Was ist ein amorphes Metall?
Amorphe Metalle sind Metalle mit einer amorphen Struktur.
Durch schnelle Abkühlung erhalten amorphe Metalle eine amorphe Struktur, in der die Atome zufällig angeordnet sind, ohne zu kristallisieren. Da sie amorph und frei von durch Korngrenzen verursachten Defekten sind, haben sie eine höhere Festigkeit und sind daher sehr stabil. Außerdem haben sie sehr elastische und verformungsbeständige Eigenschaften und weisen eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit auf.
Anwendungen für amorphe Metalle
1. Autoindustrie
Dazu gehören Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge und die Abdichtung von Schornsteinen.
Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge sind Teil des Auspuffsystems und dienen der Geräuschdämpfung der vom Motor ausgestoßenen Abgase. Der Witterungsschutz von Schornsteinen ist eine Behandlung, die Korrosion und Verschlechterung verhindert, die auftreten, wenn Schornsteine der äußeren Umgebung ausgesetzt sind.
2. Elektronikindustrie
Magnetische Sensoren, Solarzellen, elektronische Schaltungen und Speicher sind Beispiele dafür.
Magnetische Sensoren erkennen Magnetfelder und wandeln diese Informationen in elektrische Signale um. Solarzellen sind Geräte, die Sonnenlicht aufnehmen und dessen Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln. Solarzellen erzeugen in Abhängigkeit von der Intensität des Sonnenlichts Gleichstrom.
3. Kraft- und Energiewirtschaft
Beispiele sind die Eisenkerne von Säulentransformatoren, Industrietransformatoren und kleinen und mittleren Motoren. Säulentransformatoren sind eine Art von Transformatoren, die Hochspannungsstrom aus Übertragungsleitungen in Niederspannungsstrom umwandeln.
4. Maschinenindustrie
Dazu gehören Lager, Zahnräder, Wellen und Düsen.
5. Industrie für magnetische Geräte
Dazu gehören Magnetkopfelemente und Magnetköpfe für Festplatten. Magnetkopfelemente sind Komponenten, die mit der Oberfläche eines magnetischen Mediums (z. B. einer Festplatte) in Kontakt kommen, um die magnetischen Informationen zu lesen, und werden normalerweise in sehr kleinen Größen hergestellt.
6. Chemische und medizinische Industrie
Beispiele sind Katalysatormaterialien, die katalytische Eigenschaften nutzen, Elektromagnete, die die Supraleitfähigkeit nutzen und MRT-Magnete.
Eigenschaften von amorphen Metallen
Amorphe Metalle weisen nicht die kristalline Struktur normaler Metalle auf, sondern haben eine amorphe Struktur mit einer unregelmäßigen Anordnung der Atome. Daher haben sie andere physikalische Eigenschaften als kristalline Metalle. Sie weisen eine extrem hohe Festigkeit und Härte auf und sind etwa doppelt so fest und dreimal so hart wie normale Metalle. Sie haben auch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und können die Korrosionsbeständigkeit von Metalloberflächen verbessern, indem sie einen Oxidfilm auf der metallischen Glasoberfläche bilden.
Amorphe Metalle sind weichmagnetische Werkstoffe mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften (hervorragende magnetische Reaktion auf Magnetfelder), da sie nicht die Anisotropie von kristallinen Metallen aufweisen. Aufgrund ihrer amorphen Struktur und ihrer hohen Thermoplastizität lassen sich komplex geformte Bauteile und Produkte herstellen.
Amorphe Metalle mit katalytischen Eigenschaften werden als Katalysatoren in Brennstoffzellen und bei chemischen Reaktionen eingesetzt, während Metalle mit Wasserstoffspeicherfähigkeit zur Speicherung und zum Transport von Wasserstoffenergie verwendet werden.
Normale Metalle haben eine regelmäßige Gitterstruktur und werden bei Verformung durch die Bewegung der Kristallkörner verformt, während amorphe Metalle keine kristalline Struktur haben und sich die Kristallkörner bei der Verformung nicht bewegen, was es ihnen erleichtert, ihre Festigkeit durch intermolekulare Bindungskräfte zu erhalten. Der intermolekulare Abstand ist sehr kurz und der Elastizitätsmodul hoch, was bedeutet, dass die Festigkeit des Materials auch nach der Verformung erhalten bleibt und die hohe Sprödbruchsicherheit bedeutet, dass es seine Festigkeit auch nach wiederholter Verformung beibehält.
Der Fluss freier Elektronen ist in amorphen Metallen nicht eingeschränkt, da die Atome zufällig angeordnet sind und es keine Korngrenzen oder Gitterfehler gibt. Daher haben sie einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand und eine hohe Leitfähigkeit. Amorphe Metalle weisen aufgrund ihrer amorphen Struktur auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch sie sich für den Einsatz in Hochtemperaturumgebungen eignen.
Weitere Informationen zu amorphen Metallen
1. Verwendung als supraleitende Materialien
Einige amorphe Metalle werden auch als supraleitende Werkstoffe verwendet. Supraleitung ist ein Phänomen, bei dem der elektrische Widerstand vollständig verschwindet, wenn ein elektrischer Strom unter eine bestimmte Temperatur geleitet wird. Einige amorphe Metalle weisen dieses Phänomen der Supraleitfähigkeit auf.
2. Verwendung als Glasmetalle
Amorphe Metalle sind eine Art von metallischem Glas mit einer amorphen Struktur. Im Gegensatz zu gewöhnlichem Glas hat metallisches Glas einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was es sehr haltbar und widerstandsfähig gegen Temperaturschocks macht.