Metallisches Glas ist stabil wie Stahl

Neuer Werkstoff für gewagtere Konstruktionen von Häusern und Brücken oder langlebige Implantate

Metallisches Glas im Härtetest
Metallisches Glas im Härtetest

Pasadena (USA) - Je fester ein Material ist, desto gewagtere Brücken und Häuser lassen sich damit bauen. Dominieren heute hochfeste Stähle die Baubranche, könnten Architekten in Zukunft auf stabile Gläser zurückgreifen. Am California Institute of Technology in Pasadena gelang die Entwicklung eines metallischen Glases, das sich nicht nur sehr hart, sondern zugleich auch extrem bruchfest zeigte. Wie die Erfinder in der Zeitschrift "Nature Materials" berichten, zählt ihr neuer Werkstoff zu dem stabilsten Materialien überhaupt.

Das Geheimnis für die hohe Stabilität liegt in der von Marios Demetriou und Kollegen verwendeten Metallmischung und der Anordnung der Atome. Denn anders als in Stahl bilden die Atome kein Kristallgitter, sondern ein eher ungeordnetes, amorphes Netzwerk wie bei Glas. Solche metallischen Gläser waren bisher zwar schon sehr hart, aber bruchempfindlich. Gegen dieses Problem fanden nun die Materialforscher ein Rezept, um das Zerspringen des Werkstoffs zu vermeiden.

Das Team um Demetriou ließ in einem Ofen ein Gemisch aus mehreren Elementen - darunter Phosphor, Silizium und Silber - schmelzen. Ein hoher Anteil des Edelmetalls Palladium führte dann zu den gewünschten Eigenschaften. Diese Metallschmelze kühlten die Forscher schockartig ab, so dass sich keine Kristallgitter, sondern die glasartige Struktur ausbildete. In vielen kleinen Störstellen, die sonst eher unerwünscht sind, sehen die Forscher den Grund für die Bruchfestigkeit. Denn kleine Risse, die beim Verbiegen auftraten, wurden an den Störstellen gestoppt und konnten sich nicht zu größeren Schäden bis hin zum Brechen ausbreiten.

Bis an die Belastungsgrenzen verbogen die Forscher ihren neuen Werkstoff und zeigte dabei eine Stabilität, die vergleichbar mit den besten heute verfügbaren Stählen ist. Erste Anwendungen könnte sich Demetriou für hochfeste Zahnimplantate vorstellen. Für ein neues Baumaterial wäre das metallische Glas wegen des sehr teuren Palladiums nicht geeignet. Aber in weiteren Versuchen will das Team dieses Edelmetall durch günstigere Elemente wie Kupfer, Eisen oder Aluminium ersetzen.