Metale amorficzne są również określane mianem szkła metalicznego i charakteryzują się wieloma zaletami. Ponieważ mimo wykazywania wysokiej wytrzymałości są jednocześnie niezwykle elastyczne. W zasadzie są to dwie przeciwstawne cechy, a ich połączenie jest możliwe z uwagi na unikatowe właściwości szkieł metalicznych. W odróżnieniu od materiałów krystalicznych w metalach amorficznych nie ma uporządkowanej struktury siatkowej. Dzieje się tak to na skutek szybkiego stygnięcia ciekłego metalu. W ten sposób zapobiega się równomiernemu rozłożeniu cząsteczek w metalu. Wynik: amorficzne, a wiec nie krystaliczne ciało stałe, w którym atomy pozostają w prawie nieuporządkowanym stanie.
Czym są metale amorficzne?
Jakie są zalety szkieł metalicznych?
Wysoka twardość i wytrzymałość przy jednocześnie wysokiej elastyczności: to wyjątkowe połączenie zapewnia liczne korzyści podczas produkcji elementów amorficznych.
Zachowanie izotropowe
Elementy amorficzne charakteryzują się jednakowymi właściwościami materiału we wszystkich kierunkach przestrzennych. Wiąże się to z wieloma korzyściami na przykład w produkcji addytywnej, ponieważ obszar obróbki w połączeniu z wyregulowaniem elementu może być optymalnie wykorzystany.
Biokompatybilność
Elementy amorficzne drukowane metodą 3D są biokompatybilne i dlatego dobrze się nadają do wielu zastosowań w zakresie techniki medycznej. Dzięki temu można indywidualnie dopasować amorficzne implanty do budowy ciała pacjenta.
Elastyczność
Metale amorficzne charakteryzują się wysoką granicą plastyczności w połączeniu z wydłużeniem sprężystym wynoszącym prawie 2%. Daje to wiele korzyści podczas produkcji implantów, czujników oraz przegubów łączących, ponieważ znacznie poprawione jest sprężynowanie.
Lekkie konstrukcje
Dzięki wysokiej wytrzymałości elementy z metalu amorficznego mogą być cieńsze i zawierać mniej materiału, co pozwala je łatwiej kształtować. Jest to szczególnie ważne w branży robotyki i techniki medycznej, ale również w przemyśle lotniczym i kosmicznym oraz w elektromobilności.
Zastosowanie w bardzo zimnym otoczeniu
Metale amorficzne są plastyczne w niskich temperaturach, to znaczy, że mogą być z powodzeniem stosowane w ekstremalnie niskich temperaturach i zachowują swoje właściwości. Dlatego ta klasa materiału szczególnie dobrze nadaje się do stosowania w branży lotniczej i kosmicznej.
Odporność na zużycie
Metale amorficzne wykazują dużą twardość, a tym samym ograniczone ścieranie, które jest porównywalne z właściwościami ceramiki. Ta właściwość jest bardzo ważna przede wszystkim przy bardzo obciążonych komponentach w przypadku narzędzi i form oraz przy produktach do użytku codziennego takich jak wysokiej jakości zegarki.
Metale amorficzne – 3 pytania dotyczące nowego supermateriału
Firmy TRUMPF i Heraeus AMLOY wspólnie opracowały metodę, która działa przy bardzo niewielkim ognisku i niezwykle małej objętości stapianego materiału. Ciepło jest szybko odprowadzane. W ten sposób osiągany jest krytyczny czas chłodzenia równy 200 kelwinów na sekundę: z łoża proszku wyrasta indywidualnie dopasowany i amorficzny implant.
Szkła metaliczne nie mają siatki krystalicznej, zachowują się zupełnie inaczej niż pozostałe metale. Jednocześnie są one niezwykle trwałe, bardzo elastyczne i bardzo odporne na zużycie. W ten sposób również implanty wykonane z metali amorficznych mogą dobrze przenosić duże obciążenia w ludzkim ciele. Zalicza się do tego nie tylko uderzenia lub pchnięcia. Żuchwa jest regularnie obciążana podczas gryzienia i żucia, łuk żebrowy wytrzymuje rocznie około ośmiu milionów ruchów oddechowych.
Moduł Younga stopów amorficznych jest zbliżony do tego, którym charakteryzują się ludzkie kości. Jest to bardzo korzystne w procesie terapii i pod kątem obciążalności wcześniej osłabionego miejsca w ciele. Jednocześnie stopy są odporne na korozję, a ich biokompatybilność jest certyfikowana.
Amorficzne stopy metalu – 4 właściwości w centrum zainteresowania
Firma Heraeus AMLOY opracowała innowacyjne stopy, które świetnie nadają się między innymi do produkcji nowoczesnych implantów. Dostępne są już stopy bazujące na cyrkonie takie jak Amloy-ZR01 i Amloy-ZR02. Ten ostatni jest już materiałem z certyfikatem biokompatybilności zgodnie z normami ISO 10993-5 i ISO 10993-12. Ponadto tytan jest uznawany za odpowiedni materiał do komponentów medycznych takich jak implanty kości lub rozruszniki serca. Aktualne badania dotyczące zastosowania stopów tytanu w technice medycznej są bardzo obiecujące. Niezależnie od tego, czy mowa o tytanie lub cyrkonie – stopy amorficzne wyróżniają się zróżnicowanymi właściwościami i dlatego ich użycie jest korzystne szczególnie przy specjalnych zastosowaniach.
Jakie są zastosowania materiałów amorficznych?
Więcej informacji
Począwszy od stylowych zegarków poprzez technikę medyczną aż do lekkich konstrukcji: metale amorficzne otwierają nowe możliwości zastosowania w licznych branżach. Duża główna korzyść wynika z połączenia druku 3D i szkieł metalicznych. Warto przekonać się na własne oczy!