Металлическое стекло (МС) – обычно сплав различных металлов, не успевший стать поликристаллическим из – за очень быстрого охлаждения расплава. Впервые о металлическом стекле упоминалось в 1960 г., когда Пол Дювец выливал металл на холодный быстро вращающийся медный цилиндр, создавая «сверхбыстрозароможенный» аморфный металл. Скорость охлаждения составляла 10 000 000 К/ с. Однако изделия, полученные таким способом, были очень тонкими и поэтому сразу не нашли практического применения.

Объемные металлические стекла изготовить куда сложнее тонких лент. Однако попытаться решить эту проблему можно, например, вводя в горячий расплав вещества, которые при застывании образуют «рассеянные» кристаллы, или «дендриты», которые «удерживают» полосы скольжения, не давая им стать трещинами. Нынешние достижения основаны на подборе металлов для самого сплава: медь, железо, цирконий, никель и 5–6 добавок других элементов (в частности, неметаллические элементы часто вводят, чтобы создать локальное разупорядочение, предотвращающее кристаллизацию и образование поликристаллического, а не аморфного, материала). Интересное применение находят сейчас металлические стекла для создания микроэлектромеханических систем (МЭМС), создают биомедицинские имплантаты и хирургические инструменты. Получают металлические стекла по прежнему резким охлаждением расплава. Методом термопластичного формования также в ряде случаев создают изделия из металлического стекла.

Рис. 1. Механические свойства и их «размерная зависимость».

Материалы на основе металлических стекол обладают рядом уникальных свойств. Это – очень гибкие материалы, прочные при изгибе и сжатии, износостойкие, которые к тому же обладают высокой коррозионной стойкостью. Материалы на основе МС способны восстанавливать свою форму при снятии нагрузки, но при некотором ее критическом значении, конечно же, незамедлительно разрушаются. К недостаткам изделий из металлического стекла следует отнести их высокую стоимость и неустойчивость к нагрузкам на растяжение.

Согласно недавним исследованиям, металлическое стекло состава Zr_41.2Ti_13.8Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5 демонстрирует достаточно странные, но предсказуемые свойства, при толщине образца >1 мм наблюдается пластичность при сжатии, но хрупкость при изгибе и растяжении. Если толщина <1 мм, в образце пластичность при изгибе увеличивается. При толщине образца <10 нм наблюдается существенно более высокая устойчивость к деформациям.

Подобные уникальные механические свойства и отсутствие крупных «зерен», как у обычных металлов, делают металлические стекла привлекательными для микроштамповки и других подобных технологий получения МЭМС. В зависимости от вида прессформ для изготовления изделий из металлического стекла поверхность изделий может быть различна (так, на рисунке изображены снимки (РЭМ) поверхности изделий из МС состава Pt_57.5Cu_14.7Ni_5.3P_22.5).

Рис. 2. Cнимки (РЭМ) поверхности изделий из МС состава Pt_57.5Cu_14.7Ni_5.3P_22.5. Образец изготавливали методом термопластичного формования при температуре 270 ° C, под давлением 15 MPa в течение 90 с, используя различные пресс-формы: a) никелевая, b) кремниевая, c) полимерная, d, e) алюминиевая, f) изделие полученное методом термопластичного формования.

В настоящее время на основе МС создают трехмерные микроизделия. 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.