Sticle metalice

Aliajele amorfe sau sticlele metalice sunt materiale omogene macroscopic si microscopic fiind caracterizate de o ordine la scurta distanta de natura topologica si chimica in aranjamentul spatial al atomilor. Inlocuirea cristalizarii prin tranzitii vitroasa este usoara in cazul topiturilor silicate constituite din ioni complecsi cu mobilitate mica, dar dificila in cazul topiturilor metalice in care fluiditatea mare si vascozitatea redusa indica mobilitati mari ale ionilor metalici. Sticlele sunt materiale amorfe obtinute prin racirea fara cristalizare a unei topituri. Daca materialele sunt de natura metalica (metale sau aliaje) se numesc sticle metalice.

Starea solida cristalina a metalelor se obtine prin racirea lenta a topiturilor lor cand se formeaza initial germeni de cristale care cresc apoi in timp. Prin racirea rapida, cu 105 - 1010 oC/s, a topiturii unui metal se impiedica formarea germenilor de cristalizare precum si cresterea acestora si se creeaza conditiile obtinerii metalelor in stare amorfa, a sticlelor metalice.

Trasatura predominanta a sticlelor metalice este dezordinea in aranjamentul atomilor. Forma amorfa a metalelor a fost evidentiata in 1960 de P. Duwez, prin racirea ultrarapida a aliajului aurului cu 20% Si si numai peste 10 ani au aparut primele statii pilot pentru obtinerea metalelor amorfe.

O lista a aliajelor care formeaza sticle metalice a fost conceputa de Takayama, iar o reprezentare, in tabelul periodic, a elementelor care intra in componenta sticlelor metalice a fost publicata de Masumoto si Maddin.

In cele ce urmeaza vor fi luate in considerare ca sticle metalice numai aliajele amorfeobtinute prin racire ultrarapida din topitura. Aceasta restrangere a notiunii de sticla metalica este justificata teoretic pentru ca prin definitie, o sticla este un solid care nu a cristalizat in cursul racirii din stare lichida.

Aplicarea tehnologica a aliajelor amorfe este realizabila convenabil numai pentru sticlele metalice care se obtin prin racire ultrarapida din stare lichida, prin metode cu o productivitate comparabila cu cea a producerii sticlelor clasice si sub forma unui produs utilizat practic (fire, fibre, benzi).

In tabelul de mai jos este prezentata o lista continand sistemele de aliaje in care s-au obtinut sticle metalice sub forma de produse cu o grosime >10 um prin racire continua din topitura.Lista contine o selectie reprezentativa a sistemelor de aliaje in care, domeniile de compozitie specificate, se amplaseaza aliaje care au putut fi vitrificate prin calire din stare lichida.

Fig 1: Amplasarea in tabelul periodic a componentilor principalelor categorii de sticle metalice

I-sticle metalice metal de tranzitie-metaloid

II-sticle metalice intertranzitionale

III- sticle metalice cu componenti metale sinple

O clasificare rationala a sistemelor de aliaje in care se formeaza sticle metalice se prezinta sub forma a trei grupe importante.

GRUPA I: sticle metalice, metal - metaloid T - M (unde T - metal de tranzitie, M - metaloid)

GRUPA II: sticle metalice inter-tranzitionale T1 - T2 (unde T1 - metal de tranzitie din primele grupe ale tabelului periodic, iar T2 - metal de tranzitie din ultimele grupe ale tabelului periodic, incluzand si metalele nobile).

GRUPA III: sticle metalice continand metale simple (ne-tranzitionale) sau un metal din grupa pamanturilor rare.

In ultimii ani, noi familii de sticla care formeaza aliaje multi-componente, cum ar fi La-Al-Ni, ZrNi-Al-Cu, Mg-Cu-Y, si Zr-Ti-Cu-Ni-Be. In aliajele metalice care formeaza lichide de masa de sticla sunt de obicei cu trei-cinci componente metalice care au o nepotrivire de mari dimensiuni atomice.

Metodele de obtinere a sticlelor metalice pot fi considerate ca reprezentand rezolvari moderne aflate la confluenta a doua cai tehnice bine cunoscute in metalurgie. Astfel, pe de o parte, sticlele metalice apartin aliajelor in stare metastabila, cu caracter amorf. Pe de alta parte, sticlele metalice se obtin in forma utilizabila practic (sarma sau banda) prin tehnici de solidificare care evita neajunsurile procedeelor traditionale de laminare si trefilare.

O prima observatie o constituie faptul diagrama de compozitii in care se formeaza sticlele metalice este amplasata intr-o regiune a diagramei de echilibru fazic in care faza lichida este stabila la temperaturi joase.

Tendinta de vitrificare prin suprimarea cristalizarii este mare pentru topiturile care corespund unui eutectic usor fuzibil, a constituit un ghid util pentru cercetarea de noi sisteme de aliaje susceptibile de a forma sticle metalice.

O a doua observatie se refera la faptul ca diagramele de echilibru fazic ale sistemelor de aliaje in care se formeaza sticle metalice prezinta solubilitati foarte reduse sau chiar nule in solutiile solide terminale,datorita unei entalpii libere pozitive de formare a solutiei solide.

O a treia observatie se refera la prezenta compusilor intermetalici in sistemele de aliaje in care se formeaza sticle metalice. Un prim aspect al corelatiei sticle metalice-compusi intermetalici este pus in evidenta de Giessen si Wagner care arata ca * formarea fazelor amorfe este favorizata atunci cand fazele cristaline cu care ele se afla in competitie, au structuei cristaline complexe cu numere mari de coordinatie si cu mai multe amplasari foartediferite ale atomilor *.