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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.

La creazione di un metallo amorfo richiede di bypassare la cristallizzazione durante la solidificazione. Ogni liquido, una volta raffreddato, ha una termodinamico La forza motrice per la cristallizzazione, ma questo processo richiede tempo affinché gli atomi si dispongano. Raffreddando la lega fusa più velocemente di questa velocità critica, la struttura disordinata del liquido viene "congelata" allo stato solido. La prima lega amorfa, Au₇₅Si₂₅, è stata prodotta dal team di Pol Duwez utilizzando una "tecnica a pistola" per proiettare una goccia fusa su un substrato di rame freddo, ottenendo il necessario rapido raffreddamento.

Una sfida significativa era rappresentata dalla limitazione a nastri o lamine molto sottili, poiché il calore non poteva essere estratto abbastanza rapidamente da sezioni più spesse. Ciò ha portato allo sviluppo dei vetri metallici massivi (BMG). I BMG sono leghe multicomponenti (tipicamente 3 o più elementi) con grandi disallineamenti nelle dimensioni atomiche, che ostacolano il processo di cristallizzazione e riducono drasticamente la velocità di raffreddamento critica richiesta, consentendo la fusione di pezzi spessi diversi centimetri. A differenza dei metalli cristallini che si deformano plasticamente attraverso il movimento delle dislocazioni, i vetri metallici si deformano elasticamente a deformazioni molto più elevate. Una volta superato il loro limite elastico, la deformazione si localizza in regioni ristrette chiamate bande di taglio, spesso portando a cedimenti catastrofici con scarsa o nessuna resistenza complessiva. duttilitàQuesta combinazione di estrema forza ma limitata tenacità è un'area chiave della ricerca in corso.

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

  • stent medici biocompatibili e riassorbibili che si dissolvono in modo controllabile nel tempo
  • rivestimenti autoaffilanti e resistenti all'usura per utensili da taglio e macchinari industriali
  • molle avanzate con ritorno di energia quasi perfetto per strumenti ad alta precisione
  • componenti strutturali leggeri e ad alta resistenza per l'industria aerospaziale e della difesa
  • supporti di memorizzazione dati di nuova generazione che utilizzano proprietà magnetiche uniche
  • highly efficient catalizzatori with unique surface electronic structures
  • proiettili perforanti con capacità di penetrazione superiori
  • corrosion-proof marine hardware and desalination plant components
  • membrane per celle a combustibile con maggiore durata e prestazioni
  • componenti audio ad alta fedeltà come diaframmi degli altoparlanti e driver delle cuffie
Related to: amorphous metal, metallic glass, non-crystalline, rapid cooling, bulk metallic glass, glass transition, high strength, resistenza alla corrosione, solid state physics, shear bands.

Contesto storico

Metalli amorfi (vetro metallico)

1960
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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)

decimo anno anniversario

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