المعدن غير المتبلور (المعروف أيضاً بالزجاج المعدني أو المعدن الزجاجي) هو عبارة عن مادة معدنية صلبة ، عادة ما تكون سبيكة ، مع بنية ذرية ذات مقياس غير منتظم. معظم المعادن تكون متبلرة في حالتها الصلبة ، مما يعني أنها تحتوي على ترتيب مرتب من الذرات. المعادن غير متبلورة هي غير بلورية ، ولها هيكل يشبه الزجاج. ولكن على عكس النظارات الشائعة ، مثل زجاج النوافذ ، والتي هي عادة عوازل كهربائية ، فإن المعادن غير المتبلورة لديها موصلية كهربائية جيدة. هناك العديد من الطرق التي يمكن من خلالها إنتاج المعادن غير المتبلورة ، بما في ذلك التبريد السريع للغاية وترسب البخار الفيزيائي وردود الفعل الصلبة والتشعيع الأيوني والسبك الميكانيكي.

في الماضي ، تم إنتاج دفعات صغيرة من المعادن غير المتبلورة من خلال مجموعة متنوعة من طرق التبريد السريع. على سبيل المثال ، تم إنتاج شرائط معدنية غير متبلرة من المعدن المصهور المترسب على قرص معدني دوار (غزل ذوبان). التبريد السريع ، بترتيب الملايين من الدرجات المئويّة في الثانية ، سريع جداً لتكوّن البلورات والمادة “مؤمّنة” في حالة زجاجية. وفي الآونة الأخيرة ، تم إنتاج عدد من السبائك ذات معدلات تبريد حرجة منخفضة بما يكفي للسماح بتكوين بنية غير متبلورة في طبقات سميكة (أكثر من 1 ملليمتر) ؛ هذه هي المعروفة باسم نظارات معدنية بالجملة (BMG). وفي الآونة الأخيرة ، تم إنتاج دفعات من الفولاذ غير المتبلور بثلاثة أضعاف قوة سبائك الفولاذ التقليدية.

التاريخ
أول زجاج معدني تم الإبلاغ عنه كان سبيكة (Au ₇₅ Si ₂₅ ) أنتجت في Caltech من قبل W. Klement (Jr.) ، Willens و Duwez في عام 1960. كان من المفترض أن يتم تبريد هذا السبائك الأخرى المبكرة لتشكيل الزجاج بسرعة (على الترتيب من واحد megakelvin في الثانية ، 106 K / ثانية) لتجنب التبلور. وكان من النتائج المهمة لذلك أن الزجاج المعدني لا يمكن إنتاجه إلا في عدد محدود من الأشكال (عادةً الشرائط أو الرقائق أو الأسلاك) التي يكون فيها أحد الأبعاد صغيرًا بحيث يمكن استخراج الحرارة بسرعة كافية لتحقيق معدل التبريد اللازم. ونتيجة لذلك ، كانت عينات الزجاج المعدني (مع بعض الاستثناءات) محدودة بسماكات تقل عن مائة ميكرومتر.

في عام 1969 ، تم العثور على سبيكة من البلاديوم 77.5 ٪ ، والنحاس 6 ٪ ، و 16.5 ٪ من السيليكون لديها معدل التبريد الحرج بين 100 و 1000 ك / ث.

في عام 1976 ، طور H. Liebermann و C. Graham طريقة جديدة لتصنيع شرائط رقيقة من معدن غير متبلور على عجلة فائقة السرعة. كان هذا سبيكة من الحديد والنيكل والفوسفور والبورون. تم تسويق المواد ، المعروفة باسم Metglas ، في أوائل الثمانينات ، وهي تستخدم لمحولات توزيع الطاقة المنخفضة الخسارة (المحولات المعدنية غير المتبلورة). يتكون Metglas-2605 من 80 ٪ من الحديد والبورون 20 ٪ ، لديه درجة حرارة كوري من 373 درجة مئوية ومغنت درجة حرارة تشبع الغرفة من 1.56 teslas.

في أوائل الثمانينات ، تم إنتاج سبائك زجاجية بقطر 5 مم من سبيكة 55٪ بالاديوم ، 22.5٪ رصاص ، و 22.5٪ من الأنتيمون ، عن طريق الحفر السطحي متبوعًا بدورات تبريد التدفئة. باستخدام تدفق أكسيد البورون ، زادت سماكة قابلة للتحقيق إلى سنتيمتر.

أسفرت الأبحاث في جامعة توهوكو وكالتك عن وجود سبائك متعددة المكونات تعتمد على اللانثانم ، والمغنيسيوم ، والزركونيوم ، والبلاديوم ، والحديد ، والنحاس ، والتيتانيوم ، مع معدل تبريد حرج بين 1 ك / ث إلى 100 ك / ث ، بالمقارنة مع أكاسيد أوكسيد.
في عام 1988 ، تم العثور على خليط من اللنثانوم والألمنيوم وخام النحاس لتكون عالية لتشكيل الزجاج. وأظهرت النظارات المعدنية التي تحتوي على Al- أساس تحتوي على Scandium قوة ميكانيكية الشد من نوع قياسي من حوالي 1500 ميغاباسكال.

في التسعينات تم تطوير سبائك جديدة تشكل نظارات بمعدلات تبريد منخفضة مثل كلفن واحد في الثانية. يمكن تحقيق معدلات التبريد هذه عن طريق الصب البسيط في القوالب المعدنية. يمكن صب هذه السبائك غير المتبلورة في أجزاء يصل سمكها إلى عدة سنتيمترات (أقصى سماكة تبعاً للسبائك) مع الاحتفاظ ببنية غير متبلورة. وتستند أفضل سبائك تشكيل الزجاج على الزركونيوم والبلاديوم ، ولكن من المعروف أيضا السبائك القائمة على الحديد والتيتانيوم والنحاس والمغنيسيوم والمعادن الأخرى. يتم تشكيل العديد من السبائك غير المتبلورة من خلال استغلال ظاهرة تسمى تأثير “الارتباك”. تحتوي هذه السبائك على العديد من العناصر المختلفة (غالباً أربعة أو أكثر) عند التبريد عند معدلات سريعة بما فيه الكفاية ، لا تستطيع الذرات المكونة ببساطة أن تنسق نفسها في حالة البلورة المتوازنة قبل إيقاف حركتها. بهذه الطريقة ، تكون الحالة المختلة العشوائية للذرات “مؤمّنة”.

في عام 1992 ، تم تطوير السبائك غير المتبلورة التجارية ، Vitreloy 1 (41.2 ٪ Zr ، 13.8 ٪ Ti ، 12.5 ٪ Cu ، 10 ٪ Ni ، و 22.5 ٪ Be) في Caltech ، كجزء من وزارة الطاقة و NASA البحث عن الجديد مواد فضائية. المزيد من المتغيرات اتبعت.
في عام 2004 ، تم إنتاج فولاذ غير متبلور بشكل كبير من قبل مجموعتين: واحدة في مختبر أوك ريدج الوطني ، الذي يشير إلى منتجاتها بأنها “فولاذ زجاجي” ، والآخر في جامعة فرجينيا ، يطلق عليها اسم “DARVA-Glass 101”. المنتج غير مغناطيسي في درجة حرارة الغرفة وأقوى بكثير من الفولاذ التقليدي ، على الرغم من بقاء عملية البحث والتطوير الطويلة قبل إدخال المادة في الاستخدام العام أو العسكري.

في عام 2018 ، أعلن فريق في مختبر Accacerator National SLAC والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) وجامعة Northwestern عن استخدام الذكاء الاصطناعي للتنبؤ وتقييم عينات من 20 ألف سبيكة معدنية مختلفة محتملة في السنة. تتعهد أساليبهم في تسريع البحث والوقت لتسويق السبائك غير المعدنية الجديدة.

البناء والإنتاج
النظارات هي مواد صلبة بدون بنية بلورية. أي أن الذرات لا تشكل شبكية ، ولكنها مرتبة بشكل عشوائي للوهلة الأولى: لا توجد مسافة ، ولكن على الأكثر ترتيب قريب ، تسمى هذه البنية غير متبلور.

مثل جميع النظارات ، يتم إنشاء المعادن غير متبلرة من خلال منع التبلور الطبيعي. ويمكن القيام بذلك ، على سبيل المثال ، عن طريق التبريد السريع (“التبريد”) للصهر بحيث يتم سرقة الذرات من الحركية قبل أن تتمكن من اتخاذ الترتيب البلوري. ومع ذلك ، فإن هذا أمر صعب خاصة بالنسبة للمعادن ، حيث أنه يتطلب معدلات تبريد عالية بشكل غير واقعي في معظم الحالات بسبب آليات الربط الخاصة بها. مع المعادن التي تتكون من عنصر واحد فقط ، فإنه من المستحيل حتى إنتاج زجاج معدني ، لأن حركة الذرات إلى درجات حرارة منخفضة عالية لدرجة أنها تتبلور دائمًا. فقط السبائك التي تحتوي على فلزين على الأقل غير قابلة للتشتت معروفة (على سبيل المثال ، AuIn ₂ ). أكثر شيوعا هي السبائك غير متبلرة من معدن واحد فقط – وما يسمى الزجاج السابق -. B. البورون أو الفوسفور ، كما هو الحال في التركيبة Fe ₄ B .. المعادن غير المتبلورة ذات الصلة من الناحية التقنية هي حتى اليوم سبائك خاصة فقط (عادة قريبة من نقطة الانصهار) للعديد من العناصر التي يكون معدل التبريد اللازم قابل للتحقيق من الناحية الفنية. كان هذا لا يزال يصل إلى 10 ⁶ ك / ث للنظارات المعدنية الأولى. (للمقارنة: في حالة السيليكات ، يكفي معدل تبريد يبلغ حوالي 0.1 كيلوجرام / ثانية لمنع التبلور ، ولكن إذا سمح لهم بالتبريد ببطء بما فيه الكفاية ، فإنهم سيتبلورون أيضًا).

تضع الموصلية الحرارية حدًا ماديًا للتبريد السريع: بغض النظر عن مدى سرعة انخفاض درجة الحرارة المحيطة ، يجب نقل الحرارة من داخل المادة إلى السطح الخارجي. وهذا يعني أنه اعتمادًا على معدل التبريد المطلوب والتوصيل الحراري ، يمكن تحقيق سمك معين فقط.طريقة واحدة هي التبريد السريع بين بكرات النحاس الدوارة (دوران الذوبان). هذا بسيط وغير مكلف ، ولكنه يسمح فقط بإنتاج شرائح رقيقة وأسلاك.

كما يمكن الحصول على طبقات رقيقة غير متبلورة وأشرطة غير متبلورة عن طريق ترسب البخار الكيميائي أو ترسب الرذاذ.

منذ بضع سنوات فقط ، كانت النظارات المعدنية الضخمة (الإنجليزية: نظارات معدنية كبيرة) معروفة ، والتي تسمح بسماكة المواد بأكثر من ملليمتر واحد (وهو حد يتم اختياره بشكل تعسفي). التوقعات بالنسبة لهذه الفئة الجديدة من المواد عالية ، على الرغم من أنها كانت قليلة الاستخدام حتى الآن. وهي تتكون عادة من خمسة عناصر مختلفة أو أكثر ، وعادة ما يتم تمثيل ثلاثة أحجام ذرية مختلفة جذريا. الهياكل البلورية الناتجة معقدة للغاية لدرجة أن حتى معدلات التبريد لبضعة كيلوفن في الثانية كافية لقمع التبلور. السماكات القابلة للإنجاز هي حاليا 1-2 سم ، حيث تصل السبائك الوحيدة التي تحتوي على مكونات باهظة الثمن (مثل الزركونيوم واليتريوم البلاتيني) إلى 25 ملليمتر. حول هذه العلامة التجارية يأتي فقط PdCuNiP ، الذي يحمل منذ عام 1997 سجل وحيد أكثر من سبعة سم. وبما أن هناك جزء مول من 40 في المائة بالاديوم ، فإن السعر مرتفع للغاية.

الخصائص
المعادن غير المتبلورة عادة ما تكون سبيكة بدلا من معدن نقي. تحتوي السبائك على ذرات ذات أحجام مختلفة بشكل كبير ، مما يؤدي إلى انخفاض حجمها الحر (وبالتالي يصل إلى مستويات اللزوجة الأعلى من المعادن الأخرى والسبائك) في الحالة المنصهرة. تمنع اللزوجة الذرات تتحرك بما يكفي لتشكيل شبكي مرتب. كما ينتج عن الهيكل المادي انكماش منخفض أثناء التبريد ، ومقاومة تشوه البلاستيك. إن غياب حدود الحبوب ، البقع الضعيفة للمواد البلورية ، يؤدي إلى مقاومة أفضل للتآكل. أما المعادن غير المتبلورة ، في حين أن النظارات الفنية ، فهي أيضاً أكثر صلابة وأقل هشاشة من نظيرتها من أكسيد السيراميك والسيراميك.

غير متبلور المعدن

أصعب من نظرائهم البلورية ولها قوة عالية. التشوهات الصغيرة (≈ 1٪) مرنة بحتة. أي أن الطاقة الممتصة لا تُفقد كطاقة تشوه ، ولكن يتم إطلاقها تمامًا عند إعادة المواد (ومن هنا ، على سبيل المثال ، في نوادي الجولف). ومع ذلك ، فان قلة الليونة تجعلها هشة: عندما تفشل المادة ، ثم فجأة وبكسر ، وليس عن طريق الانحناء ، كما هو الحال مع المعدن.

تكون مقاومة التآكل أعلى عادة من معادن التركيب الكيميائي المماثل. وذلك لأن التآكل عادة ما يهاجم حدود الحبيبات بين البلورات المفردة للمعدن ، والتي لا توجد في المواد غير المتبلورة.
هناك المعادن غير المغناطيسية وغير المغناطيسية. البعض منهم (بسبب عدم وجود عيوب بلورية) بشكل أساسي:

أفضل المواد المغناطيسية اللينة المتوفرة تجارياً: السبائك غير المتبلورة من صانعات الزجاج البورون والسليكون والفوسفور وحديد المعادن والكوبالت و / أو النيكل مغناطيسية ، عادة (أي في حالة عدم سيطرة الكوبالت) لينة المغناطيسي ، ط. H. مع انخفاض القسرية ، ولها في نفس الوقت

مقاومة كهربائية عالية (عادة ما تكون الموصلية معدنية ، ولكن بنفس الترتيب من حيث حجم المعدن المنصهر فوق نقطة الانصهار). هذا يؤدي إلى انخفاض خسائر التيار الدوامي الكهربائية ، مما يجعل المواد من المحولات مثيرة للاهتمام (انظر أدناه).

عادةً ما تنقبض المعادن التقليدية فجأة على التصلب. بما أن التصليد كزجاج ليس مرحلة انتقال من الدرجة الأولى ، فإن هذا القفزة لا تتم هنا.عندما يملأ ذوبان الزجاج المعدني القالب ، فإنه يحافظ على التصلب. هذا هو السلوك المألوف ، على سبيل المثال ، من البوليمرات والذي يوفر مزايا كبيرة في المعالجة (مثل قولبة الحقن). وبالتالي يتم وضع أعلى الآمال للأهمية المستقبلية للمعادن غير متبلورة في هذه الخاصية.

الموصلية الحرارية للمواد غير متبلورة أقل من المعدن البلوري. وحيث أن تكوين البنية غير المتبلورة يعتمد على التبريد السريع ، فإن هذا يحد من أقصى سماكة قابلة للتحقيق للبنى غير المتبلورة.

ولتحقيق تكوين بنية غير متبلورة حتى أثناء التبريد البطيء ، يجب أن تصنع السبائك من ثلاثة مكونات أو أكثر ، مما يؤدي إلى وحدات بلورية معقدة ذات طاقة محتملة أكبر وفرصة أقل للتكوين. يجب أن يكون نصف القطر الذري للمكونات مختلفًا بشكل كبير (أكثر من 12٪) ، لتحقيق كثافة تعبئة عالية وحجم حر منخفض. يجب أن يكون لمزيج المكونات مزيج من الحرارة السالبة للخلط ، مما يثبط التنوي البلوري وإطالة زمن بقاء المعدن المنصهر في حالة فائق التبريد.

تمتلك سبائك البورون والسليكون والفوسفور وغير ذلك من صناع الزجاج ذات المعادن المغناطيسية (الحديد والكوبالت والنيكل) حساسية مغناطيسية عالية ، مع انخفاض الكبح والمقاومة الكهربائية العالية. عادة يكون توصيل الزجاج المعدني من نفس مستوى الضخامة بقدر المعدن المنصهر الموجود فوق نقطة الانصهار. تؤدي المقاومة العالية إلى انخفاض الخسائر بواسطة التيارات الدوامية عندما تتعرض للحقول المغنطيسية المتناوبة ، وهي خاصية مفيدة مثل النوى المغنطيسية للمحول. كما يسهم اكتسابهم المنخفض في انخفاض الخسارة.

تمتلك المعادن غير المتبلورة نقاط قوة أعلى للشد وحدود إجهاد أعلى من السبائك المعدنية المتعددة البلورات ، ولكن مستوياتها وقوتها التعب أقل. السبائك غير المتبلورة لديها مجموعة متنوعة من الخصائص المفيدة المحتملة. على وجه الخصوص ، فإنها تميل إلى أن تكون أقوى من السبائك البلورية ذات التركيب الكيميائي المماثل ، ويمكن أن تدعم تشوهات أكبر قابلة للانعكاس (“مرنة”) من السبائك البلورية. تستمد المعادن غير المتبلورة قوتها مباشرة من تركيبها غير البلوري ، الذي لا يحتوي على أي عيوب (مثل الخلع) التي تحد من قوة السبائك البلورية. أحد المعادن غير المتبلورة الحديثة ، والمعروف باسم Vitreloy ، لديه قوة شد تصل إلى ضعف قوة التيتانيوم. ومع ذلك ، فإن الزجاج المعدني في درجة حرارة الغرفة ليس قابلاً للتوسعة ويميل إلى الفشل فجأة عندما يتم تحميله في حالة توتر ، مما يحد من إمكانية تطبيق المواد في تطبيقات الموثوقية الحرجة ، حيث أن الفشل الوشيك ليس واضحًا. ولذلك ، هناك اهتمام كبير في إنتاج مركبات مصفوفة معدنية تتكون من مصفوفة زجاجية معدنية تحتوي على جسيمات متشابكة أو ألياف لمعدن بلوري مطيل.

ولعل الخاصية الأكثر فائدة من السبائك غير المتبلورة هي أنها نظارات حقيقية ، مما يعني أنها تنضح وتدفق عند التسخين. وهذا يسمح بمعالجة سهلة ، مثل قولبة الحقن ، بنفس الطريقة مثل البوليمرات. ونتيجة لذلك ، تم تسويق السبائك غير المتبلورة للاستخدام في المعدات الرياضية والأجهزة الطبية وكحالات للمعدات الإلكترونية.

يمكن ترسيب أفلام رقيقة من المعادن غير المتبلورة عبر تقنية وقود الأوكسجين عالية السرعة كطلاءات واقية.

إنتاج من الذوبان

مبدأ الديناميكا الحرارية
كما هو الحال في حالة زجاج السيليكا ، فإن سبيكة المنصهر ، المبردة إلى الحالة الصلبة ، تكون غير متبلرة فقط إذا كانت درجة حرارة الذوبان T _f قد مرت بسرعة كافية بحيث أن الذرات المكونة للسبيكة ليس لديها الوقت للتنظيم وفقًا لبنية بلورية. . أي أن السائل يجب تبريده بسرعة أعلى من السرعة الحرجة R _c بحيث يتم الوصول إلى درجات الحرارة تحت T _f دون أن يكون السائل قد تم ترسيخه.

وينتج عن ذلك استمرار تباين كمية ديناميكية حرارية مثل الحجم الذي تشغله هذه المرحلة (بالحفاظ على الضغط المستمر) أو إحدى الوظائف الديناميكية الحرارية للمولنولار ، مثل المحتوى الحراري H ، على سبيل المثال ، دون أي تغيير في المنحدر عند النقطة T _f . كان من الممكن أن يؤدي التبلور إلى انقطاع لهذه الكميات ، وتغير منحدرها على الرسم البياني (V ، T) أو (H ، T).

بعد مرور T _f ، تكون المادة في حالة متبدلة تسمى سائل مبرد supercooled ؛ لا يزال سائلًا ، ولكن لزوجته تزداد بسرعة مع انخفاض درجة حرارتها.

من خلال الاستمرار في خفض درجة الحرارة ، يتجمد السائل إلى مادة صلبة غير متبلرة حيث تكون للذرات منظمة مضطربة تشبه تلك التي لديها في السائل الفائق التبريد.

وينتج مرور سائل فائق التبريد إلى صلب غير متبلور في مخطط (V، T) أو (H، T) عن طريق كسر ميل المنحنى عند النقطة T _g (درجة حرارة انتقال زجاجية) ، دون انقطاع في الحجم المحدد أو المحتوى الحراري . إذا ، عند تركه في درجة حرارة ثابتة ، يمكن أن يتبلور السائل المفلور في أزمان يمكن ملاحظتها ، لم يعد هذا هو حال المادة الصلبة غير المتبلورة.

كل هذا يجعل التشابه بين الزجاج المعدني وزجاج السيليكا. والفرق الرئيسي بين هذين النوعين من المواد من وجهة نظر الحصول عليها هو سرعة التبريد الحرجة R _c التي تعتمد على تركيبة السائل المراد تبريده. إذا كان زجاج _{C ،} منخفضًا بما يكفي لعمل وتشكيل عجينة الزجاج لفترة طويلة ، فللمعادن ميلًا كبيرًا جدًا للتبلور وأول سبائك غير متبلورة تم الحصول عليها من أجل ثنائي Au ₂₀ Si ₂₀ يتطلب درجة حرارة عالية في 10 ⁶ ك / ث

هذا الاختلاف في سرعة التبريد الحرجة يعني أن الطرق المستخدمة والأجزاء التي تم الحصول عليها لهذه المواد تختلف اختلافاً جذرياً.

اعداد السبائك
لتكوين سبيكة معين ، يتم تعيين معدل التبريد الحرج R c ؛ انها تختلف من سبيكة واحدة إلى أخرى. بالنسبة للعديد من التركيبات ، لا توجد طريقة حالية تجعل من الممكن الحصول على مادة صلبة غير متبلورة من الحالة المنصهرة. ومع ذلك ، تم ذكر القواعد التجريبية من قبل Akihisa Inoue التي توفر معايير للتحقق من وجود قدرة أفضل على تشكيل مادة صلبة غير متبلورة. هذه القواعد تقول:

يجب أن تتكون السبيكة من عدة مكونات (ثلاثة عناصر على الأقل وفي كثير من الأحيان خمسة عناصر أو أكثر) ؛
يجب أن يكون للعناصر الرئيسية للسبائك اختلاف في الأحجام الذرية بما لا يقل عن 12٪ ؛
يجب أن تكون مخططات المرحلة الثنائية والثالثة للعناصر المكونة لها خاصية انصهامية عميقة ، مما يشير إلى حركة ذرية أبطأ في سبيكة.
يجب أن تكون طاقة الخلط بين العناصر الرئيسية سالبة.

هذه القواعد هي نتيجة للملاحظات التجريبية للاتجاهات ومع ذلك يجب النظر بحذر: في الواقع ، يمكن لتغيير بسيط في تكوين سبيكة ، وليس تغيير احترام قواعد اينو تغيير القدرة على تشكيل المواد الصلبة غير متبلورة بشكل كبير.

يمكن تقييم القدرة على تشكيل مادة صلبة غير متبلورة على سبيل المثال من خلال اتساع نطاق درجة الحرارة للمنطقة السائلة فائقة التبريد. ومع ازديادها ، ينخفض ​​معدل التبريد الحرج R R ، مما يجعل من الممكن تصنيع مادة صلبة غير متبلورة مع تبريد أقل سرعة ، تحت ظروف أقل شدة وبسماكة أكبر. نظرًا لصعوبة تحسين تقنيات التبريد وتقليل معدل التبريد من خلال انتشار الحرارة في العينة نفسها ، فإن الاستكشاف المنهجي أحيانًا لتركيبات السبائك للحصول على قدرات كبيرة لتكوين مواد صلبة غير متبلرة هو مجال نشط جدًا للبحث.

أساليب التبريد
وبمجرد تطوير سبيكة ، فإن طريقة التبريد تفسر بشكل كبير الشكل النهائي للأجسام المنتجة: حيث يتجمد السائل أثناء التبريد ، وتصعب عملية تشكيل هذه المواد الهشة. ومع ذلك ، يمكن تسخين المادة غير المتبلورة مرة واحدة ، إذا كان لديها مساحة كبيرة من سائل فائق التبريد ، يمكن تسخينها حتى درجات الحرارة هذه وبعد ذلك لها خصائص بلاستيكية مثيرة للتشكيل.

التبريد على عجلة القيادة
غزل الذوبان هو طريقة تستخدم منذ بداية السبائك المعدنية غير المتبلورة. إنه يجعل من الممكن الحصول على سرعات إخماد عالية جداً عن طريق ملامسة أسطوانة معدنية مبردة ، وعن طريق إنتاج عينات رقيقة (حوالي 10 ميكرو متر). هذا يعطي hypertrempe (10 ^{^ 6} ك / ث). وبالتالي ، يمكن إنتاج شرائط طويلة بطريقة صناعية ، إذا ما تم طحنها ولفها ، فابحث عن التطبيق كنواة مغنطيسية للمحول.

صب في قالب تبريد
إنها ببساطة مسألة حقن أو ترك تدفق المعدن السائل في قالب معدني وهو موصل جيد للحرارة المبردة ، على سبيل المثال بواسطة دائرة تبريد المياه. وهذا يجعل من الممكن إنتاج عينات من الزجاج المعدني الصلب ، شريطة أن يكون حجم العينة المرغوبة متفقًا مع تركيبة السبيكة المستخدمة.
ونظرا لصعوبة تصنيع قطع من الزجاج المعدني بسبب هشاشتها العظيمة ، سيكون شكل القالب هو شكل العينة النهائية. النماذج المستخدمة هي عموما قضبان أو لوحات.

تسقيه بالماء
يمكن أيضًا إطلاق السائل في خزان سائل بارد ، مثل الماء البارد. ثم يتم الحصول على حبات صلبة غير متبلورة.

طرق الإنتاج الأخرى

الخصائص الميكانيكية
في درجة حرارة الغرفة ، تحتوي النظارات المعدنية على قوى تكسير عالية جدًا (تصل إلى أكثر من 2 جيغا للنظارات المستندة إلى Zr) المرتبطة بتشوهات مرنة مهمة (بنسبة 2٪). بشكل عام ، تظهر بشكل عام سلوكًا هشًا (تمزق بدون تشوه سابق للبلاستيك) ، لكن المرء يشير إلى وجود أشرطة القص ، التي تميز النشاط البلاستيكي المحلي ، وبالتالي ، فإن هذا النمط من التشوه يسمى الوضع غير المتجانس. هذه القدرة على تشويه البلاستيك المحلي هو السبب في أن هذه السبائك التقليدية لديها مقاومة جيدة للصدمات والتكسير. على عكس نظائرها البلورية ، فإن اللدونة من السبائك المعدنية غير المتبلورة حساسة للضغط: في الفلزات البلورية غير متبلورة ، اللدنة مستحثة بواسطة القص ، ولكن في البلورات لا يؤثر الضغط التضاغطي على اللدونة في غير متبلور ، فإنه يقلل.
عند درجة الحرارة المرتفعة (T> 0.8T g) يمكن أن تتبع المادة نمطًا متجانسًا من التشوه ، والذي تختفي فيه أجزاء القص بالكامل ، وتشارك جميع المواد في التشوه. يمكن للزجاج الخضوع في هذا الوضع هناك تشوهات تصل إلى أكثر من 10 000 ٪ في الجر.

انتشار في النظارات المعدنية
تحتوي المواد البلورية على وضعين رئيسيين للانتشار: انتشار نمط الفجوة ، والذي يحدث للذرات على مواقع الشبكة ؛ وفي هذه الحالة ، يمكن أن تنتقل الذرات الصغيرة الموجودة بين مواقع الشبكة البلورية من خلال القفز بين ذرات الشبكة. في حالة المواد غير المتبلورة ، يكون الوضع أقل وضوحا بسبب غياب الشبكة البلورية.

من الناحية التجريبية ، فيما يتعلق بالنظارات المعدنية ، لوحظ حدوث تغيير في الانحدار في نظام الانتشار أثناء انتقال الانتقال الزجاجي ، ينتج عنه اعتماد أصغر لمعامل الانتشار على درجة الحرارة الزجاجية ، وبذلك يصبح المعامل أعلى مما سيكون عليه تتنبأ بالاستقراء من قيم السائل فائقة التبريد.

الاسترخاء الهيكلي
عندما يتم الاحتفاظ بكوب عند درجة حرارة T <Tg ، فإنه يظهر ظاهرة الاسترخاء البنيوي. يخضع الزجاج لعمليات إعادة ترتيب ذرية تميل إلى جعل درجة الحرارة الوهمية أقرب إلى درجة حرارة المعالجة المتساوية. وبالتالي ، فإن كثافة الزجاج تميل إلى الزيادة. أظهر Russew و Sommer أنه في حالة النظارات المستندة إلى Pd ، يمكن أن يصل هذا الاختلاف في الكثافة إلى حوالي 0.2٪.
هذا الاختلاف في الكثافة تم تأكيده بواسطة قياسات فترة الحياة في البوزيترون (PAS Positron Avultive) على درجات Zr الأساسية.يمكن اتباع الاسترخاء الإنشائي بتجارب حيود الأشعة السينية التي تظهر وجود آليتين مرتبطتين بالاسترخاء الهيكلي: الحركات الذرية الشعاعية التي تميل إلى زيادة كثافة الزجاج (ترتيب طوبولوجي قصير المدى أو TSRO) والحركات المحلية التي تزيد من ترتيب الاختزال الكيميائي (CSRO) ولكن ترك دون تغيير الكثافة.

ويرافق الزيادة في الكثافة زيادة في معامل يانج 21 والتي يمكن أن تصل إلى 10٪ في حالة أشرطة غير مستندة على أساس Pd. ينتج عن الاسترخاء الإنشائي اختلاف في المحتوى الحراري المرتبط بالتحويل الزجاجي المقاس بواسطة DSC ، يتناسب طرديًا مع اختلاف الكثافة.

خصائص فيزيائية مختلفة
العدسات المعدنية لديها مجموعة استثنائية من الخصائص: مقاومة للتآكل والكشط ، المغناطيسية اللينة بشكل استثنائي ، قوة عالية للغاية ، إمكانية التنسيق ، توافق مع الحياة. بدأ تسويقها في العقود القليلة الماضية على شكل شريط ، أو محولات ، أو تعزيزات من الخرسانة المسلحة ، وفي السنوات الأخيرة لنظارات ضخمة ، مثل السلع الرياضية (مضارب التنس ، نوادي الجولف ، مضرب البيسبول) ، عناصر عالية الدقة الإلكترونية ولكن هذه المواد باهظة الثمن ، فهي تستهدف بشكل رئيسي القطاعات ذات القيمة المضافة العالية (الطبية والعسكرية والفخمة …) أو قطاع الميكانيكا الدقيقة التي يصبح سعر المادة فيها ضئيلًا مقارنة بتكلفة عملية التصنيع.

تطبيقات
حاليا هو أهم تطبيق يرجع إلى الخصائص المغناطيسية الخاصة لبعض النظارات المعدنية المغناطيسية. يتم استخدام فقدان المغنطة المنخفضة في المحولات ذات الكفاءة العالية (محولات المعادن غير المتبلورة) بتردد الخط وبعض المحولات ذات التردد العالي. الفولاذ غير المتبلور هو مادة هشة للغاية مما يجعل من الصعب لكمة في رقائق السيارات. كما أن المراقبة الإلكترونية للمقال (مثل علامات الهوية السلبية للسيطرة على السرقة) تستخدم غالباً نظارات معدنية بسبب هذه الخصائص المغناطيسية.

وتبدي المعادن غير المتبلورة سلوكًا فريدًا للتليين أعلى من انتقالها الزجاجي ، وقد تم استكشاف هذا التليين بشكل متزايد لتشكيل الزجاج الحراري للنظارات المعدنية. وتسمح درجة الحرارة المنخفضة للتليين بتطوير طرق بسيطة لصنع مركبات من الجسيمات النانوية (مثل الأنابيب النانوية الكربونية) و BMGs. وقد ثبت أن النظارات المعدنية يمكن أن تكون منقوشة على جداول طول صغيرة للغاية تتراوح من 10 نانومتر إلى عدة مليمترات. هذا قد يحل مشاكل الطباعة الحجرية بالغة الصغر حيث تنفجر بسهولة قوالب النانو عالية التكلفة المصنوعة من السيليكون.إن قوالب النانو المصنوعة من الزجاج المعدني سهلة التشكيل وأكثر دواما من قوالب السليكون. إن الخصائص الإلكترونية والحرارية والميكانيكية المتفوقة لمقاييس BMG مقارنة بالبوليمرات تجعلها خيارًا جيدًا لتطوير الأنابيب النانوية للتطبيقات الإلكترونية مثل أجهزة إرسال الإلكترونات الميدانية.

تم استخدام النظارات المعدنية التقليدية ، والتي يمكن إنتاجها بشكل رخيص نسبياً كأشرطة رقيقة ، منذ الثمانينات بشكل رئيسي في المجالات التالية لتطبيق الهندسة الكهربائية بسبب خصائصها المغناطيسية اللينة الخاصة:

كما النوى لأجهزة الاستشعار (محول الحالي ، FI التبديل).
كنواة للمحولات مع خسائر منخفضة في التحميل. وتستخدم هذه في المقام الأول في الولايات المتحدة الأمريكية.
في العلامات الأمنية التوافقية و acoustomagnetic.

تتميز النظارات المعدنية الصلبة بمزيج فريد من خواص المواد ولكنها غالية الثمن نسبيًا. ولذلك فهي تستخدم أساسا في المواد الفاخرة أو التطبيقات ذات التقنية العالية (أيضا في القطاع العسكري) ، حيث يلعب السعر المرتفع دورا ثانويا. تتنافس النظارات المعدنية الضخمة المتوفرة تجاريًا في الغالب مع التيتانيوم. شركة بايونير هي شركة Liquidmetal Technologies ، التي تقدم بشكل أساسي نظارة تعتمد على الزركونيوم. مزيد من الموردين التجاريين للزجاج المعدني الضخم هي YKK و Advanced Metal Technology.

Ti ₄₀ Cu ₃₆ Pd ₁₄ يعتقد أن Zr ₁₀ غير مسرطنة ، وهو أقوى بثلاث مرات من التيتانيوم ، ويقارن معامل المرونة مع العظام تقريبًا. لديها مقاومة التآكل العالية ولا تنتج مسحوق التآكل. سبائك لا يخضع الانكماش على التصلب. يمكن إنشاء بنية سطحية قابلة للحفظ بيولوجياً عن طريق تعديل السطح باستخدام نبضات ليزر ، مما يسمح بالالتحاق بشكل أفضل بالعظام.

يتم التحقيق في Mg ₆₀ Zn ₃₅ Ca ₅ ، الذي تم تبريده بسرعة لتحقيق بنية غير متبلرة ، في جامعة Lehigh ، كمادة حيوية للزرع في العظام كمسامير أو دبابيس أو ألواح ، لإصلاح الكسور. على عكس الفولاذ التقليدي أو التيتانيوم ، تذوب هذه المادة في الكائنات الحية بمعدل 1 مليمتر تقريبًا في الشهر ويتم استبدالها بأنسجة عظمية. هذه السرعة يمكن تعديلها عن طريق تغيير محتوى الزنك.

الفضاء
مع ارتفاع أسعار المواد غير الهامة في هذه المناطق بسبب أولوية التكلفة العالية والسلامة بشكل عام ، يعتبر الزجاج المعدني في كل مكان حيث تلعب خصائصه الفريدة دورًا. تم تصنيع أجزاء من مجمعات الرياح الشمسية من مسبار البحث Genesis من فلز غير متبلور.

الانتهاء من المواد للتطبيقات الصناعية
يمكن جعل الخصائص السطحية للمواد التقليدية أكثر صلابة وأكثر مقاومة وأكثر مقاومة للتآكل من خلال طلاء مع المعادن غير المتبلورة (مثال تجاري: طلاء Liquidmetal-Armacor).

دواء
تتوفر بالفعل (خاصة العينية) مشرط مصنوعة من معدن غير متبلور ، والتي هي بسبب صلابة كبيرة أكثر وضوحا من تلك المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والاحتفاظ بها حدة أطول. نظرا للتوافق مع الحياة ، قوة عالية ووزن منخفض نسبيا ومقاومة للارتداء ، ويجري النظر في يزرع الجراحية.

الجيش
العديد من المشاريع التنموية ، لا سيما تلك التابعة لوزارة الدفاع الأمريكية ، تختبر استخدام المعادن غير المتبلورة لتطبيقات مختلفة. فعلى سبيل المثال ، من المتوقع أن تحل النظارات المعدنية المصنوعة من التنغستن محل السبائك التقليدية للتنغستن واليورانيوم المستنفد في موازين رصاص خارقة للدروع بسبب صلابتها العالية وسلوكها الذاتي. في مجال الطيران العسكري ، يقال إن الطلاء المعدني اللابلوري يزيد من الصلابة والمقاومة للتآكل من المعادن الخفيفة مثل الألمنيوم والتيتانيوم.

مجوهرات
تصنع بعض النظارات المعدنية من معادن ثمينة (مثل البلاتين) ، ولكنها أصعب بكثير من هذه ، وبالتالي لا تخدش. بالإضافة إلى ذلك ، تتيح خيارات المعالجة الخاصة إنتاج أشكال يصعب تحقيقها مع المعادن التقليدية.

مقالات رياضية وترفيهية
كانت نوادي الجولف واحدة من أوائل المنتجات المعدنية غير المتبلورة في عام 1998 وكانت تستخدمها شركة Liquidmetal لإطلاق المواد في حملات إعلانية واسعة النطاق (بما في ذلك PGA Tour محترفاً في لعبة الجولف بول أزينجر). تستفيد نوادي الجولف قبل كل شيء من مرونة لا مثيل لها للمعادن غير المتبلورة. في التطوير (على الرغم من أنه لم يتم تسويقها بعد) هي مضارب التنس والبيسبول ، ومعدات الصيد ، والزحافات ، وألواح التزحلق على الثلج ، والدراجات الهوائية ، والبنادق الرياضية.

مستهلكى الكترونيات
وقد أدى السطح الملساء المتلألئ والمقاوم للخدش من العدسات المعدنية إلى استخدام حالات الهواتف النقالة الحصرية ومشغلات MP3 وعصي USB. قوة عالية (أفضل من التيتانيوم) يسمح سماكة جدار أرق ، وبالتالي وزن أقل وحتى تصغير أكثر. تسمح عملية حقن الحقن بمزيد من الحرية في التصميم ومعالجة أرخص من الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم الذي يحتاج إلى تزوير. مفصلات الهاتف المحمول اللذيذة ، حيث تهاجم القوى الكبيرة أصغر المكونات ، تستفيد من الخصائص الميكانيكية المتفوقة للنظارات المعدنية.
يتم وضع توقعات عالية على الفولاذ غير متبلور إذا أصبحت جاهزة للسوق. وعلى النقيض من النظارات المعدنية المتداولة بالفعل ، فإن تكاليف المواد ستكون منخفضة بما يكفي لجعلها مادة هيكلية كاملة مناسبة للمكونات الأكبر. في حالة حل المشاكل التقنية الحالية ، يصبح الفولاذ اللابلوري جاهزًا للسوق ، على وجه الخصوص ، يتنافس مع التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ ونقاط التسجيل بمقاومتها للتآكل الأعلى وقابلية معالجة أفضل.

النمذجة والنظرية
وقد تم تصميم النظارات المعدنية السائبة (BMGs) باستخدام نماذج محاكاة ذرية (ضمن إطار النظرية الوظيفية للكثافة) بطريقة مشابهة لسبائك الأنتروبي عالية. وقد أتاح هذا التنبؤات بشأن سلوكهم واستقرارهم والعديد من الخصائص الأخرى. على هذا النحو ، يمكن اختبار أنظمة BMG الجديدة ، وأنظمة مصممة ؛ تناسب لغرض معين (على سبيل المثال ، استبدال العظام أو مكون محرك الهوائي) دون البحث التجريبي لمساحة الطور والتجربة والخطأ التجريبي.