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Metalli amorfi (vetro metallico)

1960
  • Pol Duwez
Scena di laboratorio con scienziato che versa una lega fusa per metalli amorfi nella fisica dello stato solido.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

I metalli amorfi, o vetri metallici, sono leghe con una struttura atomica disordinata e non cristallina, simile a quella del vetro comune. Ciò si ottiene raffreddando il metallo fuso. lega a velocità estremamente elevate (ad esempio, [latex]10^6[/latex] K/s), impedendo agli atomi di organizzarsi in un reticolo cristallino regolare. Privi di confini di grano, presentano proprietà uniche come elevata resistenza, elasticità e resistenza alla corrosione.

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.

A significant challenge was the limitation to very thin ribbons or foils, as heat could not be extracted quickly enough from thicker sections. This led to the development of Bulk Metallic Glasses (BMGs). BMGs are multi-component alloys (typically 3 or more elements) with large atomic size mismatches, which frustrates the crystallization process and dramatically lowers the required critical cooling rate, allowing for the casting of parts several centimeters thick. Unlike crystalline metals that deform plastically through dislocation motion, metallic glasses deform elastically to much higher strains. Once their elastic limit is exceeded, deformation localizes into narrow regions called shear bands, often leading to catastrophic failure with little to no overall ductility. This combination of extreme strength but limited toughness is a key area of ongoing research.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Fisica dello stato solido

Tipo

Materiale

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Nicchia/Specializzato

Precursori

  • comprensione della formazione del vetro nei silicati e nei polimeri
  • sviluppo di tecniche di solidificazione rapida (ad esempio, filatura a fusione, tempra a spruzzo)
  • teorie termodinamiche della nucleazione e della crescita dei cristalli
  • il concetto di temperatura di transizione vetrosa nei polimeri

Applicazioni

  • nuclei del trasformatore ad alta efficienza grazie alla bassa perdita di isteresi magnetica
  • articoli sportivi di alta gamma come teste di mazze da golf e mazze da baseball
  • custodie per dispositivi elettronici di consumo (ad esempio smartphone, orologi)
  • lame chirurgiche di precisione e bisturi
  • rivestimenti resistenti all'usura per parti industriali

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Correlato a: metallo amorfo, vetro metallico, non cristallino, raffreddamento rapido, vetro metallico massivo, transizione vetrosa, elevata resistenza, resistenza alla corrosione, fisica dello stato solido, bande di taglio.

Contesto storico

Metalli amorfi (vetro metallico)

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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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