Metallische Massivgläser

Der Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe (LMW) legt die Grundlage für Innovation im Bereich der Metallischen Massivgläser.

Was sind Metallische Massivgläser?
Metallische Massivgläser (MMGs) sind mehrkomponentige metallische Legierungen, deren Liquidustemperatur weit unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptkomponente liegen. Massivglasbildende Legierungen zeichnen sich durch eine geringe Kristallisationsneigung aus, wodurch das Ausbilden einer periodischen Kristallstruktur und der damit verbundene Volumensprung beim Erstarren der Schmelze ausbleibt. Stattdessen bildet sich ein Glas mit (makroskopisch) regelloser Struktur. Diese Struktur verleiht MMG`s einzigartige Eigenschaften.
Metallische Massivgläser zeichnen sich durch überlegene mechanische Eigenschaften aus. Hohe Festigkeit (ca. 2 GPa) gepaart mit hoher elastischer Dehnung (ca. 2 %) und geringer Dämpfung machen metallische Gläser zu einem idealen Federwerkstoff.
Ihre hohe Korrosionsbeständigkeit macht amorphe Metalle zudem interessant für Beschichtungen und Bauteile, die stark korrodierenden Atmosphären ausgesetzt sind.
Die Herstellungsverfahren für Bauteile aus Metallischen Massivgläsern sind vielseitig. Klassische Gussverfahren der Metallverarbeitung, Spritzgussverfahren aus der Kunststoffverarbeitung, genauso wie Thermoplastisches Formen und Rapid Prototyping sind realisierbar, wobei deutlich geringere Schwindung und damit verbunden kaum Verzug auftreten im Vergleich zu kristallinen Materialien.
Dadurch können endformnahe Bauteile hergestellt werden, die kaum einer Nachbearbeitung bedürfen.
Die größte Herausforderung liegt in der Vergrößerung der herstellbaren Dicke glasartig erstarrender Bauteile. Durch die andauernde Forschung auf dem Gebiet der Metallischen Gläser können mittlerweile Bauteile in der Größenordnung von Zentimetern hergestellt werden.

Forschungsbereiche
Der Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe (LMW) gliedert seine Forschungsinteressen in 3 Gebiete.

• Der LMW betreibt Grundlagenforschung im Bereich der Thermodynamik und Kinetik Metallischer Massivgläser. Die Einflüsse der Struktur auf makroskopische Eigenschaften wie zum Beispiel die Viskosität liegen im Zentrum des Forschungsinteresses. Hierfür nutzt der LMW die eigenen Labors, sowie Messzeiten an Großforschungsanlagen (z.B. DLR, DESY, ESRF).
• Zum anderen betreibt der Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe Legierungsentwicklung. Mit Hilfe der thermischen Analysemethoden werden die neuen Legierungen in den eigenen Labors auf ihre    Glasbildungsfähigkeit untersucht und weiterentwickelt. Das Ziel sind kommerziell nutzbare Legierungen als Konstruktionswerkstoff für Kleinbauteile.

• Das dritte Forschungsgebiet ist die Verfahrenstechnik sowohl zur Herstellung von kristallinem und amorphem Halbzeug aus massivglasbildenden Legierungen, als auch die endformnahe Produktion von amorphen Bauteilen mittels verschiedener Herstellungsverfahren. Zentrales Thema ist hierbei das Upscaling vom Labormaßstab auf die Anforderungen der industriellen Produktion.

   

Ausgründung: Amorphous Metal Solutions
Aus der Forschungsarbeit am LMW resultiert auch die Ausgründung der Firma Amorphous Metal Solutions GmbH (AMS). AMS produziert Bauteile aus metallischen Gläsern (amorphen Metallen) in industriellem  Maßstab.
Das Start-Up wurde von vier ehemaligen Doktoranden des LMW gegründet.

Weitere Informationen zu AMS finden Sie auf der Homepage von AMS (https://www.ams-metal.de/).

Kooperation: Heraeus AMLOY Technologies GmbH
Heraeus AMLOY Technologies GmbH kombiniert die einzigartigen Eigenschaften von amorphen Metallen mit technologischem Know-how, um völlig neue High-Tech-Anwendungen zu ermöglichen. Das Unternehmen  bietet mit dem Spritzguss und 3D-Druck endkonturnahe Prozesslösungen an, die ideal für Hochleistungsanwendungen in diversen Industrien geeignet sind. Hinsichtlich Legierungsentwicklung kooperiert der Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe (LMW) seit einigen Jahren eng mit Heraeus AMLOY und beteiligt sich gemeinsam am AM2Softmag-Projekt. Dort wird an der Entwicklung von leistungsfähigen amorphen weichmagnetischen Werkstoffen für Anwendungen in der Elektromobilität gearbeitet. Weitere Informationen über Heraeus AMLOY finden Sie hier.

Weitere Informationen
S. Wei; Jumbled arrangement of atoms allows bulk metallic glasses to flow like honey