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非晶質金属(金属ガラス)

1960
  • Pol Duwez
固体物理学でアモルファス金属用の溶融合金を注ぐ科学者のいる研究室風景。.

(画像はイメージです)

非晶質金属、または金属ガラスは、一般的なガラスと同様に、無秩序な非結晶性原子構造を持つ合金です。これは、溶融金属を冷却することによって実現されます。 合金 極めて高い速度(例えば、[latex]10^6[/latex] K/s)で、原子が規則的な結晶格子に組織化されるのを妨げます。粒界がないため、高い強度、弾性、および 耐食性.

非晶質金属の生成には、凝固中の結晶化を回避する必要がある。すべての液体は冷却されると、 熱力学 結晶化を促す原動力となるが、原子が整列するには時間がかかる。溶融合金をこの臨界速度よりも速く冷却することで、液体の無秩序な構造が固体状態に「凍結」される。最初の非晶質合金である Au₇₅Si₂₅ は、ポル・デュウェズの研究チームが「ガン技術」を用いて溶融液滴を冷たい銅基板上に噴射し、必要な急速冷却を実現することで製造した。

大きな課題は、非常に薄いリボンや箔に限定されることでした。厚い部分からは熱を十分に速やかに除去することができなかったためです。これがバルク金属ガラス(BMG)の開発につながりました。BMGは、原子サイズのミスマッチが大きい多成分合金(通常3種類以上の元素)であり、結晶化プロセスを阻害し、必要な臨界冷却速度を劇的に低下させることで、数センチメートルの厚さの部品の鋳造を可能にしました。転位運動によって塑性変形する結晶性金属とは異なり、金属ガラスははるかに大きなひずみまで弾性変形します。弾性限界を超えると、変形はせん断帯と呼ばれる狭い領域に局所化され、多くの場合、全体的な損傷はほとんどなく、壊滅的な破壊につながります。 延性極めて高い強度と限られた靭性というこの組み合わせは、現在も研究が続けられている重要な分野である。

UNESCO Nomenclature: 2211
固体物理学

タイプ

材料

混乱

増分

使用法

ニッチ/専門分野

前駆物質

  • ケイ酸塩およびポリマーにおけるガラス形成の理解
  • 急速凝固技術の開発(例:溶融紡糸、スプラットクエンチング)
  • 核生成と結晶成長の熱力学的理論
  • ポリマーにおけるガラス転移温度の概念

アプリケーション

  • 磁気ヒステリシス損失が低いため、高効率の変圧器コアを実現
  • ゴルフクラブのヘッドや野球のバットなどの高級スポーツ用品
  • 家電製品(スマートフォン、腕時計など)の筐体
  • 精密外科用メスとスカルペル
  • 工業部品用耐摩耗コーティング

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • biocompatible, resorbable medical stents that dissolve controllably over time
  • wear-resistant, self-sharpening coatings for cutting tools and industrial machinery
  • advanced springs with near-perfect energy return for high-precision instruments
  • lightweight, high-strength structural components for aerospace and defense
  • next-generation data storage media using unique magnetic properties
  • highly efficient 触媒 with unique surface electronic structures
  • armor-piercing projectiles with superior penetration capabilities
  • corrosion-proof marine hardware and 脱塩 plant components
  • fuel cell membranes with enhanced durability and performance
  • high-fidelity audio components like speaker diaphragms and headphone drivers
Related to: amorphous metal, metallic glass, non-crystalline, rapid cooling, bulk metallic glass, glass transition, high strength, 耐食性, solid state physics, shear bands.

歴史的背景

非晶質金属(金属ガラス)

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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