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Neue Klasse metallischer Gläser entwickelt

Archivmeldung vom 02.02.2018

Bitte beachten Sie, dass die Meldung den Stand der Dinge zum Zeitpunkt ihrer Veröffentlichung am 02.02.2018 wiedergibt. Eventuelle in der Zwischenzeit veränderte Sachverhalte bleiben daher unberücksichtigt.

Freigeschaltet durch Thorsten Schmitt
Amorphe Proben aus einer neuen Titan-Schwefel-Legierung. Bild: uni-saarland.de
Amorphe Proben aus einer neuen Titan-Schwefel-Legierung. Bild: uni-saarland.de

Forscher der Universität des Saarlandes haben eine neue Klasse sogenannter amorpher Metalle entwickelt. Da diese Legierungen, auch metallische Gläser genannt, ganz andere Eigenschaften als ihre Ausgangsmaterialien haben, eignen sie sich hervorragend für Leichtbauteile in Luft- und Raumfahrt. Die Experten konnten eine Legierung aus Titan und Schwefel erzeugen, die sehr leicht ist und gleichzeitig eine hohe Festigkeit besitzt.

Titan und Schwefel

Gegenüber bisherigen Werkstoffen der amorphen Metalle haben die Legierungen mehrere Vorteile: Die Verbindungen bestehen hauptsächlich aus Titan und Schwefel und damit aus Elementen, die sehr häufig auf der Erde vorkommen und industriell sehr gut nutzbar sind. Und anders als amorphe Metalle auf Basis von Zirkonium, Palladium oder Platin, ist Titan verhältnismäßig günstig, ebenso wie der Schwefel, der darüber hinaus keine hochgiftige Wirkung hat wie die in solchen Legierungen bisher häufig verwendeten Elemente Beryllium oder Phosphor.

Dass Schwefel dabei das richtige Element ist, um das leichte Metall Titan so zu gestalten, dass es gleichzeitig eine hohe Festigkeit hat, ohne dabei spröde und brüchig zu werden, war dabei keine Selbstverständlichkeit. "Denn Schwefel hatte 20, 30 Jahre lang keiner auf der Rechnung, weil es in keinem Versuch zuvor funktioniert hat", erläutert der Saarbrücker Materialforscher Oliver Gross. Und wenn es 30 Jahre lang nicht funktioniert habe, forsche niemand mehr mit Schwefel, um bessere Werkstoffe damit zu erhalten.

250 Experimente

"Zuerst hatten wir dann mit Palladium, Nickel und Schwefel eine funktionierende Legierung gefunden, die gute Eigenschaften hatte", so Gross' Kollege Benedikt Bochtler. Nach 250 Experimenten, in denen die Mischungsverhältnisse von Titan, Schwefel und weiterer Stoffe in feinsten Variationen kombiniert worden sind, fanden die Experten die richtige Abstimmung. Wie kompliziert die Suche nach dieser Abstimmung ist, verdeutlicht die Tatsache, dass schon ein Unterschied von einem Prozent mehr oder weniger eines Stoffes ausschlaggebend dafür sein kann, ob eine Legierung die gewünschten Eigenschaften aufweist oder nicht.

Das Verfahren, nach dem dieses metallische Glas hergestellt wurde, ist essenziell für diese Eigenschaften. Denn die über 1.100 Grad Celsius heiße Schmelze wird blitzartig abgekühlt, sodass keine klassische Legierung entsteht, deren Atome sich während des lang andauernden Abkühlens in einem regelmäßigen Kristallgitter anordnen. Dadurch, dass die Schmelze in weniger als einer Sekunde herabgekühlt wird, erstarrt sie in der ungeordneten Atomstruktur der Schmelze. Dieser strukturelle Zustand wird auch als Glas bezeichnet.

Quelle: www.pressetext.com/Florian Fügemann

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