Materialforschung Metallische Schmelzen erstarren zu massivem Glas

Bei der Herstellung von Glas wird flüssige Silikatschmelze verwendet. Wenn man diese abkühlt, wird sie immer dickflüssiger und „gefriert“ dann zu Glas. Saarbrücker Forscher haben jetzt entdeckt, dass auch Metallkristalle beim Abkühlen einfrieren und sich dabei genauso verhalten wie Silikatschmelzen oder metallische Gläser. Lesen Sie hier, welche Schlussfolgerungen die Wissenschaftler aus ihren Beobachtungen ziehen.

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Universität des Saarlandes Fakultät 8/Naturwissenschaftl. Technische Fakultät III

Saarbrücken – Wenn bei der Glasherstellung der Grundstoff, der Quarzkristall, geschmolzen wird, entstehen im Inneren ungeordnete Strukturen. Wird die Flüssigkeit dann abgekühlt, beginnen sich die Atome zu ordnen, jedoch nicht so weit, dass wieder regelmäßige Kristallstrukturen entstehen. „In diesem Zustand, den Materialforscher als unterkühlte Schmelze bezeichnen, ist das Material zähflüssig und kann zum Beispiel beim Glasblasen sehr gut geformt werden. Durch weiteres Abkühlen gefriert die unterkühlte Schmelze dann zu einem Quarzglas, das auch als Silikatglas bezeichnet wird. Man nennt dieses Einfrieren den Glasübergang“, erläutert Ralf Busch, Professor für metallische Werkstoffe der Universität des Saarlandes.

Mischung von großen und kleinen Metallatomen

Glas herzustellen ist aber nicht nur mit Quarzkristall möglich. Das Verfahren ist auch von verschiedenen Kombinationen von Metallen, den Legierungen, bekannt, ist dort aber viel schwieriger umzusetzen. „Bereits vor 50 Jahren hat man entdeckt, wie man metallische Gläser erzeugen kann. Man brauchte jedoch extrem hohe Abkühlraten von bis zu einer Million Grad pro Sekunde und konnte deshalb nur dünne Folien herstellen“ sagt der Materialforscher. In den letzten 20 Jahren habe man aber gelernt, bis zu fünf verschiedene Metalle so zu mischen, dass man diese Legierungsschmelze nicht mehr schnell abkühlen muss, um metallisches Glas zu bilden. Diese neuen Legierungen lassen sich wie Silikate oder Kunststoffe als zähe Flüssigkeit leicht verarbeiten und sind als Glas fester als Stahl. Busch erklärt dieses Phänomen so: „Wir haben erkannt, dass Mischungen aus großen und kleinen Metallatomen zähflüssig sind und viel langsamer kristallisieren. Dadurch kann man heute bis zu mehrere Zentimeter dicke metallische Massivgläser herstellen, die sich als Konstruktionswerkstoff eignen.“

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