Metallisches Glas: Was ist damit gemeint?

Lösung: C. Sie besteht aus drei oder mehr Elementen, die Atomradien der Hauptelemente unterscheiden sich um ca. 12 % oder mehr, und die Mischungswärme ist negativ

Die Inoue-Regeln umfassen drei Punkte: Mehrkomponentigkeit, einen Unterschied der Atomradien der Hauptelemente von ca. 12 % oder mehr und eine negative Mischungswärme. Mischen sich unterschiedlich große Atome unter gegenseitiger Anziehung, nimmt die Schmelze eine dicht gepackte, ungeordnete Anordnung an, und Diffusion und Umordnung der Atome verlangsamen sich. Außerdem erfordert die Kristallbildung aus einer Schmelze mit vielen Elementen eine weitreichende Umordnung der Atome, sodass Keimbildung und Wachstum von Kristallen erschwert werden. Hilfreich ist auch die niedrigere Liquidustemperatur bei Zusammensetzungen nahe einem tiefen Eutektikum. Kombinationen mit gleichen Atomradien und positiver Mischungswärme neigen zur Bildung von Mischkristallen oder zur Phasentrennung, und Zusammensetzungen nahe einem reinen Metall erstarren selbst bei Abschreckung mit etwa 10⁶ K/s kaum glasartig.

Lösung: C. ca. 10 mm

Die Abkühlgeschwindigkeit lässt sich als R = 1,0×10³×(1,0/d)² K/s (d in mm) schreiben; die Dicke, bei der R = 10 K/s wird, ist daher d = 1,0×√(1,0×10³/10) = 10 mm. Die Zeit, in der die Wärme an die Kokille abfließt, ist proportional zum Quadrat der Strecke, die die Wärme zurücklegen muss; daher ist die Abkühlgeschwindigkeit umgekehrt proportional zum Quadrat der Dicke. Ca. 100 mm setzt voraus, dass die Abkühlgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur Dicke selbst ist, ca. 0,10 mm kehrt das Verhältnis der Abkühlgeschwindigkeiten um. Frühe metallische Gläser hatten große kritische Abkühlgeschwindigkeiten von etwa 10⁵–10⁶ K/s, sodass sich nur einige zehn µm dicke Bänder durch Schmelzspinnen herstellen ließen; mit Mehrkomponentenlegierungen sank die kritische Abkühlgeschwindigkeit, und massive metallische Gläser im cm-Bereich wurden möglich.