Metal amorfo

Um metal amorfo (também conhecido como vidro metálico ou metal vítreo) é um material metálico sólido, geralmente uma liga, com estrutura desordenada em escala atômica. A maioria dos metais é cristalina em seu estado sólido, o que significa que eles têm um arranjo altamente ordenado de átomos. Os metais amorfos são não cristalinos e possuem uma estrutura semelhante a vidro. Mas, ao contrário dos óculos comuns, como vidro de janela, que normalmente são isoladores elétricos, os metais amorfos têm boa condutividade elétrica. Existem várias maneiras pelas quais os metais amorfos podem ser produzidos, incluindo resfriamento extremamente rápido, deposição de vapor físico, reação de estado sólido, irradiação de íons e ligas mecânicas.

No passado, pequenos lotes de metais amorfos foram produzidos através de uma variedade de métodos de resfriamento rápido. Por exemplo, fitas de metal amorfas foram produzidas por pulverização de metal fundido sobre um disco de metal giratório (fiação por fusão). O resfriamento rápido, da ordem de milhões de graus Celsius por segundo, é muito rápido para a formação de cristais e o material é “trancado” em um estado vítreo. Mais recentemente, um número de ligas com taxas de resfriamento críticas baixas o suficiente para permitir a formação de estrutura amorfa em camadas espessas (mais de 1 milímetro) foram produzidas; Estes são conhecidos como bulk metallic glasses (BMG). Mais recentemente, lotes de aço amorfo com três vezes a força de ligas de aço convencionais foram produzidos.

História
O primeiro vidro metálico relatado foi uma liga (Au 75 Si 25 ) produzida na Caltech por W. Klement (Jr.), Willens e Duwez em 1960. Esta e outras ligas de formação de vidro precoces tiveram que ser resfriadas com extrema rapidez (na ordem). de um megakelvin por segundo, 106 K / s) para evitar a cristalização. Uma conseqüência importante disso foi que os vidros metálicos só podiam ser produzidos em um número limitado de formas (normalmente fitas, folhas ou fios) nos quais uma dimensão era pequena para que o calor pudesse ser extraído com rapidez suficiente para atingir a taxa de resfriamento necessária. Como resultado, as amostras de vidro metálico (com algumas exceções) foram limitadas a espessuras inferiores a cem micrômetros.

Em 1969, uma liga de 77,5% de paládio, 6% de cobre e 16,5% de silício apresentou taxa de resfriamento crítica entre 100 e 1000 K / s.

Em 1976, H. Liebermann e C. Graham desenvolveram um novo método de fabricação de fitas finas de metal amorfo em uma roda de rotação rápida super-resfriada. Esta era uma liga de ferro, níquel, fósforo e boro. O material, conhecido como Metglas, foi comercializado no início dos anos 80 e é usado para transformadores de distribuição de energia de baixa perda (Transformador de metal amorfo). Metglas-2605 é composto de 80% de ferro e 20% de boro, tem temperatura Curie de 373 ° C e uma magnetização de saturação de 1,56 teslas em temperatura ambiente.

No início dos anos 80, os lingotes vítreos com 5 mm de diâmetro foram produzidos a partir da liga de 55% de paládio, 22,5% de chumbo e 22,5% de antimônio, por ataque de superfície seguido de ciclos de aquecimento e resfriamento. Usando o fluxo de óxido de boro, a espessura alcançável foi aumentada para um centímetro.

Pesquisa na Universidade de Tohoku e Caltech rendeu ligas multicomponentes baseadas em lantânio, magnésio, zircônio, paládio, ferro, cobre e titânio, com taxa de resfriamento crítico entre 1 K / sa 100 K / s, comparável aos vidros de óxido.
Em 1988, descobriu-se que as ligas de minério de lantânio, alumínio e cobre eram altamente formadoras de vidro. Os vidros metálicos à base de Al contendo Scandium exibiam uma resistência mecânica à tração do tipo recorde de cerca de 1500 MPa.

Na década de 1990, foram desenvolvidas novas ligas que formam vidros a taxas de resfriamento tão baixas quanto um kelvin por segundo. Essas taxas de resfriamento podem ser obtidas por simples vazamento em moldes metálicos. Estas ligas amorfas “a granel” podem ser fundidas em partes de até vários centímetros de espessura (a espessura máxima dependendo da liga) enquanto retêm uma estrutura amorfa. As melhores ligas de formação de vidro são baseadas em zircônio e paládio, mas ligas à base de ferro, titânio, cobre, magnésio e outros metais também são conhecidas. Muitas ligas amorfas são formadas pela exploração de um fenômeno chamado efeito “confusão”. Tais ligas contêm tantos elementos diferentes (geralmente quatro ou mais) que ao resfriar em taxas suficientemente rápidas, os átomos constituintes simplesmente não conseguem se coordenar no estado cristalino de equilíbrio antes que sua mobilidade seja interrompida. Desta forma, o estado aleatório desordenado dos átomos é “bloqueado”.

Em 1992, a liga comercial amorfa, Vitreloy 1 (41,2% Zr, 13,8% Ti, 12,5% Cu, 10% Ni e 22,5% Be), foi desenvolvida na Caltech, como parte do Departamento de Energia e pesquisa da NASA de novos materiais aeroespaciais. Mais variantes seguidas.
Em 2004, o aço amorfo a granel foi produzido com sucesso por dois grupos: um no Oak Ridge National Laboratory, que se refere ao seu produto como “aço vítreo” e o outro na Universidade da Virgínia, chamando-o de “DARVA-Glass 101”. O produto é não magnético à temperatura ambiente e significativamente mais forte que o aço convencional, embora um longo processo de pesquisa e desenvolvimento permaneça antes da introdução do material em uso público ou militar.

Em 2018, uma equipe do Laboratório Nacional de Aceleradores do SLAC, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e a Northwestern University relataram o uso de inteligência artificial para prever e avaliar amostras de 20.000 ligas de vidro metálicas provavelmente diferentes em um ano. Seus métodos prometem acelerar a pesquisa e o tempo de comercialização de novas ligas de metais amorfos.

Construção e Produção
Óculos são materiais sólidos sem estrutura cristalina. Ou seja, os átomos não formam uma rede, mas estão dispostos aleatoriamente à primeira vista: não há distância, mas no máximo uma ordem próxima, essa estrutura é chamada amorfa.

Como todos os vidros, os metais amorfos são criados impedindo a cristalização natural. Isso pode ser feito, por exemplo, pelo resfriamento rápido (“resfriamento”) do material fundido, de modo que os átomos sejam roubados da mobilidade antes de poderem tomar o arranjo de cristal. No entanto, isso é particularmente difícil para os metais, uma vez que requer taxas de resfriamento exageradamente altas na maioria dos casos devido a seus mecanismos de ligação especiais. Com metais que consistem em apenas um elemento, é até mesmo impossível produzir um vidro metálico, porque a mobilidade dos átomos até baixas temperaturas é tão alta que eles sempre cristalizam. Apenas ligas de pelo menos dois metais que são amorfisáveis ​​são conhecidas (por exemplo, AuIn 2 ). Mais comuns são as ligas amorfas de apenas um metal Fe – e o chamado “formador de vidro”. B. Boro ou fósforo, como na composição Fe 4 B .. Os metais amorfos tecnicamente relevantes são, até hoje, apenas ligas especiais (geralmente próximas ao ponto eutético) de vários elementos para os quais a taxa de resfriamento necessária é tecnicamente alcançável. Isto foi até 10 6 K / s para os primeiros óculos metálicos. (Para comparação: no caso dos silicatos, uma taxa de resfriamento de cerca de 0,1 K / s é suficiente para evitar a cristalização, mas se eles pudessem esfriar devagar o suficiente, eles também se cristalizariam.)

A condutividade térmica coloca um limite físico no resfriamento rápido: não importa quão rapidamente a temperatura ambiente seja abaixada, o calor deve ser transportado do interior do material para a superfície externa. Isso significa que, dependendo da taxa de resfriamento necessária e da condutividade térmica, apenas uma certa espessura da amostra pode ser obtida.Um método é o resfriamento rápido entre rolos giratórios de cobre (derretimento da fiação). Isto é simples e barato, mas só permite a produção de tiras finas e fios.

Camadas finas amorfas e bandas amorfas também podem ser obtidas por deposição química a vapor ou deposição por pulverização.

Há apenas alguns anos, são conhecidos vidros metálicos maciços (em inglês: Bulk metallic glasses), que permitem espessuras de material de mais de um milímetro (um limite escolhido arbitrariamente). As expectativas para essa nova classe de materiais são altas, apesar de terem sido pouco usadas até o momento. Eles geralmente consistem em cinco ou mais elementos diferentes, com geralmente três tamanhos atômicos fundamentalmente diferentes são representados. As estruturas cristalinas resultantes são tão complexas que até mesmo taxas de resfriamento de alguns Kelvin por segundo são suficientes para suprimir a cristalização. As espessuras atingíveis são actualmente de um a dois centímetros, pelo que apenas as ligas com componentes muito caros (por exemplo, zircónio, ítrio ou platina) atingem 25 milímetros. Sobre esta marca vem apenas o PdCuNiP, que detém desde 1997 um registro solitário de mais de sete centímetros. Como há uma fração molar de 40% de paládio, o preço é muito alto.

Propriedades
O metal amorfo é geralmente uma liga em vez de um metal puro. As ligas contêm átomos de tamanhos significativamente diferentes, levando a um baixo volume livre (e, portanto, até maior grau de viscosidade do que outros metais e ligas) no estado fundido. A viscosidade evita que os átomos se movam o suficiente para formar uma rede ordenada. A estrutura do material também resulta em baixo encolhimento durante o resfriamento e resistência à deformação plástica. A ausência de limites de grãos, os pontos fracos dos materiais cristalinos, leva a uma melhor resistência ao desgaste e à corrosão. Os metais amorfos, embora tecnicamente os óculos, também são muito mais resistentes e menos frágeis que os vidros e cerâmicas de óxido.

Metal amorfo são

mais difícil do que suas contrapartes cristalinas e têm alta resistência. Pequenas deformações (≈ 1%) são puramente elásticas. Ou seja, a energia absorvida não é perdida como uma energia de deformação, mas é totalmente liberada quando o material é devolvido (por exemplo, em tacos de golfe). No entanto, a falta de ductilidade também os torna frágeis: quando o material falha, de repente e quebrando, não curvando-se, como acontece com um metal.

A resistência à corrosão é geralmente maior do que para metais de composição química comparável. Isso ocorre porque a corrosão geralmente ataca os limites de grão entre os cristalitos únicos de um metal, o que não existe em materiais amorfos.
Existem metais amorfos magnéticos e não-magnéticos. Alguns deles são (essencialmente por causa da falta de defeitos de cristal):

Os Melhores Materiais Magnéticos Suaves Comercialmente Disponíveis: As ligas amorfas dos formadores de vidro boro, silício e fósforo e os metais ferro, cobalto e / ou níquel são magnéticos, normalmente (isto é, no caso de não-dominância de cobalto) magnético, i. H. com baixa coercividade, e ao mesmo tempo

uma alta resistência elétrica (geralmente a condutividade é metálica, mas da mesma ordem de grandeza que os metais fundidos logo acima do ponto de fusão). Isso leva a baixas perdas de corrente elétrica, o que torna os materiais dos transformadores interessantes (veja abaixo).

Metais convencionais tipicamente se contraem repentinamente na solidificação. Como a solidificação como um vidro não é uma transição de fase de primeira ordem, esse salto de volume não ocorre aqui. Quando o derretimento de um vidro metálico preenche um molde, ele o mantém na solidificação. Este é um comportamento que é familiar, por exemplo, a partir de polímeros e que oferece grandes vantagens no processamento (por exemplo, moldagem por injeção). As maiores esperanças para o futuro significado dos metais amorfos são assim colocadas nessa propriedade.

A condutividade térmica de materiais amorfos é menor que a do metal cristalino. Como a formação da estrutura amorfa depende do resfriamento rápido, isso limita a espessura máxima possível de estruturas amorfas.

Para conseguir a formação da estrutura amorfa mesmo durante o resfriamento mais lento, a liga deve ser feita de três ou mais componentes, levando a unidades complexas de cristal com maior energia potencial e menor chance de formação. O raio atômico dos componentes tem que ser significativamente diferente (acima de 12%), para alcançar alta densidade de empacotamento e baixo volume livre. A combinação de componentes deve ter um calor negativo de mistura, inibindo a nucleação de cristal e prolongando o tempo em que o metal fundido permanece no estado de super-resfriamento.

As ligas de boro, silício, fósforo e outros formadores de vidro com metais magnéticos (ferro, cobalto, níquel) apresentam alta susceptibilidade magnética, com baixa coercividade e alta resistência elétrica. Normalmente, a condutividade de um vidro metálico é da mesma ordem de magnitude de um metal fundido logo acima do ponto de fusão. A alta resistência leva a baixas perdas por correntes parasitas quando submetidas a campos magnéticos alternados, uma propriedade útil para, por exemplo, núcleos magnéticos de transformadores. Sua baixa coercividade também contribui para baixas perdas.

Os metais amorfos têm maior resistência à tração e maiores limites de deformação elástica do que as ligas metálicas policristalinas, mas suas ductilidades e resistência à fadiga são menores. Ligas amorfas têm uma variedade de propriedades potencialmente úteis. Em particular, eles tendem a ser mais fortes do que as ligas cristalinas de composição química similar, e podem sustentar deformações reversíveis (“elásticas”) maiores que as ligas cristalinas. Os metais amorfos derivam sua força diretamente de sua estrutura não cristalina, que não possui nenhum dos defeitos (como deslocamentos) que limitam a resistência das ligas cristalinas. Um moderno metal amorfo, conhecido como Vitreloy, tem uma resistência à tração que é quase o dobro do titânio de alta qualidade. No entanto, os vidros metálicos à temperatura ambiente não são dúcteis e tendem a falhar de repente quando carregados em tensão, o que limita a aplicabilidade do material em aplicações críticas de confiabilidade, já que a falha iminente não é evidente. Portanto, existe um interesse considerável na produção de compósitos com matriz de metal consistindo de uma matriz de vidro metálico contendo partículas dendríticas ou fibras de um metal cristalino dúctil.

Talvez a propriedade mais útil das ligas amorfas a granel é que elas são verdadeiras lentes, o que significa que elas amaciam e fluem com o aquecimento. Isso permite um processamento fácil, como por moldagem por injeção, da mesma maneira que os polímeros. Como resultado, ligas amorfas foram comercializadas para uso em equipamentos esportivos, dispositivos médicos e, como casos, para equipamentos eletrônicos.

Filmes finos de metais amorfos podem ser depositados através da técnica de combustível de oxigênio de alta velocidade como revestimentos de proteção.

Produção do Derretimento

Princípio Termodinâmico
Como no caso do vidro de sílica, a liga fundida, resfriada ao estado sólido, será amorfa somente se a temperatura de fusão T f tiver passado suficientemente rápido para que os átomos constituintes da liga não tenham tempo de se organizar de acordo com uma estrutura cristalina . Isto é, o líquido deve ser arrefecido a uma velocidade acima de uma velocidade critica Rc tal que as temperaturas abaixo de Tf sejam atingidas sem o líquido ter solidificado.

Isso resulta na continuidade da variação de uma quantidade termodinâmica, como o volume ocupado por essa fase (mantendo a pressão constante) ou uma das funções termodinâmicas da energia molar, como a entalpia H, por exemplo, sem qualquer alteração na inclinação. ponto T f .Uma cristalização levaria a uma descontinuidade para essas quantidades e a uma mudança de inclinação em um diagrama (V, T) ou (H, T).

Após a passagem de Tf , o material está em um estado metaestável chamado líquido super-resfriado; ainda é líquido, mas sua viscosidade aumenta rapidamente com a diminuição de sua temperatura.

Continuando a baixar a temperatura, o líquido congela em um sólido amorfo, onde os átomos têm uma organização desordenada semelhante à que tinham no líquido super-resfriado.

A passagem de líquido super-resfriado para sólido amorfo resulta em um diagrama (V, T) ou (H, T) quebrando a inclinação da curva no ponto Tg (temperatura de transição vítrea), sem descontinuidade do volume específico ou de entalpia . Se, deixado a temperatura constante, o líquido super-resfriado pode cristalizar em tempos observáveis, este não é mais o caso do sólido amorfo.

Tudo isso faz a semelhança entre o vidro metálico e o vidro de sílica. A principal diferença entre estes dois tipos de materiais, do ponto de vista da sua obtenção, é a velocidade crítica de extinção Rc, que depende da composição do líquido a ser arrefecido. Se para o vidro de sílica, Rc é baixo o suficiente para trabalhar e moldar a pasta de vidro por um longo tempo, os metais têm uma propensão muito alta para cristalizar e as primeiras ligas amorfas obtidas para o binário Au 80 Si 20requerem uma hiperemperatura em 10 6 K / s

Essa diferença na velocidade de resfriamento crítico significa que os métodos usados ​​e as peças obtidas para esses dois materiais são radicalmente diferentes.

Elaboração da liga
Para uma dada composição de liga, a taxa crítica de extinção Rc é definida; varia de uma liga para outra. Para muitas composições, nenhum método atual torna possível obter um sólido amorfo do estado fundido. No entanto, as regras empíricas foram declaradas por Akihisa Inoue que fornecem critérios para verificar uma melhor capacidade de formar um sólido amorfo. Essas regras dizem que:

a liga deve consistir em vários componentes (pelo menos três elementos e muito frequentemente cinco ou mais);
os principais elementos da liga devem ter uma diferença nos tamanhos atômicos de pelo menos 12%;
os diagramas de fase binária e ternária dos elementos constituintes devem ter eutética profunda, o que indica movimentos atômicos mais lentos na liga;
a energia de mistura entre os elementos principais deve ser negativa.

Estas regras são o resultado de observações experimentais de tendências e devem, no entanto, ser consideradas com cautela: de fato, uma ligeira mudança na composição da liga, não alterando o cumprimento das regras de Inoue pode alterar significativamente a capacidade de formar sólidos amorfos.

A capacidade para formar um sólido amorfo pode ser avaliada, por exemplo, pela amplitude do intervalo de temperatura da zona líquida super-arrefecida. À medida que aumenta, a taxa crítica de inibição Rc diminui, o que torna possível fabricar um sólido amorfo com menos resfriamento rápido, sob condições menos severas e com uma espessura maior. Como as técnicas de têmpera são difíceis de melhorar e a taxa de têmpera é sempre limitada pela difusão de calor na própria amostra, a exploração às vezes sistemática de composições de liga para grandes habilidades para formar sólidos amorfos é uma área de pesquisa muito ativa.

Métodos de extinção
Uma vez que a liga é desenvolvida, o método de têmpera condiciona grandemente a forma final dos objetos produzidos: o líquido solidifica durante a têmpera e a usinagem desses materiais frágeis é difícil. No entanto, o material amorfo, uma vez solidificado, se tiver uma grande zona de líquido super-resfriado, pode ser aquecido a essas temperaturas e, em seguida, tem propriedades plásticas interessantes para a modelagem.

Tempera na roda
A fiação por fusão é um método utilizado desde o início das ligas metálicas amorfas. Torna possível obter altas velocidades de resfriamento por contato com um tambor de metal resfriado e produzindo amostras finas (aproximadamente 10 μm de espessura). Isto dá um hypertrempe (10 ^ 6 K / s).Assim, fitas longas podem ser produzidas de uma maneira industrial que, se recozidas e enroladas, encontram aplicação como núcleo ferromagnético para transformadores.

Derramando em um molde resfriado
É simplesmente uma questão de injetar ou deixar o metal líquido fluir em um molde de metal que é um bom condutor de calor resfriado, por exemplo, por um circuito de resfriamento de água. Isto torna possível a produção de amostras sólidas de vidro metálico, desde que o tamanho da amostra desejada esteja de acordo com a composição da liga empregada.
Dada a dificuldade de usinar peças de vidro de metal por causa de sua grande fragilidade, a forma do molde será a da amostra final. As formas utilizadas são geralmente barras ou placas.

Têmpera com água
O líquido também pode ser liberado em um tanque de líquido frio, como água fria. Contas sólidas amorfas são então obtidas.

Outros métodos de produção

Propriedades mecânicas
À temperatura ambiente, os vidros metálicos têm forças de ruptura muito elevadas (até mais de 2 GPa para os óculos à base de Zr) associados a deformações elásticas particularmente importantes (da ordem de 2%). Macroscopicamente, mostram um comportamento geralmente frágil (ruptura sem deformação plástica prévia), mas nota-se a presença de bandas de cisalhamento, característica de uma atividade plástica local: assim, esse modo de deformação é chamado de modo heterogêneo.Esta capacidade local de deformação plástica é a razão pela qual estas ligas convencionalmente têm boa resistência a choques e fissuras. Ao contrário de suas contrapartes cristalinas, a plasticidade das ligas metálicas amorfas é sensível à pressão: nos metais cristalinos como amorfo, a plasticidade é induzida pelo cisalhamento, mas nos cristais a pressão isostática não influencia a plasticidade, enquanto que na amorfa ela diminui.
A alta temperatura (T> 0.8T g) o material pode seguir um modo homogêneo de deformação, para o qual as bandas de cisalhamento desaparecem completamente, e todo o material participa da deformação. O vidro pode sofrer neste modo deformações até mais de 10 000% em tração.

Difusão em vidros metálicos
Os materiais cristalinos possuem dois modos principais de difusão: difusão no modo gap, que ocorre para átomos em sites de rede; e a difusão intersticial, neste caso, pequenos átomos localizados entre os locais da rede cristalina podem migrar pelo salto entre os átomos da rede. No caso de materiais amorfos, a situação é menos clara devido à ausência de uma rede cristalina.

Experimentalmente, no que diz respeito aos vidros metálicos, observa-se uma mudança de inclinação no regime de difusão durante a transição da transição vítrea, resultando em menor dependência do coeficiente de difusão na temperatura do vítreo, tornando o coeficiente maior do que seria previsto pela extrapolação de valores líquidos super-resfriados.

Relaxamento estrutural
Quando um vidro é mantido a uma temperatura T <Tg, exibe o fenômeno de relaxamento estrutural.O vidro sofre rearranjos atômicos tendendo a aproximar a temperatura fictícia Tf da temperatura isotérmica do tratamento. Assim, a densidade do vidro tenderá a aumentar. Russew e Sommer mostraram que, no caso de vidros à base de Pd, essa variação de densidade pode chegar a cerca de 0,2%.
Esta variação de densidade foi confirmada por medições de tempo de vida pósitrons (Espectroscopia de Aniquilação de Pósitrons PAS) nos graus de base de Zr. O relaxamento estrutural pode ser seguido por experimentos de difração de raios X que mostram a existência de dois mecanismos associados ao relaxamento estrutural: movimentos atômicos radiais que tendem a aumentar a densidade do vidro (ordenação topológica de curto alcance ou TSRO) e movimentos locais que aumentam a ordem química de curto alcance (CSRO), mas deixar inalterada a densidade.

O aumento da densidade é acompanhado por um aumento no módulo de Young 21, que pode chegar a 10% no caso de fitas amorfas baseadas em Pd. O relaxamento estrutural resulta em uma variação da entalpia associada à transição vítrea medida por DSC, diretamente proporcional à variação da densidade.

Várias propriedades físicas
As lentes metálicas têm um conjunto excepcional de propriedades: resistência à corrosão e abrasão, ferromagnetismo excepcionalmente suave, resistência de rendimento muito alta, possibilidade de formatação, biocompatibilidade. Sua comercialização começou nas últimas décadas na forma de fitas, para transformadores ou como reforços de concreto armado, e nos últimos anos para vidros maciços, como artigos esportivos (raquetes de tênis, tacos de golfe, bastão de beisebol), elementos para eletrônica de alta fidelidade. componentes, etc. Estes materiais são, no entanto, caros, eles visam principalmente setores com alto valor agregado (médico, militar, luxo …) ou o setor de micro-mecânica para o qual o preço do material se torna desprezível comparado ao custo do material. processo de manufatura.

Aplicações
Atualmente, a aplicação mais importante é devido às propriedades magnéticas especiais de alguns vidros metálicos ferromagnéticos. A baixa perda de magnetização é usada em transformadores de alta eficiência (transformador de metal amorfo) na frequência de linha e alguns transformadores de alta frequência. O aço amorfo é um material muito frágil, o que dificulta a penetração nas laminações do motor. Além disso, a vigilância eletrônica de artigos (como tags de identificação passiva de controle de roubo) geralmente usa óculos metálicos devido a essas propriedades magnéticas.

Metais amorfos exibem comportamento de amolecimento único acima de sua transição vítrea e esse amolecimento tem sido cada vez mais explorado para a formação de vidros metálicos termoplásticos. Essa baixa temperatura de amolecimento permite o desenvolvimento de métodos simples para a fabricação de compósitos de nanopartículas (por exemplo, nanotubos de carbono) e BMGs. Já foi demonstrado que os vidros metálicos podem ser padronizados em escalas de comprimento extremamente pequenas, variando de 10 nm a vários milímetros. Isso pode resolver os problemas da litografia de nanoimpressão, onde nano-moldes caros feitos de silicone quebram facilmente. Nano-moldes feitos de vidros metálicos são fáceis de fabricar e mais duráveis ​​que os moldes de silicone. As propriedades eletrônicas, térmicas e mecânicas superiores dos BMGs, comparadas aos polímeros, são uma boa opção para o desenvolvimento de nanocompósitos para aplicação eletrônica, como dispositivos de emissão de elétrons de campo.

Vidros metálicos convencionais, que podem ser produzidos de forma relativamente barata como fitas finas, têm sido usados ​​desde a década de 80 principalmente nos seguintes campos de aplicação da engenharia elétrica devido às suas propriedades magnéticas moles especiais:

como núcleos para sensores (transformador de corrente, interruptor FI).
como núcleos para transformadores com perdas particularmente baixas sem carga. Estes são usados ​​principalmente nos EUA.
em etiquetas de segurança harmônicas e acustomagnéticas.

Os vidros metálicos sólidos têm uma combinação única de propriedades do material, mas são relativamente caros. Eles são, portanto, usados ​​principalmente em artigos de luxo ou aplicações de alta tecnologia (também no setor militar), onde o alto preço desempenha um papel secundário. Os óculos metálicos maciços disponíveis no mercado estão frequentemente em competição com o titânio. A Pioneer é a empresa Liquidmetal Technologies, que oferece principalmente vidros à base de zircônio. Outros fornecedores comerciais de vidro metálico maciço são YKK e Advanced Metal Technology.

Acredita-se que o Ti 40 Cu 36 Pd 14 Zr 10 seja não-cancerígeno, é cerca de três vezes mais forte que o titânio, e seu módulo elástico quase se iguala ao dos ossos. Tem uma alta resistência ao desgaste e não produz pó abrasivo. A liga não sofre retração na solidificação. Pode ser gerada uma estrutura de superfície que é biologicamente acoplável por modificação da superfície usando pulsos de laser, permitindo uma melhor união com o osso.

O Mg 60 Zn 35 Ca 5 , resfriado rapidamente para obter uma estrutura amorfa, está sendo investigado, na Lehigh University, como um biomaterial para implantação nos ossos como parafusos, pinos ou placas, para corrigir fraturas. Ao contrário do aço tradicional ou titânio, este material se dissolve em organismos a uma taxa de aproximadamente 1 milímetro por mês e é substituído por tecido ósseo. Essa velocidade pode ser ajustada variando o conteúdo de zinco.

Aeroespacial
Com os altos preços dos materiais sem importância nessas áreas, devido ao custo geralmente alto e prioridade de segurança, o vidro metálico é considerado em todos os lugares onde suas propriedades únicas podem desempenhar um papel. Partes dos coletores de vento solar da sonda Genesis eram feitas de metal amorfo.

Acabamento de materiais para aplicações industriais
As propriedades de superfície dos materiais convencionais podem ser tornadas mais duras, mais resistentes e mais resistentes ao desgaste por revestimento com metais amorfos (exemplo comercial: Liquidmetal-Armacor Coating).

Remédio
Já estão disponíveis bisturis (especialmente oftálmicos) feitos de metal amorfo, que são por causa da grande dureza mais nítida que os feitos de aço inoxidável e mantêm sua nitidez ainda mais longa. Devido à sua biocompatibilidade, alta resistência e relativamente baixo peso e resistência ao desgaste, os implantes cirúrgicos estão sendo considerados.

Militares
Numerosos projetos de desenvolvimento, em particular os do Departamento de Defesa dos EUA, estão testando o uso de metais amorfos para várias aplicações. Por exemplo, espera-se que os vidros metálicos baseados em tungstênio substituam as ligas convencionais de tungstênio e o urânio empobrecido em balas de balanceamento de armaduras, devido à sua alta dureza e comportamento de auto-afiação. Na aviação militar, os revestimentos metálicos amorfos aumentam a dureza e a resistência à corrosão de metais mais leves, como o alumínio e o titânio.

Jóias
Alguns vidros metálicos são feitos de metais preciosos (por exemplo, platina), mas são muito mais duros do que estes e, portanto, não arranham. Além disso, as opções especiais de processamento permitem a produção de formas difíceis de alcançar com metais convencionais.

Artigos esportivos e de lazer
Os tacos de golfe foram um dos primeiros produtos comerciais de metal amorfo em 1998 e foram utilizados pela empresa Liquidmetal para lançar o material em campanhas publicitárias de larga escala (incluindo o golfista profissional do PGA Tour, Paul Azinger). Os tacos de golfe beneficiam, acima de tudo, da elasticidade inigualável dos metais amorfos. Em desenvolvimento (embora ainda não comercializados) estão os tacos de tênis e beisebol, equipamentos de pesca, esquis, snowboards, bicicletas e rifles esportivos.

Eletrônicos de consumo
A superfície lisa, cintilante e resistente a arranhões de lentes metálicas levou ao uso de gabinetes de telefones celulares exclusivos, tocadores de MP3 e pen drives. A alta resistência (melhor que o titânio) permite uma espessura de parede mais fina, com peso ainda menor e ainda mais miniaturização. A moldagem por injeção permite maior liberdade no design e processamento mais barato do que o aço inoxidável ou titânio que precisa ser forjado. As dobradiças delicadas do telefone móvel, onde grandes forças atacam os menores componentes, beneficiam-se das propriedades mecânicas superiores dos vidros metálicos.
Altas expectativas são colocadas nos aços amorfos, caso se tornem prontos para o mercado. Em contraste com os vidros metálicos já comercializados, os custos de material seriam baixos o suficiente para torná-los um material estrutural completo adequado para componentes maiores. Se os problemas técnicos existentes forem resolvidos e os aços amorfos se tornarem prontos para o mercado, eles competirão, em particular, com o titânio e o aço inoxidável e marcarão pontos com sua maior resistência à corrosão e melhor processabilidade.

Modelagem e teoria
Os vidros metálicos a granel (BMGs) foram agora modelados usando simulações em escala atômica (dentro da estrutura da teoria do funcional da densidade) de maneira similar às ligas de alta entropia. Isso permitiu que previsões fossem feitas sobre seu comportamento, estabilidade e muitas outras propriedades. Como tal, novos sistemas BMG podem ser testados e sistemas sob medida;apto para uma finalidade específica (por exemplo, substituição óssea ou componente de aero-motor) sem muita pesquisa empírica do espaço de fase e tentativa e erro experimentais.