Funkenflug auf dem Golfplatz

News: Funkenflug auf dem Golfplatz

Leicht, hart und steif - für Ingenieure sind metallische Glase ein vielversprechender Werkstoff der Zukunft. So mancher ist dem neuartigen Material vielleicht schon begegnet: bei besonders hochwertigen Golfschlägern zum Beispiel. Kräftige Spieler könnten mit den edlen Sportgeräten allerdings auch mal eine Überraschung erleben. Wenn das Glas bricht, sprüht es nämlich extrem heiße Funken. Woher die Energie für das kleine Feuerwerk kommt, weiß allerdings noch niemand so genau.

Metallische Gläser sind Legierungen, die keine Kristallstruktur im üblichen Sinne aufweisen. Vielmehr besitzen sie eine amorphe Struktur, welche ihnen so begehrte Eigenschaften wie Härte und ein geringes Dämpfungsvermögen verleiht. Bei metallischen Glasen auf Zirkonium-Basis ist dies auf die Mischung von Atomen mit verschiedensten Größen und unterschiedlichem chemischen Verhalten zurückzuführen.

Welche Charakteristika eine Neuentwicklung aufweist, muß jedesmal in aufwendigen Reihenuntersuchungen geklärt werden. Dabei stößt man mitunter auf Überraschungen.

Bei Versuchen zur Materialfestigkeit einer Legierung aus Zirkonium, Beryllium, Titan, Kupfer und Nickel entdeckten Robert Ritchie und seine Mitarbeiter an der Material Sciences Division des Berkeley Lab, daß ihre Probe beim Zerbrechen einen Schauer heller, heißer Funken versprühte (Applied Physics Letters vom 21. Juni 1999, Abstract). In ihrem Versuch hatten sie ein Gewicht auf eingekerbte Materialstücke aufprallen lassen. Als das Glas zerbrach, stieben Funken auseinander, deren Farbe einer Schwarzkörpertemperatur von 3175 Kelvin (2902 Grad Celsius) entsprach. Mit Hilfe einer Digitalkamera erkannten die Forscher, daß es sich dabei um brennende Teilchen von der Oberfläche der Bruchstelle handelte.

In einer zweiten Versuchsreihe überprüften die Wissenschaftler das Bruchverhalten unter Sauerstoffabschluß in einer Stickstoffatmosphäre. Diesmal war kein Funkenflug zu beobachten, wohl aber eine ebenfalls beeindruckende Temperaturerhöhung auf 1400 Kelvin (1127 Grad Celsius). Als sie die Bruchstücke unter dem Elektronenmikroskop betrachteten, fielen ihnen Tropfen geschmolzenen Materials auf.

Einen Erklärungsansatz für das Phänomen sieht Joel Ager in der schlechten Wärmeleitfähigkeit des metallischen Glases. "Es wird die Hitze nicht los. Aber das kann nicht alles sein." Offensichtlich muß die beim Brechen freiwerdende Energie ausreichen, um die Schmelztemperatur von 935 Kelvin (662 Grad Celsius) zu überschreiten und die ausgeschleuderten Metallteilchen zu entzünden.

"Diese extrem hohen Temperaturen sind ... keine Illusion – sie sind real. Und sie verlangen nach einer Erklärung", meint Ritchie.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 2.4.1998
"Metallisches Glas – das Material der Zukunft?"
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