Materialforschung: Stärker als Stahl und Titan

Wissenschaftler vom California Institute of Technology haben einen neuen Kompositwerkstoff entwickelt, der stärker als Titan oder Stahl ist. Grundlage des Materials ist ein metallisches Glas – eine Legierung, die nicht kristallin, sondern auf atomarer Ebene ungeordnet ist. In diese amorphe Matrix sind kristalline Bereiche eingelagert. Das so gewonnene Material gehört zu den widerstandsfähigsten bekannten Werkstoffen überhaupt.

Rissbildung | Ein Riss kann sich im Material nicht fortpflanzen, weil es sich plastisch verformt. Im rechten Teil der Abbildung gut zu erkennen sind die Scherflächen, die sich in der spröden Matrix bilden und jeweils an den flexibleren kristallinen Körnern enden.

Douglas Hofmann und sein Team stellten nun Legierungen von Zirkonium, Titan, Niob, Kupfer und Beryllium her und kontrollierten die Temperatur dabei so genau, dass feste und geschmolzene Anteile im Gleichgewicht vorlagen. Als die Wissenschaftler dieses Gemisch sehr schnell abkühlten, entstand um die kristallinen Anteile die Matrix aus metallischem Glas.

Metallische Gläser sind härter und korrosionsbeständiger als ihre kristallinen Gegenstücke, jedoch auch extrem spröde. Das Kompositmaterial der amerikanischen Forscher verbindet die Härte metallischer Gläser mit der wesentlich höheren Festigkeit kristalliner Metalle. Das Komposit kann um bis zu zehn Prozent gedehnt werden, bevor sich Risse im Material bilden. (lfi)