллические сплавы с эффектом памяти формы в различных регулирующих и контролирующих приборах. Выгодным преимуществом аморфных сплавов является их повышенная устойчивость к радиации. |
