szkło metaliczne

szkło metaliczne,

materiał będący stopem amorficznym dwu- lub wieloskładnikowym, w którym metal jest składnikiem podstawowym;

jest to ciało bezpostaciowe, tzn. nie mające uporządkowania struktury dalekiego zasięgu, w którym występują wiązania metaliczne. Sz.m. jest więc materiałem jednofazowym, izotropowym i pozbawionym cech charakterystycznych dla ciał krystal., czyli zlokalizowanych defektów struktury (takich jak luki lub dyslokacje) oraz anizotropii magnetokrystalicznej. Sz.m. są metastabilne, znajdują się w stanie termodynamicznie nietrwałym, a ich stanem równowagowym jest stan krystal.; przejście do stanu równowagowego, zw. krystalizacją szkła, zachodzi w tzw. temperaturze odszklenia (temperaturze krystalizacji), której wartość zależy od składu stopu i czasu przetrzymywania szkła w tej temperaturze. Sz.m. otrzymuje się najczęściej w wyniku przechłodzenia ciekłego stopu przy szybkości chłodzenia uniemożliwiającej zarodkowanie i wzrost krystalitów. Typowe szybkości chłodzenia to 10⁶–10⁴ K/s; wykorzystanie pierwiastków znacznie różniących się promieniami atomowymi utrudnia krystalizację stopu i umożliwia otrzymywanie wieloskładnikowych stopów amorficznych przy szybkościach chłodzenia 10²–10⁰ K/s. Metoda szybkiego chłodzenia może polegać m.in. na wylewaniu cienkiej warstwy ciekłego stopu na szybko odprowadzające ciepło podłoże metal., wylewaniu ciekłego stopu do jakiejś cieczy, np wody. Metodą taką otrzymuje się materiały w formie taśm (o grub. na ogół 20–50 µm), drutów (o średnicy ˜1–100 µm lub materiałów objętościowych (przeważnie prętów o średnicy od kilku mm do kilku cm). Sz.m. można również wytwarzać innymi metodami, np. szybkiego schładzania z fazy gazowej (np. metodą naparowywania próżniowego). Sz.m. cechuje duża twardość, wytrzymałość, plastyczność, sprężystość, odporność na korozję wżerową oraz duży opór elektryczny. Sz.m. zawierające 75–80% atomów metalu przejściowego (gł. żelaza lub kobaltu) oraz 25–20% atomów niemetali (krzem, bor, węgiel, fosfor) lub metali niemagnet. (glin) są materiałami magnetycznie miękkimi (mają małe pole koercji i dużą przenikalność magnet.). Unikatowe właściwości sz.m., a zwłaszcza kombinacje tych właściwości (twardości mech., dużego oporu elektr. i miękkich właściwości magnet.), umożliwiają szerokie zastosowanie tych materiałów w wielu dziedzinach: w elektronice i elektrotechnice na rdzenie głowic magnet., rdzenie transformatorów mocy i wysokiej częst., elastyczne ekrany magnet., przetworniki i czujniki magnetostrykcyjne, w medycynie na implanty i narzędzia chirurgiczne, w przemyśle do konstrukcji wytrzymałych elementów i narzędzi mech., w rafineriach jako odporne materiały pokryciowe. W sz.m. można wytworzyć strukturę nanokrystal. poprzez kontrolowane wygrzewanie w temperaturze, w której może zachodzić proces krystalizacji; takie mieszane struktury amorficzno-nanokrystal. wykazują unikatowe właściwości, np. nanokryształy Fe(Si) w matrycy amorficznej — materiał bardzo miękki magnetycznie; stop nanokrystal. na bazie glinu — struktura o bardzo dużej wytrzymałości.