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26.03.09 · 20:00 Uhr
Durchbruch beim metallischen Glas
Kategorie: Naturwissenschaften·Technik · Kommentare: 8
Bauen mit Glas? Das könnte bald möglich sein, wenn die neuen Verbesserungen beim sogenannten metallischen Glas für die Verbreitung dieses Materials sorgen!
Gut, erstmal das Glas erklären. Es handelt sich hier nicht um eine Fensterscheibe in die man Metallstückchen gesteckt hat. Glas bezeichnet allgemeiner einen festen, aber amorphen Körper. Normalerweise ist ein Metall-Festkörper schön ordentlich aufgeräumt in einem regelmäßigem Atomgitter aufgebaut. Ein amorpher Körper aber hat keine feste Struktur, die Atome sind unregelmäßig verteilt.
Unter einem metallischen Glas versteht man also ein Metall, bzw. eine Metalllegierung, die keine feste Gitterstruktur aufweist. Dieses Material kann härter und fester sein als gewöhnliches Metall und könnte deswegen ein guter Werkstoff werden. Seit etwas 10 Jahren kann man es in größerer Menge herstellen, in dem man flüssige Metalle schnell abkühlt und verschiedene Metalle mit verschiedener Gitterstruktur mischt.
Und das Material wurde auch gleich eingesetzt dafür, für was alle neuen leichten Materialien zuerst eingesetzt werden: um Golfschläger zu fertigen. An der weiteren Verbreitung hakte es aber, denn ein Problem hatten diese metallischen Gläser aber: eine deutlich höhere Anfälligkeit gegen Materialermüdung. In allen Materialien existieren kleinste Beschädigungen, oder es können welche durch äußere Einflüsse auftreten. Leider ist bei amorphen Körpern keine Grenze wie durch eine Gitterstruktur gegeben, die das Fortpflanzen solcher Beschädigungen aufhalten könnte, daher sind metallische Gläser bis zu 10mal anfälliger gegen solche Materialermüdung.
Jetzt haben Forscher aus Berkeley, von der University of California und vom Lawrence Berkeley National Laboratory, eine neue Variante vorgestellt, die wesentlich beständiger gegen Materialermüdung ist. Der Grund dafür ist eine Zwei-Phasenstruktur, die man hier im Bild sieht:
Die Legierung mit Namen DH3 besteht aus einer Mischung von 5 Elementen. Man erkennt schön im Bild eine verästelte Struktur, die eine zweite Phase des DH3 ist, die in das Material gegeben wurde. In einem kontrollierten Prozess bildet sie diese engen Pfade, die die Ausbreitung eines Risses im Material stoppen.
Und das ist nicht wenig erfolgreich! Dieses Material hat jetzt sogar eine 30% höhere Resistenz gegen Materialermüdung als viele Hochleistungsstahle! Der Erstautor William Launey bezeichnet das Problem der Materialermüdung in metallischen Gläsern folgerichtig als gelöst.
Quellen und weitere Informationen:
- Physorg - Glasses you can build with
- "Solution to the problem of the poor cyclic fatigue resistance of bulk metallic glasses" Maximilien E. Launey, Douglas C. Hofmann, William L. Johnson und Robert O. Ritchie,Proceedings of the National Academy of Sciences
Bildquelle: Lawrence Berkeley National Laboratory
Autor: Jörg· 8 Kommentare· Permalink· Trackback-URL
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Kommentare (8)
Und wann gibt es endlich transparentes Aluminium für die Buckelwal-Tanks?
Trekkies :)
Hab mal grad gegoogled, hätte ja sein können dass es sowas theoretisch auch transparent gäbe...und finde einen Artikel wo auch der zweite Kommentar fragt wann denn transparentes Aluminium kommt :)
http://www.engadget.com/2005/03/31/scientists-develop-metallic-glass/
Ich weis nicht warum, aber das war auch mein erster Gedanke als ich die Überschrift las. (schlimm wie manche Filme einen prägen!)
Ist das Glas Raumfahrt tauglich? leichtere Raketen, leichtere Satelliten? leichtere Mars-Rover, z.B.?
Joerg
Und wovon reden wir? Haeuserbauen, Schiffe, Raketen, Bruecken? Ich versteh nicht ganz die Marktluecke.
Georg
Wie, Golfschläger reichen noch nicht? Nun, metallische Gläser haben andere magnetische Eigenschaften und lassen sich leicht in Form bringen da sie weich werden beim erhitzen, also denke ich schon dass sich da Möglichkeiten eröffnen.
Ich krieg als Werkstoffwissenschaftler immer ein nervöses Zucken in den Mundwinkeln, wenn da von metallischen "Gläsern" geredet wird.......
Richtiger wäre "amorphe Metalle" oder nichtkristalline metallische Werkstoffe. Und das mit dem durchsichtig wird wohl zum bedauern alller Trekkies nie hinhauen. Zu viele Elektronen mit dem entsprechenden Energieniveaus.
@Jörg
Das Problem hierbei ist leider, dass die amorphen Metalle beim Erhitzen und langsamen Abkühlen Rekristallisationserscheinungen zeigen, wodurch die schönen Eigenschaften wieder zunichte gemacht werden. Das ist ja die Krux an diesen Werkstoffen. Man braucht Kühlraten von mehreren Hundertausend bis Millionen Kelvin pro Sekunde, um Metalle daran zu hindern, dass sie kristallisieren.
Gluecypher: Danke, jemand mit Plan. Ja, das mit den Gläsern ist halt unglücklich, weil man ja landläufig schon etwas drunter versteht, wo man durchgucken kann...
Wie realistisch sind denn die Kühlraten? Ich habe gelesen dass man das seit 10 Jahren schafft, ist das in Wahrheit doch nicht so gut?
@Jörg
Die Kühlraten sind durchaus realistisch, denn die ist ja definiert als delta T/delta t und wenn ich Metallschmelzen auf ein Stickstoff/Helium gekühltes Template sprühe, dann ist delta T sehr gross (circa 1000 bis 200 K) delta t (Millisekunden bis MIkrosekunden) sehr klein und die Kühlrate entsprechend hoch. Dass amorphe Metalle sehr wünschenswerte Eigenschaften haben können, weiss man tatsächlich schon etwas länger, aber an geeigneten Herstellungsaprozessen mangelt es doch noch. Bleche, die kaltverformt werden könnten wären wohl eine Möglichkeit, da fällt aber Schweissen aus, denn da gibbet dann wieder Rekristallisation. Also dann bleibt noch Schrauben und Nieten. Und bei massiven Teilen entsteht wieder das Problem, wie krieg ich die Kühlraten zustande? Also Theoretisch sehr schön, Umsetzung noch nicht so wirklich.