Studiul Caracteristicilor Sticlelor Metalice

Prima sticla metalica a fost un aliaj AU80Si20 produsa la CALTECH de catre Pol Duwez in 1957.Aceasta si alte aliaje ale sticlei au trebuit sa fie racite rapid pentru evitarea cristalizarii.O importanta consecinta a acestui fapt,este ca sticla metalica poate fi produsa doar intr-un numar limitat de forme(panglici,folii sau fire) in care dimensiunile sunt mici incat caldura sa poate fi extrasa suficient de rapid pentru realizarea ratei necesare de racire.Ca rezultat,specimenele de sticla metalica(cu cateva exceptii) a fost limitata la grosimi de mai putin de o suta de microni (Fig.1)

Fig.1 Primele sticle metalice

In 1969,un aliaj de 77.5% palladium,6% cupru si 16.5% silicon a a fost gasit avand rata de racire critica intre 100 si 1000 K/s.

In 1976 H. Liebermann si C. Graham au dezvoltat o metoda de a fabrica panglici subtiri de metal amorf pe o roata supraracita care se invarte foarte rapid. Acesta era un aliaj de fier, nichel, fosfor si bor. Materialul numit METAGLAS a fost comercializat la inceputul anilor 80 si folosit la transformatoare electrice de distributie cu pierderi putine (transformator cu metal amorf). La inceputul anilor 80, lingouri sticloase cu diametrul de 5 mm a fost produs dintr-un aliaj compus din: 55% paladiu, 22,5 % plumb si 22,5 % antimoniu prin gravare urmata de cicluri de incalzire-racire. Folosind un flux de bor, grosimea realizata a crescut la 1 cm. In urma unor cercetari Universitatea Tohoku si Caltech au obtinut aliaje multicomponente bazate pe lanthan, magneziu, zirconiu, paladiu, fier, cupru si titaniu, cu rata critica de racire intre 1k/s si 100k/s. Multe aliaje amorfe se formeaza prin exploatarea unui fenomen numit ‘efect de confuzie’. Asemenea aliaje contin atat de multe elemente diferite ( adesea 12 sau mai mule)

incat prin racirea la rate suficiente de rapide, atomi constituentii pur si simplu nu se pot coordona intr-un echilibru cristalin inainte de a le inceta mobilitatea.(fig.2).

Fig. 2 Structura nanocristalina a sticlelor metalice

In anul 1992 sa realizat primul aliaj amorf comercial numit Vitreloy (41,2% Zr., 13,8% Ti, 12,5% Cu, 10% Ni si 22, 5 % Be) fiind dezvoltat la Caltech, ca parte a departamentului energie si cercetarile NASA pentru noi materiale aerospatiale. Un alt produs descoperit de catre Caltech care prezinta aceeasi structura nanocristalica este asa numitul ‘otelul sticlos’. Produsul este non-magnetic la temperatura camerei si prezinta o duritate 2 ori mai mare decat cea a oricarui otel cunoscut de catre om, insa acest material inca nu este dar in folosinta in industria civila sau militara ramanand sa fie in continuare studiat.(fig.3)

Fig.3 Ruptura Vitreloy

2. Proprietati

Un metal amorf este de obicei un aliaj si un metal pur. Aliajele contin atomi de marimi care difera semnificativ, ceea ce duce a un volum liber si scazut in stare topita.

Vascozitatea impiedica atomi sa se miste de ajuns pentru a forma o structura ordonata. De asemenea structura materiala duce la o contractare scazuta in timpul racirii si la rezistenta in timpul deformari plastice. Materialele amorfe, tehnic sticloase, sunt de asemenea mult mai dure si mai putin fragil ca la scticlele oxidice si ceramice.(fig.4)

O noua categorie de materiale amorfe cu pana la 10 ori mai dure decat orice metal cunoscut.

Universitatea ’’Transilvania’’ Braşov

Facultatea: Ştiinţa şi Ingineria Materialelor

Catedra: Utilaj Tehnologic şi Ştiinţa Materialelor