Metalna stakla

Metalna stakla otkrivena su oko 1960. kada je belgijski znanstvenik Pol Duwez na Kalifornijskom institutu za tehnologiju u Pasadeni, sintetizirao slitinu na bazi zlata i slicija u staklenom stanju brzim pretvaranjem tekućine u krutinu brzinom koja je približno jednaka milijun stupnjeva po sekundi. Ova visoka brzina očvršćivanja je bila izvedena izbacivanjem male kapljice taline na visoko vodljivi materijal, kao što je bakar, što je omogućilo da se talina raširi u obliku tanke folije na površinu materijala. Ovom tehnikom poznatoj kao „pištolj tehnika“, procjenjeno je da brzina očvršćivanja varira od 104 K/s do 10 10  K/s . Tipična stopa očvršćivanja za foliju debljine 50 μm je oko 10 6  . 

FIZIKALNA SVOJSTVA 

1. GUSTOĆA

Gustoća metalnih stakala ovisi o njihovom sastavu i strukturi. Općenito, gustoća metalnih stakala je nešto manja od gustoće klasičnih metala, a obično se kreće u rasponu od 5.5 do 13 g/cm3 . Gustoća metalnih stakala jako je važna jer utječe na područja njihove primjene; zbog male gustoće često se koriste u zrakoplovnoj industriji. Razlike u gustoći, kao što je i očekivano, ovise o tehnikama proizvodnje metalnih stakala.

Gustoće masivnih metalnih stakala (Bulk Metallic Glasses, BMG) su mjerene Arhimedovim postupkom kao funkcija brzine hlađenja. Gustoća potpuno kristalizirane slitine je bila 9.341 g/cm3. Očekivana je promjena gustoće sa brzinom hlađenja. Gustoća slitine naglo opada kada je slitina očvršćena pri relativno malim brzinama hlađenja, pogotovo kada su brzine hlađenja male. Drugim riječima, iako je razlika u gustoći između slitine masivnog metalnog stakla očvršćenog na malim brzinama hlađenja i kristalizirane slitine veoma mala, osjetljivost na brzinu hlađenja je veoma velika. Ali, kada je talina očvršćena na visokim brzinama, razlika gustoće između očvršćenog i kristalnog stanja je veća što nam govori da je slobodni volumen koji je zadržan u tekućini kao rezultat brzog očvršćivanja veći. 

Na brzinama hlađenja većima od oko 50-75 K/s gustoća je mnogo manja nego gustoća kristalne slitine i gotovo je neovisna o brzini hlađenja. To znači da atomi imaju dovoljno vremena da se raspodijele u gustu atomsku konfiguraciju i da što je veća gustoća masivnog metalnog stakla to je manja brzina hlađenja. 

2. VISKOZNOST

Viskoznost metalnih stakala je mjera unutarnjeg trenja i otpora koji se javlja kada se metalno staklo deformira. Općenito imaju visoku viskoznost u usporedbi s klasičnim metalima, što je jedna od njihovih karakterističnih osobina. Viskoznost metalnih stakala ovisi o temperaturi, sastavu i brzini deformacije. Viskoznost je obrnuto proporcionalna temperaturi, a proporcionalna brzini deformacije. Ipak, visoka viskoznost predstavlja izazov u njihovoj proizvodnji i obradi. 

3. ELEKTRIČNA OTPORNOST 

Amorfna struktura metalnih stakala stvara nepravilnosti u rasporedu atoma (time i elektrona) što ih čini lošim vodičima zbog velike električne otpornosti. Ovisno o sastavu i temperaturi, električna otpornost može varirati.