Üvegállapot termikus bomlásának nyomonkövetése termofeszültség méréssel és mikrokeménység vizsgálattal
Üvegállapot termikus bomlásának nyomonkövetése termofeszültség méréssel és mikrokeménység vizsgálattal
A fémolvadékok kellően nagy sebességű hűtésével elkerülhető azok kristályosodása, ugyanis nem áll rendelkezésre elegendő idő sem a kristály csírák képződésére, sem pedig az anyagon belüli diffúziós folyamatokra. Az ily módon előállított fémeket fémüvegnek, vagy szerkezetéből adódóan amorf fémeknek nevezzük, szerkezetük nagyon hasonlít a hétköznapokban is jól ismert üveghez.
A fémüvegeket előnyös mágneses tulajdonságai miatt előszeretettel alkalmazzák transzformátorok vasmagjaiban, nagy ellenállásuk lévén fűtőszálként is elterjedtek, illetve kedvező mechanikai tulajdonságaiknak köszönhetően a MEMS eszközökben is egyre nagyobb szerepet kapnak.
Az üvegátalakulás termodinamikai háttere a következő: A gyorshűtés során, az olvadékállapot nagy atomi rendezetlensége befagy a megszilárdult anyagba, annak teljes szabadentalpiáját növelve. Ez az állapot tehát nagy termodinamikai többletenergiával jár. Az így létrehozott amorf állapot azonban hőkezeléssel megbontható: jól szabályozható módon nanokristályos, illetve részben üveges és nanokristályos szerkezet érhető el.
Az átalakulás nyomon követésére több anyagvizsgálatban is alkalmazott eljárás alkalmas: keménységmérés, metallográfiai, mágneses és röntgen diffrakciós vizsgálatok. Ezen vizsgálati módszerek hátránya, hogy alkalmazásuk helyhez kötött, időigényesek, nagy precizitást igényelnek. Irodalmi adatokból azonban ismert, hogy a termikus bomlás a transzport tulajdonságok (vezetőképesség, termoelektromos tulajdonságok) megváltozásában is megnyilvánul, így a bomlási folyamatot termofeszültség méréssel is nyomon követhetjük. Ezen jelenség vizsgálata dolgozatunk alapvető célkitűzése.
A méréseink során azt a jelenséget használtuk fel, hogy az egymással mindkét végénél összeforrasztott vezetőből álló áramkörben elektromos feszültség keletkezik, illetve áram folyik, ha a forrasztási helyek különböző hőmérsékletűek. Az adott hőmérsékletkülönbségen (ΔT) keletkezett feszültség nagy mértekben függ nemcsak az illesztett anyagok alapmátrixától, hanem annak ötvöző tartalmától, fázisviszonyaitól és feszültségállapotától is.
Az amorf fémek nanokristályos szerkezetté alakulása, a transzport tulajdonságok megváltozása mellett mérhető keménységváltozással is jár, illetve a mágneses tulajdonságokban is változás következik be.
A termofeszültség mérések eredményeit alátámasztandó, a vizsgált anyagmintáinkon a termofeszültség méréssel párhuzamosan keménységmérést is végeztünk, illetve mérési eredményeinket mágneses vizsgálatokkal is alátámasztottuk.
