فلز_شیشه‌ای
تاریخچه
اولین فلز شیشه‌ای آلیاژی از شیشه و سیلیسیم بود که در سال ۱۹۶۰در مؤسسه فناوری کالیفرنیا تولید شد. این دسته از فلزات از طریق سرد شدن سریع (مگاکلوین در ثانیه) که مانع تشکیل ساختار بلوری می‌شود تولید شده بودند. در سال ۱۹۶۹ آلیاژی با ۷۷٫۵ ٪ پالادیوم ،۶٪ مس، ۱۶٫۵٪ سیلیکون با نرخ سرمایش بحرانی نسبتاً پایین (۱۰۰–۱۰۰۰ کلوین در ثانیه) ساخته شد. در سال ۱۹۷۶ اچ. لیبرمن و سی. گراهام روش جدید چرخ دوار سریع فوق سرد رابرای تولید نوارهای نازک از فلزات شیشه‌ای ابداع کردند که آلیاژ مورد استفادهٔ آن‌ها متشکل از نیکل، فسفر، آهن و برم بود. (به انگلیسی : Metglas) مت گلاس اوایل دهه ۱۹۸۰ برای ساخت ترانسفورماتورهای فلزات شیشه‌ای تجاری‌سازی شد. اوایل دههٔ ۸۰ میلادی شمش‌های شیشه‌ای به قطر ۵ میلی‌متر و با ضخامت بیشتر (سانتی‌متر) تولید شد. محققان مؤسسهٔ فناوری کالیفرنیا و دانشگاه توهوکو توانستند به نرخ سرمایش بحرانی پایین‌تر (۱–۱۰۰کلوین در ثانیه) برسند. در دههٔ ۹۰ میلادی آلیاژها به گونه‌ای توسعه پیدا کردند که نرخ سرمایش بحرانی آن‌ها به چند کلوین در ثانیه رسید که این نرخ به اندازه‌ای پایین است که با ریخته‌گری ساده در قالب‌های فلزی امکان‌پذیر می‌باشد. مطالعات بیشتر و توسعهٔ تحقیقات در این زمینه به رؤیای تولید فلزات شیشه‌ای کپه‌ای با ضخامت‌های چند سانتی‌متری جامهٔ عمل پوشانید. روش دیگری که به تولید فلزات شیشه‌ای کمک می‌کند استفاده از آلیاژهایی با ذرات مختلف و متفاوت (معمولاً ۴ نوع ذره یا بیشتر) است که در هنگام سرمایش به سختی و به کندی می‌توانند جهت‌گیری مناسب برای تشکیل ساختار بلورین را بگیرند و به همین سبب ساختار ماده آمورف می‌شود. به این پدیده، پدیدهٔ اغتشاش می‌گویند. در سال۱۹۹۲ آلیاژ شیشه‌ای ویترلوی (به انگلیسی :vitreloy) در مؤسسه فناوری کالیفرنیا و همچنین دپارتمان انرژی ناسا به عنوان مادهٔ قابل استفاده در صنایع هوایی توسعه پیدا کرد. در سال ۲۰۰۴ فلزات شیشه‌ای کپه‌ای در دو گروه مجزا تولید شدند:یک گروه در آزمایشگاه ملی اوک ریج (به انگلیسی :oak ridge national laboratory)و گروه دیگر در دانشگاه ویرجینیا (به انگلیسی :virginia university). تحقیق و توسعه دربارهٔ این دسته از فلزات به دلایل خواص ویژهٔ آن‌ها همچنان ادامه دارد. == روش‌های ساخت == چندین روش برای ساخت شیشه‌های فلزی وجود دارد که از عمده‌ترین آن‌ها می‌توان کوئنچ سریع از حالت مذاب و کوئنچ از فاز بخار و رسوب الکتریکی را نام برد.در روش کوئنچ سریع از حالت مذاب ، مذاب فلز یا آلیاژ در سرعت‌های بالا انجام می‌شود.برای امکان خروج سریع حرارت از ماده، می بایستی ماده دارای ضخامت نازکی باشد تا بتوان سرعت‌های بالای کوئنچ را ایجاد نمود. برای مثال جهت دست یابی به سرعت‌های خنک کردن 10^{6}، ضخامت نمونه باید در حد ۱۰۰ میکرومتر یا کمتر باشد.Duwez و همکارانش جهت ایجاد شیشه فلزی، قطرات مذابی را که در یک بوته ذوب شده بود تحت اتمسفر محافظ ، تحت موج شوکی آگوستیکی (صوتی) ناگهانی قرار دادند که این موج سبب اتمیزه شدن (پودری شدن) و شتاب یافتن قطرات اتمیزه شده به طرف سطح سرد مس که در دمای محیط قرار داشت گردید. قطرات اتمیزه شده دارای ابعاد میکرونی بودند. این تکنیک اصطلاحاً کوئنچ تفنگی نامیده می‌شود.قطرات،به سطح اصابت نموده و بر اثر سر خوردن بر روی سطح پخش شده و توسط هدایت حرارتی سطح نوار مسی،منجمد می گردند.اولین شیشه فلزی از آلیاژ طلا-سیلیسیم تهیه گردید. روش اصلاح شده دیگری که توسط تیم Duwez بعداً مورد استفاده قرار گرفت ، تکنیک پیستون-سندان نامیده می‌شود. در این روش قطرات ذوب شده بین سطوح یک سندان و پیستون سقوط می نمایند و با حرکت شتابدار پنوماتیکی پیستون ، بر روی سندان کوبیده شده و پهن می گردند.با تکرار این عمل،لایهٔ نازکی ایجاد می‌شود که بر اثر هدایت حرارتی سندان و پیستون ، منجمد می گردد.سرعت‌های سرد کردن در حد10^{6}-10^{5}در این روش،به دست می‌آید.نمونهٔ تولید شده به صورت فویل نازکی با ضخامت نسبتاً یکنواخت می‌باشد که ضخامت بین ۳۰-۵۰ میکرومتر قابل دستیابی است که برای بررسی‌های علمی مناسب می‌باشد. آلیاژهای مختلفی با دمای تبدیل شیشه متفاوت،از روش کوئنچ سریع مذاب ، به صورت شیشه‌های فلزی تبدیل شده‌اند. دمای تبدیل شیشه،دمایی است که در آن مذاب (مایع) به فاز جامد آمورف (شیشه ای)،تبدیل می‌شود.سپس تلاش‌هایی در جهت تجاری کردن تولید شیشه‌های فلزی صورت پذیرفت.مهم‌ترین پیشرفت در این زمینه ، ابداع تکنیک ریخته گری با جریان مذاب تخت بود.در این روش از یک جِت پاشش مذاب به صورت تخت(پهن با ضخامت باریک)که مذاب را به صورت پیوسته و به شکل صفحه‌ای (تخت) از طریق نازل‌های باریکی به صورت پیوسته بر روی سطح یک استوانه می پاشید،استفاده گردید.با استفاده از این روش تولید تجاری،امکان ساخت ورقه‌های نازک و با ضخامت یکنواخت از شیشه‌های فلزی و با ضخامت ۱۵-۱۵۰ میکرومتر و عرض تا ۱ متر و طول نامحدود،میسرگشت.سرعت خنک کردن مشابه با روش اولیه Duwez می‌باشد. در روش کوئنچ بخار و رسوب الکتریکی ، جامدات آمورفی حاصل می‌شوند که می‌توان گفت دارای ساختار و خواص فیزیکی مشابه با مذاب سریع منجمد شده ، می‌باشد.در این روش، رسوب دادن اتم‌ها به صورت تک تک بر روی سطح انجام می‌شود.تولید فلزات آمورف به این روش به دههٔ ۱۹۵۰ در آلمان باز می گردد. در آن زمان Buckel و Hilsch با استفاده از تبخیر حرارتی فلزات ساده(نظیر قلع و سرب) و آلیاژهای ساده(نظیر قلع-مس و سرب-مس) و کوئنچ بخارات فلزی بر روی یک سطح تبریدی خنک شونده(۱۰ کلوین)،امکان رشد فیلم آمورف را نشان دادند.بعد از این بررسی‌های اولیه،تیم‌های تحقیقاتی دیگری،بر روی آلیاژهای آمورف تهیه شده وبا این تکنیک کار نمودند. در روش رسوب بخار شیمیایی (CVD)،که از گازهای فرّار(نظیر فلوریدهای فلزی،کلریدهای فلزی،کربونیل‌های فلزی و ...) استفاده می نمایند،در واکنش گازها در محفظهٔ واکنش،بخار فلز و یک جزء بخار تشکیل می‌شود که می‌توان بخار را بر روی سطح رسوب داد.از این تکنیک می‌توان ایجاد پوشش‌های آلیاژی آمورف بر روی سطوح،استفاده نمود.رسوب الکتریکی ، روش دیگری برای رسوب اتم به اتم برای ایجاد فیلم‌های آمورف می‌باشد.این روش،مشابه روش رسوب بخار شیمیایی است با این تفاوت که یون‌های فلزی(به جای اتم‌های فلزی)وجود دارند که این یون‌ها توسط حل شدن نمک‌های فلزی در یک محلول آبی ایجاد می‌شوند.زمانی که جریان الکتریکی از میان سلولی که این الکترولیت در آن قرار دارد عبور می نماید،یون‌های فلزی بر روی آند رسوب می نمایند.با ادامهٔ این فرایند،فیلمی بر روی آند تشکیل می‌شود. از این شیوه برای سالیان متمادی در آبکاری تجاری استفاده شده‌است(مانند آبکاری نیکل).این فیلم‌ها معمولاً دارای مقادیر قابل توجهی از سایر عناصر (نظیر فسفر) هستند که در صورت وجود کافی از این عناصر،فیلم‌ها به صورت آمورف در می آیند.