Metallisches Glas

Verfahren zur herstellung von Metallisches Glas

Amorphe Metalle oder metallische Gläser sind – im Gegensatz zu üblichen Fenster-, Brillen- oder allgemeiner gesagt Silikatgläsern, die in der Regel isolierendes Verhalten zeigen – Metall- oder Metall-und-Nichtmetall-Legierungen, die auf atomarer Ebene keine kristalline, sondern eine amorphe Struktur aufweisen und trotzdem metallische Leitfähigkeit zeigen. Die für Metalle sehr ungewöhnliche amorphe Atomanordnung hat eine einzigartige Kombination physikalischer Eigenschaften zur Folge: Metallische Gläser sind im Allgemeinen härter, korrosionsbeständiger und fester als gewöhnliche Metalle. Die für die meisten Metalle charakteristische Verformbarkeit fehlt jedoch gewöhnlich.

Man unterscheidet generell herkömmliche metallische Gläser, die nur als dünne Schichten oder Bänder hergestellt werden können, und die relativ neuen massiven metallischen Gläser. Letztere bilden eine der modernsten Materialklassen und sind Gegenstand intensiver Forschung in der Materialwissenschaft und Festkörperphysik. Aufgrund des noch sehr begrenzten Wissens und des hohen Preises sind sie bisher nur in Nischenanwendungen vertreten.

Herkömmliche metallische Gläser, die relativ preiswert als dünne Bänder hergestellt werden können, werden aufgrund ihrer besonderen weichmagnetischen Eigenschaften seit den 1980er Jahren vorwiegend in folgenden Anwendungsgebieten der Elektrotechnik verwendet:

  • als Kerne für Sensoren (Stromtransformator, FI-Schalter).
  • als Kerne für Transformatoren mit besonders geringen Leerlaufverlusten. Diese werden vor allem in den USA eingesetzt.
    in harmonischen und akustomagnetischen Warensicherungsetiketten.
    Massive metallische Gläser besitzen eine einzigartige Kombination von Materialeigenschaften, sind jedoch relativ teuer. Ihre Anwendung finden sie daher überwiegend bei Luxusartikeln oder Hightech-Anwendungen (auch im militärischen Bereich), wo der hohe Preis eine untergeordnete Rolle spielt. Die kommerziell erhältlichen massiven metallischen Gläser stehen oft in Konkurrenz zu Titan. Pionier ist die Firma Liquidmetal Technologies, die hauptsächlich Zirconium-basierte Gläser anbietet. Weitere kommerzielle Anbieter von metallischen Massivgläsern sind YKK und Advanced Metal Technology.

Luft- und Raumfahrt

Da in diesen Bereichen aufgrund der generell hohen Kosten und der obersten Priorität von Sicherheit hohe Materialpreise keine Rolle spielen, werden metallische Gläser hier überall in Betracht gezogen, wo ihre besonderen Eigenschaften eine Rolle spielen könnten. Teile der Sonnenwindkollektoren der Genesis-Sonde bestanden aus amorphem Metall.

Materialveredelung für industrielle Anwendungen

Die Oberflächeneigenschaften herkömmlicher Materialien kann durch Beschichtung mit amorphen Metallen härter, widerstandsfähiger und verschleißfester gemacht werden (kommerzielles Beispiel: Liquidmetal-Armacor Coating).

Medizin

Bereits erhältlich sind (insbesondere ophthalmologische) Skalpelle aus amorphem Metall, die wegen der großen Härte schärfer sind als solche aus Edelstahl und ihre Schärfe auch länger behalten. Aufgrund der Biokompatibilität, der hohen Festigkeit bei relativ geringem Gewicht und der Resistenz gegen Verschleiß wird über chirurgische Implantate nachgedacht.

Militär

Zahlreiche Entwicklungsprojekte, insbesondere des amerikanischen Verteidigungsministeriums, erproben die Verwendung von amorphen Metallen für verschiedene Anwendungen. So sollen Wolfram-basierte metallische Gläser wegen ihrer großen Härte und selbstschärfenden Verhaltens herkömmliche Wolframlegierungen und abgereichertes Uran in panzerbrechenden Wuchtgeschossen ersetzen. In der militärischen Luftfahrt sollen amorphe Metallbeschichtungen die Härte und Korrosionsbeständigkeit leichter Metalle wie Aluminium und Titan erhöhen.

Schmuck

Einige metallische Gläser bestehen aus Edelmetallen (z. B. Platin), sind aber deutlich härter als diese und verkratzen daher nicht. Außerdem lassen sich durch die speziellen Verarbeitungsmöglichkeiten Formen erzeugen, die mit herkömmlichen Metallen nur schwer realisierbar sind.

Sport- und Freizeitartikel

Golfschläger waren 1998 eines der ersten kommerziellen Produkte aus amorphem Metall und wurden im Rahmen groß angelegter Werbekampagnen (unter anderem mit dem PGA-Profigolfer Paul Azinger) von der Firma Liquidmetal zur Markteinführung des Materials genutzt. Golfschläger profitieren vor allem von der konkurrenzlosen Elastizität amorpher Metalle. In der Entwicklung (wenn auch teilweise noch nicht kommerzialisiert) sind Tennis- und Baseballschläger, Anglerausrüstung, Skier, Snowboards, Fahrräder und Sportgewehre.

Unterhaltungselektronik

Die glatte, schimmernde und kratzfeste Oberfläche von metallischen Gläsern hat zur Verwendung für die Gehäuse von exklusiven Mobiltelefonen, MP3-Playern und USB-Sticks geführt. Die hohe Festigkeit (besser als Titan) erlaubt dünnere Wandstärken, damit noch geringeres Gewicht und noch mehr Miniaturisierung. Die Verarbeitung im Spritzguss erlaubt mehr Freiheit im Design und billigere Verarbeitung als Edelstahl oder Titan, die geschmiedet werden müssen. Zierliche Handy-Scharniere, wo große Kräfte an kleinsten Bauteilen angreifen, profitieren von den überlegenen mechanischen Eigenschaften metallischer Gläser.

Hohe Erwartungen werden den amorphen Stählen entgegengebracht, sollten sie Marktreife erlangen. Im Gegensatz zu den bereits kommerzialisierten metallischen Gläsern wären die Materialkosten niedrig genug, um sie zu einem vollwertigen Strukturmaterial zu machen, das auch für größere Bauteile geeignet ist. Sollten die bestehenden technischen Probleme gelöst werden und amorphe Stähle Marktreife erlangen, würden sie vor allem in Konkurrenz zu Titan und Edelstahl treten und durch ihre höhere Korrosionsbeständigkeit und bessere Verarbeitbarkeit punkten.

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FAQ – Die wichtigsten Fragen im Überblick

Floatglas ist ein klar durchsichtiges Glas höchster Qualität. Dabei beschreibt "Float" das Herstellungsverfahren bei dem die flüssige Glasschmelze über flüssiges Zinn fließt. Das moderne Floatglas-Herstellungsverfahren hat zwischenzeitlich praktisch alle früheren Produktionsverfahren für klares Flachglas abgelöst.
Ornamentglas ist ein im Maschinen-Walzverfahren hergestelltes Glas. Es wird farblos oder auch farbig ohne oder mit Drahtnetzeinlage, mit ein- oder beidseitig strukturierter Oberfläche erzeugt. Es ist lichtdurchlässig, aber nur vermindert durchsichtig. Als Ornamentglas (Gussglas) wird gegossenes und gewalztes Flachglas bezeichnet, das im Walzverfahren hergestellt wird und überwiegend in Innenräumen zum Einsatz kommt. Es ist nicht klar durchsichtig (transluzent) und weist eine besondere Struktur auf, die bei der Herstellung entsteht. Dabei wird die flüssige Glasmasse durch strukturierte Walzen geführt, deren Muster sich dann im Glas abbilden. So werden mehr oder weniger transparente, aber immer transluzente Gläser erzeugt. Je nach Dichte der Muster ergeben sich unterschiedliche Sichtschutzfaktoren
Glasflächen müssen regelmäßig gereinigt werden, wobei die Häufigkeit natürlich vom Verschmutzungsgrad abhängt. Am besten ist die Anwendung von viel klarem Wasser und einfachen weichen Lappen oder Schwämmen. Daneben dürfen auch handelsübliche Sprühreiniger verwendet werden. Auf alkalische Waschlaugen und Säuren sowie fluoridhaltige Mittel ist jedoch zu verzichten. Fett und Dichtstoffrückstände werden mit handelsüblichen, nicht aggressiven Lösungsmitteln (Spiritus, Isopropanol) beseitigt, danach mit reichlich Wasser nachspülen.

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