金属ガラスの強度と形成性：未来の超材料

概要

金属ガラスは、科学者や技術者から注目を集めている比較的新しい発明品です。結晶性のある従来の金属とは異なり、金属ガラスは独特の原子構造を持ち、最も強い鋼と同じ強度を持ち、プラスチックのように形成できます。金属ガラスは、高い強度と形成性に加えて、腐食に対して耐性があり、弾性エネルギーを貯蔵・放出でき、鏡面の複雑な形状に一度の成形工程で鋳造することができます。金属ガラスの原子構造は、多くの金属が持つ結晶粒界を欠いており、高い強度と形成性が必要な幅広い用途に有望な候補材料となっています。

金属ガラスとは何か、そして何が特別なのか？
金属ガラスはどのように作られるのか？
金属ガラスの従来の金属に対する利点は何か？
金属ガラスの制限事項は何か？
金属ガラスの潜在的な用途は何か？
金属ガラスの未来はどうなるのか？

Q&A

金属ガラスとは何か、そして何が特別なのか？

金属ガラスは、鋼と同じ強度を持ちながら、プラスチックのように形成できる独特の原子構造を持つ材料です。結晶性のある従来の金属とは異なり、金属ガラスは多くの金属が持つ結晶粒界を欠いており、高い強度と形成性が必要な幅広い用途に有望な候補材料となっています。

金属ガラスはどのように作られるのか？

最初の金属ガラスは、金とシリコンから作られましたが、製造は容易ではありませんでした。金属原子は非常に急速に結晶化するため、科学者たちは、極めて高速で合金を急冷する必要がありました。1秒あたり100万ケルビンの速さで、小さな液滴を冷たい銅板に打ち付けたり、超薄いリボンを回転させたりすることで急冷しました。しかし、その後、科学者たちは、自由に混ざり合うが容易に結晶化しない複数の金属を混ぜることができる場合、通常は原子サイズが非常に異なるためです。このような材料をバルク金属ガラスまたはBMGと呼びます。このため、急速に冷却する必要がないため、材料は厚くなることができ、マイクロメートルではなくセンチメートルの大きさになります。

金属ガラスの従来の金属に対する利点は何か？

金属ガラスの利点は多岐にわたります。金属ガラスは、鋼と同じ強度を持ちながら、鋼のように複雑な形状に形成することが困難な点を除いて高い形成性を持っています。さらに、金属ガラスは腐食に対して非常に耐性があり、従来の金属がすぐに腐食するような用途に有用です。金属ガラスはまた、非常に弾性があり、弾性エネルギーを貯蔵・放出できるため、テニスラケット、ゴルフクラブ、スキーなどのスポーツ用具に理想的です。最後に、金属ガラスは、鏡面の複雑な形状に一度の成形工程で鋳造することができます。

金属ガラスの制限事項は何か？

金属ガラスの主な制限事項の1つは、現在利用可能なBMGの多くがパラジウムやジルコニウムのような高価な金属から作られていることで、非常に純度が高くなければならないため、不純物が結晶化を引き起こす可能性があります。そのため、BMGの超高層ビルや宇宙船は莫大な費用がかかることになります。さらに、金属ガラスは強度が高いものの、まだ耐荷重用途に十分な強度を持っていないため、負荷が高くなると突然破壊される可能性があり、橋やその他の負荷を支える構造