Von: Dennis L.
Materialforschung

Neuartiges Glas ist so stabil wie Stahl

Amerikanische Forscher entwickeln im California Institute of Technology in Pasadena ein metallisches Glas, welches zu den härtesten Materialien der Welt gehört.

Glas mit der Härte von Stahl.
© Maximilien E. Launey

Pasadena (USA). Es ist ein Durchbruch in der Materialforschung. Einem amerikanischen Forscherteam vom California Institute of Technology in Pasadena gelang die Herstellung eines metallischen Glases mit einer enormen Bruchfestigkeit. Die Entwicklung metallischer glasartiger Materialien ist längst kein Meilenstein mehr, jedoch waren alle bisherigen Werkstoffe extrem bruchempfindlich. Ein kommerzieller Einsatz dieser Materialien war daher nicht denkbar. Marios Demetriou und seinem Team gelang es nun, genau dieses Problem zu lösen. In der Fachzeitschrift Nature Materials berichteten die Forscher über ein besonders hartes und zugleich bruchfestes metallisches Glas, dessen Härte mit denen besten Stahlarten der Welt zu vergleich ist.

Die besondere Härte ist mit einer speziellen Metallmischung aus mehreren Elementen, darunter Silber, Silizium und Phosphor erreichbar. Für die hohe Bruchfestigkeit gaben die Forscher einen hohen Anteil Palladium, einem sehr teuren Edelmetall, hinzu. Das Palladium und die Anordnung der Atome führten Demetriou und sein Team zum gewünschten Ergebnis. Die Metallschmelze, welche in einem Hochleistungsofen geschmolzen wurde, kühlten die Forscher schockartig ab. So verhinderten sie, dass die Atome bei der Abkühlung in einem, für Metalle typischen Kristallgitter erstarrten. Der Kälteschock sorgte dafür, dass die Atomstruktur einem ungeordneten, amorphem Netzwerk ähnelt. Bei der abrupten Abkühlung entstanden unzählige mikroskopische Risse im Material, welche sonst unerwünscht waren. Es sind allerdings die winzigen Störstellen, die das metallische Glas so bruchfest machen. Durch die mikroskopischen Störstellen können sich Risse nicht durch das gesamte Material ausbreiten, sondern werden bereits an der ersten Störstelle gestoppt.

Experimente mit dem neuen Werkstoff ergaben, dass die Belastungsgrenze beim Verbiegen mit der Belastungsgrenze von hochmodernen Stahlarten vergleichbar ist. Demetriou kann sich ein Einsatz seines Materials zum Beispiel für hochfeste Zahnimplantate vorstellen. Dem Einsatz im Baugewerbe stünde eigentlich auch nichts im Wege, doch der hohe Anteil an Palladium macht den Werkstoff als Bauelement unverhältnismäßig teuer. Aktuell werden schon weitere Versuche mit anderen Materialien durchgeführt. Demetriou und sein Team wollen versuchen einen Ersatz für das Edelmetall Palladium zu finden und experimentieren derzeit mit günstigeren Elementen wie Kupfer, Eisen oder auch Aluminium.

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