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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.

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
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

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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。)

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