Metallgläser

Metallgläser, auch amorphe Metalle genannt, sind metallische Legierungen, deren Atome keine langreichweitige Kristallordnung ausbilden. Sie entstehen, wenn eine Schmelze extrem schnell abgekühlt wird, sodass Kristallbildung unterdrückt wird und sich eine ungeordnete, glasartige Struktur bildet.

Eigenschaften und Struktur: Die fehlende Kristallordnung führt zu hoher Festigkeit und Härte bei vergleichsweise gutem Elastizitätsverhalten. Je nach Zusammensetzung können Metallgläser auch eine gute Korrosionsbeständigkeit und in bestimmten Systemen weiche magnetische Eigenschaften aufweisen. Mechanisch zeigen sie oft geringe Duktilität bei Raumtemperatur; plastische Verformung erfolgt teils durch lokale Scherspannungszonen (Scherbänder). Thermisch besitzen sie einen Glasübergang Tg; im Temperaturfenster zwischen Tg und der Kristallisationsbeginn-Temperatur Tx liegt eine supergekühlte Flüssigkeit vor, was Verarbeitung und Wärmebehandlung beeinflusst.

Herstellung: Metallgläser entstehen durch rasches Abkühlen der Schmelze. Typische Verfahren sind Melt Spinning und Splat-Quenching, die dünne Bänder oder Platten erzeugen, sowie Injektions- oder Gussverfahren für Formteile. Um dicke Stücke zu gewinnen, müssen Legierungen mit hoher Glasformbarkeit (GFA) verwendet werden; diese Bulk-Metallgläser (BMGs) ermöglichen Formteile im Millimeter- bis Zentimeterbereich.

Bulk-Metallgläser und Anwendungen: Seit den 1990er-Jahren sind BMGs bekannt, die größere Formate erlauben, oft auf Zr-, Fe- oder Ni-basierten Systemen. Anwendungen umfassen weiche magnetische Komponenten (Transformator- und Spulenkernmaterialien), verschleißfeste Bauteile, Sport- und Dentalinstrumente sowie Präzisionskomponenten. Herausforderungen bleiben Kosten, begrenzte Duktilität in vielen Legierungen und begrenzte thermische Stabilität bei hohen Temperaturen.