Korkealujuuksiset amorfiset kupariseokset

Metallisiksi laseiksi kutsutaan metalliseoksia, jotka on onnistuttu jäähdyttämään koko alijäähtyneen alueen läpi lasisiirtymälämpötilaan asti ilman, että on päässyt tapahtumaan havaittavaa kiteytymistä. Aiemmin keskeisin tapa onnistua tässä oli erittäin nopean jäähdytyksen järjestäminen esimerkiksi nestetypen avulla ja jäähdytettävien paksuuksien pitäminen sadasosamillimetrien mittakaavassa. Myöhemmin löydetyillä seoksilla jäähdytysnopeuden sijaan liuoksessa tapahtuvat järjestäytymisilmiöt ja liuoksen ominaisuudet ovat sivuuttaneet jäähtymisnopeuden prosessin dominoivana tekijänä. Seoksilla on päästy yli kymmenen senttimetrin läpimittaisiin täysin amorfisena vesijäähdytetyssä kuparimuotissa jähmettyviin kappaleisiin. Koska yleisesti tiedetään amorfisten metallien omaavan tunnettuihin rakennemateriaaleihin verrattuna mm. moninkertaisia lujuuksia, on kiinnostus uusien seosten tarjoamien ominaisuuksien hyödyntämiseen ollut suurta. Kaupallisia sovelluksia näillä yli millimetrin paksuisina jähmettyvillä ns. volyymiseoksilla on ollut jo muutaman vuoden ajan mm. urheiluvälineissä. Kuparia enimmäkseen sisältäviä seoksia on tutkittu ja joitakin on patentoitu, mutta kaupallisia sovelluksia ei ole vielä raportoitu. Työssä perehdytään uusien metallisten lasiseosten ominaisuuksiin, painottuen erityisesti kuparivaltaisiin seoksiin teoreettisin ja kokeellisin keinoin. Kokeet aloitettiin tutkimalla Cu-pohjaisten BMG-seosten valettavuutta keraamisilla upokkailla induktio-tyhjöuunissa. Ratkaisua valuongelmiin haettiin upokasmateriaalia vaihtamalla ja uunia huoltamalla. Panos saatiin valettua muottiin asti ainoastaan suojaamalla se kuparifoliolla. Seoksen suuri viskositeetti esti ohuen valupaksuuden saavuttamisen käytetyllä muotilla. Valetun kappaleen alapinta omasi kiiltävän pinnan ja BMG-materiaalille oikean kovuuden, eikä siinä näkynyt kiteytymiseen viittaavia kutistumia. XRD-tutkimus paljasti rakenteen kiteytyneeksi ja pahoin hapettuneeksi. XRF- ja ICP-mittauksissa keraamisen upokkaan havaittiin saastuttavan panosta merkittävästi ja uunin tyhjön taso todettiin puutteelliseksi BMG-koeseosten valmistusta varten. Ongelman ratkaisuksi suunniteltiin ja rakennettiin kaksi uutta korkeatyhjöuunia. Uunit käyttivät tyhjölaitteistona rotaatiopumppu - adsorptioansa - turbomolekyylipumppu -yhdistelmää. Seostusuunissa käytettiin lisäksi titaanilastu-uunia korkeavakuumi-argon-atmosfäärin puhdistukseen. Uuneissa käytettiin radiotaajuista induktiokelaa seoksen sulatukseen. Seostusuunissa upokasmateriaalina käytettiin vesijäähdytettyä kuparia ja valu-uunissa kvartsia. Rakennetulla laitteistolla suoritettu koevalu analysoitiin XRD-, BSE-SEM ja SEM-EDS- tutkimuksilla BMG-komposiittirakenteeksi. Kokeiden tulosten perusteella BMG-seosten kokeelliseen valmistukseen esitetään tehokas ratkaisu