Nestemäinen - Liquidmetal
Liquidmetal ja Vitreloy ovat kaupallisia nimiä sarjasta amorfista metallia seokset kehittänyt California Institute of Technology (Caltech) tutkimusryhmä ja markkinoima Liquidmetal Technologies . Nestemetalliseoksissa yhdistyvät joukko toivottuja materiaaliominaisuuksia, mukaan lukien suuri vetolujuus , erinomainen korroosionkestävyys , erittäin korkea palautumiskerroin ja erinomaiset kulumisen estävät ominaisuudet, mutta ne voidaan myös muodostaa lämpömuovautuviksi muoveissa samanlaisissa prosesseissa . Nimestä huolimatta ne eivät ole nestemäisiä huoneenlämmössä.
Liquidmetal otettiin kaupallisiin tarkoituksiin käyttöön vuonna 2003. Sitä käytetään muun muassa golfmailoihin , kelloihin ja matkapuhelinten kuoreisiin .
Seos oli lopputulos Caltechissa toteutetusta amorfisten metallien tutkimusohjelmasta. Se oli ensimmäinen sarja kokeellisia seoksia, jotka pystyivät saavuttamaan amorfisen rakenteen suhteellisen hitailla jäähdytysnopeuksilla. Amorfisia metalleja oli valmistettu aikaisemmin, mutta vain pieninä erinä, koska jäähdytysnopeuden oli oltava miljoonia asteita sekunnissa. Esimerkiksi amorfiset langat voitaisiin valmistaa sammuttamalla sulan metallivirta pyörivälle levylle. Koska Vitreloy mahdollisti niin hitaat jäähdytysnopeudet, suurempien eräkokojen tuottaminen oli mahdollista. Viime aikoina Liquidmetal-salkkuun on lisätty useita muita seoksia. Nämä seokset säilyttävät myös amorfisen rakenteensa toistuvan uudelleenlämmityksen jälkeen, jolloin niitä voidaan käyttää monenlaisissa perinteisissä työstöprosesseissa.
Ominaisuudet
Dr. Atakan Pekerin luoma Liquidmetal sisältää merkittävästi erikokoisia atomeja. Ne muodostavat tiheän seoksen, jolla on pieni vapaa tilavuus. Toisin kuin kiteiset metallit, ei ole ilmeistä sulamispistettä, jossa viskositeetti putoaisi yhtäkkiä. Vitreloy käyttäytyy enemmän kuin muut lasit , sillä sen viskositeetti laskee vähitellen lämpötilan noustessa. Korkeissa lämpötiloissa se käyttäytyy muovisesti, jolloin mekaanisia ominaisuuksia voidaan hallita suhteellisen helposti valamisen aikana. Viskositeetti estää atomeja liikkumasta tarpeeksi muodostaakseen järjestetyn ristikon, joten materiaali säilyttää amorfiset ominaisuutensa myös muotonsa jälkeen.
Seoksilla on suhteellisen alhaiset pehmenemislämpötilat, mikä mahdollistaa monimutkaisten muotojen valamisen ilman viimeistelyä. Materiaalin ominaisuudet heti valamisen jälkeen ovat paljon parempia kuin tavanomaisten metallien; yleensä valumetalleilla on huonommat ominaisuudet kuin taottuilla tai muokatuilla. Seokset ovat myös muokattavissa matalissa lämpötiloissa (400 ° C tai 752 ° F aikaisimmalle formulaatiolle) ja ne voidaan muovata . Pieni vapaa tilavuus johtaa myös pieneen kutistumiseen jäähdytyksen aikana. Kaikista näistä syistä Liquidmetal voidaan muodostaa monimutkaisiksi muodoiksi käyttämällä kestomuovien kaltaisia prosesseja, mikä tekee Liquidmetalista mahdollisen korvaavan monissa sovelluksissa, joissa normaalisti käytettäisiin muoveja.
Ei-kiteisten ( amorfisten ) rakenteidensa vuoksi nestemetallit ovat kovempia kuin samanlaisen koostumuksen omaavat titaani- tai alumiiniseokset . Zirkonium ja titaani perustuu Liquidmetal seokset saavuttaa myötölujuus on yli 1723 MPa, lähes kaksi kertaa vahvuus tavanomaisen kiteisen titaaniseosten (Ti6Al4V on ~ 830 MPa), ja noin vahvuus lujia teräksiä ja joitakin hyvin suunniteltu irtotavaran komposiittimateriaalit (ks vetolujuus yleisten materiaalien luettelolle). Varhaiset valumenetelmät toivat kuitenkin käyttöön mikroskooppisia puutteita, jotka olivat erinomaisia paikkoja halkeamien etenemiseen, mikä johti siihen, että Vitreloy oli hauras kuin lasi. Vaikkakin vahvat, nämä varhaiset erät murtuivat helposti iskiessään. Uudemmat valumenetelmät, seosseosten säätö ja muut muutokset ovat parantaneet tätä.
Jyvien rajojen puuttuminen vaikuttaa korkeaan myötölujuuteen (ja siten joustavuuteen). Esittelyssä amorfiselle teräkselle pudotettu metallipallo pomppi merkittävästi kauemmin kuin sama metallipallo, joka pudotettiin kiteiselle teräkselle.
Jyvien rajojen puuttuminen metallilasista eliminoi raerajakorroosion - yleinen ongelma sateen kovettumisen ja herkistyneiden ruostumattomien terästen tuottamissa suurlujuisissa seoksissa. Nestemetalliseokset ovat siten yleensä korroosionkestävämpiä sekä mekaanisen rakenteen että sen seoksessa käytettyjen elementtien vuoksi. Mekaanisen kovuuden, suuren joustavuuden ja korroosionkestävyyden yhdistelmä tekee Liquidmetalista kulutusta kestävän.
Vaikka korkeissa lämpötiloissa plastinen muodonmuutos tapahtuu helposti, melkein mitään ei tapahdu huoneen lämpötilassa ennen katastrofaalisen vikaantumista . Tämä rajoittaa materiaalin sovellettavuutta luotettavuuden kannalta kriittisissä sovelluksissa, koska lähestyvä vika ei ole ilmeinen. Materiaali on myös altis metallien väsymiselle halkeamien kasvaessa. Kaksivaiheinen komposiittirakenne, jossa on amorfinen matriisi ja pallografiittinen dendriittinen kiteinen faasivahvistus, tai muusta materiaalista valmistetuilla kuiduilla vahvistettu metallimatriisikomposiitti voi vähentää tai poistaa tämän haitan.
Käyttää
Liquidmetal yhdistää useita ominaisuuksia, joita ei tavallisesti löydy yhdestä materiaalista. Tämä tekee niistä hyödyllisiä monenlaisissa sovelluksissa.
Yksi Liquidmetalin ensimmäisistä kaupallisista käyttötavoista oli yrityksen valmistamissa golfmailoissa, joissa erittäin joustavaa metallia käytettiin mailan kasvojen osissa. Käyttäjät arvioivat nämä erittäin, mutta tuote hylättiin myöhemmin, osittain siksi, että prototyypit hajoivat alle 40 osuman jälkeen. Siitä lähtien Liquidmetal on esiintynyt muissa urheiluvälineissä, mukaan lukien golfpallojen ytimet , sukset , baseball- ja softball-lepakot ja tennismailat .
Kyky valaa ja muovata yhdistettynä korkeaan kulutuskestävyyteen on myös johtanut siihen, että Liquidmetalia käytetään muovien korvikkeena joissakin sovelluksissa. Sitä on käytetty vaippaan myöhään malli SanDisk "Cruzer Titanium" USB-muistitikut sekä niiden Sansa linja Flash -pohjainen MP3-soitin , ja kuoria joidenkin matkapuhelimien , kuten ylellisyyttä Vertu tuotteita, ja muut karkaistu kulutuselektroniikan . Liquidmetalia käytettiin Biolase-hammaslaser Ilase- ja Socketmobile-rengasviivakoodiskannerissa. Liquidmetalia on myös käytetty erityisesti eräiden Apple Inc: n valmistamien iPhone 3G: n SIM-kortin poistotyökalun valmistamiseen Yhdysvalloissa. Tämän teki Apple harjoituksena testata metallin käytön elinkelpoisuutta. Niillä on naarmuuntumaton pinta pidempään kuin kilpailevilla materiaaleilla, mutta ne valmistetaan edelleen monimutkaisissa muodoissa. Samat ominaisuudet lainata käyttää suojaavia pinnoitteita teollisuuden koneiden ja öljy pora putket ja voimalaitoksen kattila-putket .
Se korvaa titaanin myös lääketieteellisistä instrumenteista ja autoista sotilas- ja avaruusteollisuuteen. Sotilaallisissa sovelluksissa, tangot amorfista metallien korvata köyhdytettyä uraania vuonna kineettistä energiaa läpiviennit . Levyt Liquidmetal käytettiin aurinkotuulen ioni kerääjä array Genesis luotaimen .
Kaupalliset seokset
Tällä kauppanimellä on myyty joukko zirkoniumpohjaisia seoksia. Joitakin esimerkkikoostumuksia on lueteltu alla, mooliprosentteina:
- Varhainen seos, Vitreloy 1 :
- Vaihtoehto, Vitreloy 4 ( Vit4 ):
- Vitreloy 105 ( Vit105 ):
- Tuoreempi kehitys ( Vitreloy 106a ), joka muodostaa lasin vähemmän nopeasti jäähdytettynä:
Lisensoitu käyttö
- Apple Inc. hankki ikuisen ja yksinoikeuden lisenssin käyttää tekniikkaansa kulutuselektroniikassa.
- Swatch Groupille myönnettiin yksinoikeuslisenssi Liquidmetalin käyttämiseen kelloissaan.