«Жидкие металлы» (не путать с ртутью) или «металглассы», стали известны сравнительно давно с 1950-х годов. Они представляют собой сплавы различных металлов образующихся при очень быстром охлаждении расплава, со скоростью до 106 К/с. Вследствие этого структура полученного вещества становится стекловидной или аморфной, не имеющей кристаллической структуры. Отсюда и название.
Сначала научились получать тонкие ленты металлических стекол, которые легче было заставить быстро терять температуру. Несколько лет назад их начали использовать для производства клюшек для гольфа и бейсбольных бит, но они были слишком хрупкими и не выдерживали больших нагрузок.
Структура металлического стекла Отсутствие кристаллической структуры в металлических стеклах, и произвольное расположение элементов придает материалу твердость, но играет при этом и отрицательную роль: полученные образцы остаются достаточно хрупкими. Поведение металлических стекол аналогично резиновому жгуту: они восстанавливают свою форму при снятии нагрузки, но при некотором ее критическом значении незамедлительно разрушаются. Поэтому до сих пор существовали определенные ограничения в применимости металлических стекол.
Однако в результате двухлетних исследований ученые смогли установить, как атомы материала связываются друг с другом, и каким образом можно воздействовать на этот процесс, улучшая пластичность готового материала. «Сейчас с помощью современных технологий ситуация в корне изменилась, материалы данного класса стали гибкими при относительно низкой цене», - заметил Дуглас Хофман (Douglas Hofmann), ведущий исследователь по проекту стеклометаллических сплавов Калифорнийского технологического Института (California Institute of Technology).
Объемные металлические стекла изготовить куда сложнее тонких лент. Ученые из Калифорнийского технологического института справились с этой проблемой, вводя в горячий расплав вещества, которые при застывании образуют «рассеянные» кристаллы, или «дендриты», которые удерживают полосы скольжения, не давая им стать трещинами. Идея дендритов появилась давно, но калифорнийской группе удалось определить важные критерии, которым они должны соответствовать. Группа готовила расплав из титана, циркония, ниобия, меди и бериллия. При температуре расплава 800-900 oС дендриты титана, циркония и ниобия могут разрастаться до существенных размеров. По мере их роста в стекловидной фазе расплава возрастает доля бериллия и меди, которые дендриты не образуют. Когда доля бериллия достигает трети, система приходит в равновесие и дендриты более не растут. Регулируя изначальное количество бериллия, можно добиваться различных соотношений массы стекловидной фазы и фазы дендритов.
Образец объемного металлического стеклаВ итоге после охлаждения металлическое стекло с большим количеством дендритов (67%) демонстрирует высокую пластичность и вязкость к разрушению.
Объемные металлические стекла обладают множеством достоинств. Кристаллические решетки обычных металлов и сплавов всегда содержат те или иные структурные дефекты, которые снижают их механические качества. В металлических стеклах таких дефектов просто не может быть, поэтому по своей прочности они в два раза превосходят титан или стальные сплавы и способны выдерживать значительные деформации без разрушения. Некоторые металлические стекла, к тому же, сопротивляются коррозии даже лучше нержавеющей стали.
Специалисты полагают, что эти материалы в самом ближайшем будущем найдут применение в военной и космической промышленности. А в перспективе, когда удастся снизить себестоимость и разработать промышленную технологию производства, на их основе будут созданы общедоступные конструкционные материалы для самых разных сфер, обладающие уникальными свойствами.
 
Подготовил Влад Скуратович по материалам, опубликованным на сайтах Калифорнийского Технологического Института (California Institute of Technology) и Университета Джона Хопкинса (John Hopkins University).