I metalli amorfi detti anche vetrosi sono costituiti da una struttura disordinata in cui gli ioni metallici occupano posizioni casuali.
I metalli danno luogo a cristallizzazione perché il legame metallico non è direzionale e gli atomi, inizialmente presenti nella fase fluida come ad esempio nel metallo fuso, vanno rapidamente ad occupare una determinata posizione in un reticolo cristallino.
La cristallizzazione dei metalli avviene, quindi senza dover ricorrere a particolari accorgimenti.
Conseguenza della facile cristallizzazione è la natura policristallina degli stessi, con cristalli “grani” di dimensioni variabili dai centesimi di millimetro a qualche centimetro. I metalli amorfi sono realizzati da leghe i cui costituenti possono includere Fe, Ni e Co e un metalloide o un formatore di vetro come silicio , boro o carbonio.
Sin dal 1960 i ricercatori hanno trovato che possono essere ottenute leghe metalliche amorfe raffreddando i metalli allo stato fuso. La velocità è tale per cui non ci sia il tempo per lo sviluppo di una struttura cristallina ordinata.
amorfo e cristallino
I metalli amorfi sono una nuova gamma di materiali non cristallini con interessanti proprietà per la produzione di componenti micrometallici. La struttura amorfa dei materiali è generalmente realizzata combinando elementi metallici di lega di dimensioni atomiche notevolmente diverse con raffreddamento rapido durante la transizione dalla fase liquida a quella solida. Con il raffreddamento rapido la lega viene congelata nello stato amorfo, non consentendo così agli atomi metallici di combinarsi nella nota struttura reticolare che caratterizza i metalli convenzionali.
La velocità di raffreddamento critica richiesta generalmente stabilisce dei limiti alle forme realizzabili in cui possono essere realizzati i metalli amorfi, in genere sottili nastri, lamine e fili. Tuttavia, recenti sviluppi hanno consentito la fusione di metalli amorfi con dimensioni superiori a 1 mm: questi sono noti come vetri metallici sfusi.
Questi ultimi sono interessanti per la formazione di microcomponenti perché il materiale non è soggetto alle limitazioni di formazione delle dimensioni dei grani, alle dislocazioni e ai piani di scorrimento dei normali materiali cristallini e può essere formato su scala micrometrica con buoni risultati. Dalla sintesi avvenuta con successo della lega AuSi amorfa da parte di Duwez nel 1959, i materiali amorfi sono stati ampiamente sviluppati nei settori aerospaziale, navale, delle comunicazioni, dell’elettronica e dell’energia
Implicazioni
La struttura amorfa implica che non sono presenti difetti dei cristalli detti dislocazioni che regolano le proprietà meccaniche delle leghe più comuni pertanto i metalli amorfi sono molto più resistenti rispetto alle leghe metalliche e meno rigidi rispetto ad esse.
Proprietà dei metalli amorfi
I metalli amorfi hanno caratteristiche peculiari come una bassa temperatura di fusione, proprietà antigraffio, elevata elasticità; possiedono elevata resistenza meccanica, elevata resistenza alla trazione ma sono duttili, resistenti alla corrosione e sono dotati di proprietà di conducibilità elettrica che superano quelle delle leghe metalliche tradizionali e possono resistere a stress meccanici maggiori senza snervamenti.
Le proprietà meccaniche e fisiche dipendono dal tipo e dalle concentrazioni degli elementi chimici che costituiscono la lega.
Esse possono essere costituite da soli metalli ma più frequentemente da metalli e non metalli come oro, rame, zirconio, titanio, argento, palladio ma anche boro e silicio.
I manufatti realizzati con metalli amorfi sono utilizzati nei più diversi ambiti:
- dall’elettronica di consumo
- alle nanoparticelle di componenti elettronici per produzioni di parti di elettronica
- sensori e impianti medici
- attrezzature e macchinari esposti ad ambienti ad alta usura, temperatura e corrosione. Il metallo amorfo ha il coefficiente di attrito più basso di qualsiasi rivestimento metallico e prolunga notevolmente la durata delle parti.
Per la loro elevata resistenza all’acqua e alla corrosione costituiscono infatti ottimi materiali per protesi ossee.
I metalli amorfi che sono studiati in relazione alle loro proprietà elettriche, magnetiche e chimiche attualmente sono investigate in relazione alle loro proprietà catalitiche.
