Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie metallisches Glas verformbar wird

15.06.2010
Wie andere Gläser sind auch die metallischen Gläser spröde Materialien, was ihre technische Anwendung stark einschränkt. IFW-Forscher haben nun einen Mechanismus gefunden, wie metallische Gläser unter Zugbelastung plastisch verformbar werden.

Metallische Gläser sind Legierungen, die nicht aus regelmäßig geordneten Kristallen bestehen, sondern wie Gläser oder Flüssigkeiten eine regellose Atomstruktur haben. Diese für Metalle sehr ungewöhnliche 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 plastische Verformbarkeit, die eine Voraussetzung für das Schmieden und Walzen ist, fehlt den metallischen Gläsern jedoch. Sie sind spröde und brechen wie Fensterglas. Dies schränkt mögliche Anwendungen dieser neuen Materialklasse natürlich deutlich ein.

Forscher des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden haben nun einen Mechanismus der Verformung aufgedeckt, der die Sprödigkeit auf Zug belasteter metallischer Gläser mildert und sie plastisch verformbar macht. Hierzu haben sie Kupfer-Zirkon-Legierungen untersucht, die sich sowohl als kristalline Legierungen und als metallische Gläser herstellen lassen. In ihrem kristallinen Zustand haben diese Legierungen ein Formgedächtnis. Das heißt, dass sie sich an eine frühere Formgebung trotz nachfolgender Verformung scheinbar „erinnern“ und die ursprüngliche Form wieder annehmen. Diese Eigenschaft scheint auch Auswirkungen auf die Verformbarkeit im Glas-Zustand zu haben. Bei mechanischer Belastung scheiden sich in dem Glas Nanometer große Formgedächtniskristalle aus, die ihrerseits eine ausgeprägte Neigung zur Bildung sogenannter Verformungszwillinge haben.

Die chemische Zusammensetzung der Nanokristalle unterscheidet sich nicht von der des Glases. Damit sind nur geringfügige atomare Umordnungen nötig, um das Glas zu kristallisieren. Die Zwillingsbildung wiederum ist Ausdruck des Formgedächtniseffekts, der auf kleinen Längenskalen bevorzugt über eine Scherverformung erfolgt. Beide Prozesse, die Bildung von Nanokristallen und die Bildung von Zwillingen, benötigen Energie, die aus der aufgewandten Verformungsenergie gewonnen wird. Damit kann das Entstehen von Mikrorissen verzögert werden, die das spröde Versagen des Materials bewirken. Als Resultat ergibt sich eine makroskopisch messbare plastische Dehnung bei gleichzeitiger Verfestigung des Materials.

Eine Phasenumwandlung unter mechanischer Belastung wurde auch im Falle bestimmter Keramiken genutzt, um die plastische Verformbarkeit dieser ebenfalls sehr spröden Materialklasse zu erhöhen. Obwohl die Struktur als auch die Art der atomaren Bindungen von metallischen Gläsern und Keramiken sehr unterschiedlich ist, lässt sich dieser Ansatz scheinbar universell nutzen.

Diese Ergebnisse sind am 16. Mai in der Fachzeitschrift „nature materials“ erschienen:
S. Pauly, S. Gorantla, G. Wang, U. Kühn & J. Eckert: Transformation-mediated ductility in CuZr-based bulk metallic glasses, Nature Materials 9, 473–477 (2010)

Online: http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/abs/nmat2767.html.

Kontakt:

Simon Pauly
s.pauly@ifw-dresden.de
Tel. (0351) 46 59 451
Prof. Dr. Jürgen Eckert
j.eckert@ifw-dresden.de
Tel. (0351) 46 59 217

Dr. Carola Langer | idw
Weitere Informationen:
http://www.ifw-dresden.de
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/abs/nmat2767.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Materialwissenschaft: Widerstand wächst auch im Vakuum
22.06.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Schnell, berührungslos: Dehnungsmessverfahren für thermisch-mechanisch hoch belastete Werkstoffe
20.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt

22.06.2017 | Physik Astronomie

Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie