Metallische Schmelzen erstarren zu massivem Glas

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Universität des Saarlandes Fakultät 8/Naturwissenschaftl. Technische Fakultät III

Eine Silikatschmelze ist bereits am Schmelzpunkt zähflüssig wie Honig. Das liegt daran, dass sich die Atome in ihr langsam bewegen, weshalb sie auch sehr langsam kristallisiert. Man nennt sie deshalb eine „starke“ Flüssigkeit. Viele Flüssigkeiten sind an ihrem Schmelzpunkt jedoch sehr dünnflüssig. Hierzu gehören Wasser und auch alle reinen Metalle. Die Atome bewegen sich in diesen Flüssigkeiten schnell, so dass bei wenigen Grad unter dem Schmelzpunkt Kristallisation einsetzt. Aufgrund ihrer geringen Tendenz zur Glasbildung nennt man sie „fragil“. „Wenn man jedoch Wasser auf eine ganz bestimmte Weise kühlt und verhindert, dass sich dabei Eiskristalle bilden, wird weit unter dem eigentlichen Gefrierpunkt aus dem dünnflüssigen, fragilen Wasser ein dickflüssiges, starkes Wasser, dass dann bei noch tieferen Temperaturen zu einem glasartigen Wasser einfriert“, erläutert Ralf Busch.

Atome bilden keine feste Kristallstruktur

Die Materialforscher in Saarbrücken fanden heraus, dass auch die glasbildenden Metallschmelzen einen solchen Übergang von einem dünnflüssigen zu einem dickflüssigen Zustand aufweisen. Der Grund für den Übergang ist, dass sich die Atome in der Flüssigkeit ordnen, jedoch noch keine feste Kristallstruktur ausbilden. Die Wissenschaftler wollten nun wissen, ob dieser Übergang von der fragilen in eine starke Substanz ein generelles Phänomen ist, das in jeder Materie abläuft. Für die Publikation in „Nature Physics“ haben sie dafür eine Legierung aus Eisen und Kobalt unter die Lupe genommen. Diese hat zwar eine Kristallstruktur, aber auch hier organisieren sich die Atome von einem ungeordneten Mischkristall zu einem geordneten Kristall. Dieser Übergang ist theoretisch bereits gut verstanden.

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