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Métaux amorphes (verre métallique)

1960
  • Pol Duwez
Scène de laboratoire avec un scientifique versant un alliage en fusion pour les métaux amorphes en physique du solide.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Les métaux amorphes, ou verres métalliques, sont des alliages dont la structure atomique désordonnée et non cristalline est similaire à celle du verre ordinaire. Cette structure est obtenue en refroidissant l'alliage en fusion. alliage à des vitesses extrêmement élevées (par exemple, [latex]10^6[/latex] K/s), ce qui empêche les atomes de s'organiser en un réseau cristallin régulier. En l'absence de joints de grains, ils présentent des propriétés uniques telles qu'une grande résistance, une grande élasticité et une grande résistance à l'usure. résistance à la corrosion.

La création d'un métal amorphe nécessite de contourner la cristallisation lors de la solidification. Tout liquide, lorsqu'il est refroidi, a une thermodynamique L'alliage liquide doit être refroidi à une vitesse critique pour se cristalliser, mais ce processus prend du temps pour que les atomes s'arrangent d'eux-mêmes. En refroidissant l'alliage fondu plus rapidement que ce taux critique, la structure désordonnée du liquide est ‘gelée’ à l'état solide. Le premier alliage amorphe, Au₇₅Si₂₅, a été produit par l'équipe de Pol Duwez à l'aide d'une ‘technique de pistolet’ pour propulser une gouttelette en fusion sur un substrat de cuivre froid, obtenant ainsi la trempe rapide nécessaire.

La limitation à des rubans ou des feuilles très minces constituait un défi important, car la chaleur ne pouvait pas être extraite assez rapidement des sections plus épaisses. Cela a conduit au développement des verres métalliques en vrac (BMG). Les BMG sont des alliages multicomposants (généralement 3 éléments ou plus) présentant de grandes disparités de taille atomique, ce qui entrave le processus de cristallisation et réduit considérablement la vitesse de refroidissement critique requise, permettant ainsi le moulage de pièces de plusieurs centimètres d'épaisseur. Contrairement aux métaux cristallins qui se déforment plastiquement par le mouvement des dislocations, les verres métalliques se déforment élastiquement à des tensions beaucoup plus élevées. Une fois que leur limite élastique est dépassée, la déformation se localise dans des régions étroites appelées bandes de cisaillement, ce qui conduit souvent à une rupture catastrophique avec peu ou pas d'effet global. ductilité. Cette combinaison d'une résistance extrême et d'une ténacité limitée est un domaine clé de la recherche en cours.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Physique de l'état solide

Taper

Matériau

Perturbation

Incrémentale

Usage

Créneau/spécialité

Précurseurs

  • compréhension de la formation du verre dans les silicates et les polymères
  • développement de techniques de solidification rapide (par exemple, filage à chaud, trempe par projection)
  • théories thermodynamiques de la nucléation et de la croissance cristalline
  • le concept de la température de transition vitreuse dans les polymères

Applications

  • noyaux de transformateur à haut rendement grâce à une faible perte par hystérésis magnétique
  • articles de sport haut de gamme comme des têtes de clubs de golf et des battes de baseball
  • boîtiers pour appareils électroniques grand public (par exemple, smartphones, montres)
  • lames chirurgicales et scalpels de précision
  • revêtements résistants à l'usure pour pièces industrielles

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • stents médicaux biocompatibles et résorbables qui se dissolvent de manière contrôlable au fil du temps
  • revêtements résistants à l'usure et auto-affûtants pour outils de coupe et machines industrielles
  • ressorts avancés avec retour d'énergie quasi parfait pour instruments de haute précision
  • composants structurels légers et à haute résistance pour l'aérospatiale et la défense
  • supports de stockage de données de nouvelle génération utilisant des propriétés magnétiques uniques
  • highly efficient catalyseurs with unique surface electronic structures
  • projectiles perforants dotés de capacités de pénétration supérieures
  • corrosion-proof marine hardware and dessalement plant components
  • membranes de piles à combustible avec une durabilité et des performances améliorées
  • composants audio haute fidélité tels que des diaphragmes de haut-parleurs et des haut-parleurs de casque
Related to: amorphous metal, metallic glass, non-crystalline, rapid cooling, bulk metallic glass, glass transition, high strength, résistance à la corrosion, solid state physics, shear bands.

Contexte historique

Métaux amorphes (verre métallique)

1960
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(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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