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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.

The creation of an amorphous metal requires bypassing crystallization during solidification. Every liquid, when cooled, has a thermodynamic driving force to crystallize, but this process takes time for atoms to arrange themselves. By cooling the molten alloy faster than this critical rate, the liquid’s disordered structure is ‘frozen’ into the solid state. The first amorphous alloy, Au₇₅Si₂₅, was produced by Pol Duwez’s team using a ‘gun technique’ to propel a molten droplet onto a cold copper substrate, achieving the necessary rapid quenching.

Un défi majeur résidait dans la limitation à des rubans ou feuilles très fins, la chaleur ne pouvant être extraite suffisamment rapidement des sections plus épaisses. Ceci a conduit au développement des verres métalliques massifs (BMG). Les BMG sont des alliages multicomposants (généralement 3 éléments ou plus) présentant d'importantes disparités de taille atomique, ce qui entrave le processus de cristallisation et réduit considérablement la vitesse de refroidissement critique requise, permettant ainsi la coulée de pièces de plusieurs centimètres d'épaisseur. Contrairement aux métaux cristallins qui se déforment plastiquement par dislocation, les verres métalliques se déforment élastiquement jusqu'à des contraintes beaucoup plus élevées. Une fois leur limite d'élasticité dépassée, la déformation se localise dans des zones étroites appelées bandes de cisaillement, conduisant souvent à une rupture catastrophique avec une ductilité globale faible, voire nulle. Cette combinaison d'une résistance extrême et d'une ténacité limitée constitue un domaine de recherche clé 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

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Voir aussi : métal amorphe, verre métallique, non cristallin, refroidissement rapide, verre métallique en vrac, transition vitreuse, haute résistance, résistance à la corrosion, physique de l'état solide, bandes de cisaillement.

Contexte historique

Métaux amorphes (verre métallique)

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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)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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