Metallische Gläser – Tiefkühlung steigert Formbarkeit

Sendai (Japan)/Cambridge (Großbritannien) - Metallische Gläser zählen zu den stabilsten Materialien überhaupt. Der Grund für die extrem hohe Festigkeit liegt in der inneren, nicht kristallinen Struktur. Allerdings lassen sich metallische Gläser auch kaum verformen und werden im Laufe der Zeit brüchiger. Diese Nachteile für zahlreiche Anwendungen etwa als Baustoff oder Zahnimplantat konnte nun eine japanisch-britische Forschergruppe beseitigen. Wie die Materialexperten in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, konnten sie die Verformbarkeit, auch Plastizität genannt, durch mehrfaches Abkühlen einiger Proben steigern.

„Ein zyklisches Abkühlen ist sehr attraktiv, da es zerstörungsfrei erfolgt und die Form selbst nicht ändert“, schreiben Sergei Ketov von der Tohoku University in Sendai und seine Kollegen von der University of Cambridge. Für ihre Versuche stellten sie mehrere metallische Gläser aus Elementen wie Lanthan, Nickel, Aluminium und Kupfer her. Dabei mussten die geschmolzenen Metallmischungen schockartig abgekühlt werden, so dass sich kein geordnetes Kristallgitter, sondern die ungeordnete, glasartige Struktur ausbildete.

Diese Proben in der Form von kleinen Stäben oder flachen Bändern kühlten sie wiederholt fast bis auf minus 200 Grad ab. Nach 10 bis 15 Kühl- und Aufwärmzyklen stieg die Verformbarkeit der metallischen Gläser um bis zu acht Prozent. Die Härte nahm parallel etwas ab. Verantwortlich dafür waren sogenannte „Soft Spots“ im Material, die sich nach den Kühlzyklen vermehrten. Diese Einschlüsse waren zwar nur wenige millionstel Millimeter groß, doch vergrößerten sie messbar die Verformbarkeit des Materials. So gering diese Änderungen klingen mögen, könnten sie den praktischen Einsatz metallischer Gläser erleichtern. Auch für die Verjüngung metallischer Gläser, die im Laufe der Zeit immer spröder und brüchiger werden, ließe sich dieses Verfahren nutzen.

Viele weitere Arbeitsgruppen erforschen derzeit neue Rezepturen und Eigenschaften von metallischen Gläsern. So fertigten etwa Marios Demetriou und seine Kollegen vom California Institute of Technology in Pasadena aus Phosphor, Silizium, Silber und Palladium ein metallisches Glas, das so bruchfest war wie die allerbesten Spezialstähle. Wegen der verwendeten, teuren Metalle wären höchstens Anwendungen als Zahnimplantate vorstellbar. Doch mit immer neueren und günstigeren Zusammensetzungen könnten metallische Gläser, die extrem fest und dennoch leichter verformbar wären, in Zukunft auch in der Industrie oder gar für Brückenbauten genutzt werden.