Was ist amorphes Metall?

Ein amorphes Metall ist ein Metall mit einer ungeordneten Atomstruktur, im Gegensatz zu den meisten Metallen, die eine regelmäßige Struktur haben. Diese Stoffe werden auch metallische Gläser genannt, da eine Art der Herstellung amorpher Metalle der Herstellung von Glas ähnelt, jedoch Metall anstelle von Silizium verwendet wird. Studien zeigen, dass amorphe Metalle mehr als doppelt so stark wie normales Metall sein können und sich ideal für militärische Rüstungen eignen, da sie das gleiche Gewicht wie normales Metall haben. Aufgrund der ungeordneten Struktur des Materials ist es auch widerstandsfähiger gegen Korrosion und Verschleiß.

Amorphe Metalle wurden erstmals 1957 am Caltech von Pol Duwez hergestellt. Duwez erzeugte das amorphe Metall durch Abkühlen einer Legierung (Au80Si20) aus einem flüssigen Zustand in weniger als einem Bruchteil einer Sekunde. Die Abkühlgeschwindigkeit musste eine Million Kelvin pro Sekunde überschreiten, sodass das Abkühlen des Metalls vom flüssigen in den festen Zustand in Millisekunden erfolgen musste. Das Abkühlen verhinderte schnell, dass das Metall wie ein typisches Metall kristallisierte, was ihm seine einzigartige amorphe Struktur verlieh. Am Anfang waren die Formen von amorphem Metall begrenzt und bestanden hauptsächlich aus dünnen Bändern, Folien und Drähten. Diese Einschränkungen wurden durch die Notwendigkeit einer schnellen Abkühlgeschwindigkeit erzwungen.

Zur Kommerzialisierung geeignetes amorphes Metall wurde erstmals 1976 von C. Graham und H. Liebermann hergestellt. Sie verwendeten ein unterkühltes sich schnell drehendes Rad, um große Mengen amorphen Metalls herzustellen, das für verlustarme Stromverteilungstransformatoren geeignet ist, die unter dem Namen Metglas vermarktet werden. Amorphes Metall kann schnell magnetisiert und entmagnetisiert werden, was beim Einsatz in Transformatoren im Stromnetz zu Stromeinsparungen führt. 70–80 % weniger Strom werden von Transformatoren aus amorphem Metall verbraucht, was die CO2-Emissionen reduziert und Strom spart. Heute sind Transformatoren aus amorphem Metall in Indien und China weit verbreitet, wo sie erfolgreich zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen eingesetzt wurden.

In den 1980er Jahren experimentierten Materialwissenschaftler mit verschiedenen Legierungen, um die erforderliche Abkühlgeschwindigkeit für die Herstellung amorpher Metalle zu verringern. Es gelang ihnen, die kritische Abkühlgeschwindigkeit von Hunderten von Kelvin pro Sekunde auf nur noch ein Kelvin pro Sekunde zu senken, was die Herstellung von metallischen Massengläsern einfacher machte. Im Jahr 2004 gelang es Forschern, amorphen Stahl in großen Mengen herzustellen, was den Weg für eine breitere Kommerzialisierung des Materials ebnete.