Металлические стёкла — класс металлических твердых тел с аморфной структурой. В отличие от привычных металлов с их кристаллической структурой, таковая у аморфных металлов аналогична атомной структуре переохлаждённых расплавов. Разница между «аморфным металлом» и «металлическим стеклом» та же самая, что разница между аморфным и стеклообразным состоянием. Последнее входит как подмножество в первое, но не идентично ему. Иначе говоря — любое стекло аморфно, но не всякое аморфное вещество — стекло. Металлические стёкла в англоязычной литературе часто называют объёмными металлическими стёклами (bulk metallic glass).
О них сегодня мы и поговорим.
История создания и рынок
Обычно аморфные металлы получают очень быстрым (порядка 1000 градуса Цельсия или Кельвина в секунду) охлаждением материнского расплава.
Изучение аморфных металлов началось в 1960 году в Калифорнийском технологическом институте – группой учёных было получено первое металлическое стекло Au75Si25. С тех пор было получено множество подобных материалов с интересными свойствами, однако пока область их практического применения нельзя назвать широкой из-за их высокой стоимости.
Между тем, потенциал применения металлических стекол велик – начиная от свёрл и бронежилетов и заканчивая имплантатами для укрепления костей и защитой космических спутников. По отраслям конечного использования рынок металлических стёкол сегментирован на электронику и электротехнику, автомобилестроение и транспорт, аэрокосмическую и оборонную промышленность, медицину и здравоохранение, спорт и досуг, э��ергетику, промышленное оборудование и другие отрасли.
Согласно маркетинговому исследованию рынок металлических стёкол вырастет с 1,9 млрд долларов в 2025 году до 3,6 млрд долларов к 2035 году при среднегодовом темпе роста 6,5%. Рынок металлических стёкол набирает обороты благодаря растущему спросу на материалы, обладающие превосходной прочностью, высокой эластичностью и устойчивостью к коррозии в электронной, аэрокосмической, биомедицинской и оборонной отраслях.
Аэрокосмическая и оборонная отрасли ценят металлические стёкла за их исключительное соотношение прочности и веса, ударопрочность и структурную стабильность в экстремальных условиях. Благодаря этим свойствам они подходят для изготовления лёгких конструктивных элементов, деталей для гашения вибрации и даже защитных броневых систем. Отсутствие границ зёрен в металлических стёклах снижает вероятность образования и распространения трещин, повышая усталостную прочность по сравнению с традиционными металлическими сплавами. Компоненты, изготовленные из металлических стёкол, также менее подвержены разрушению из-за термоциклирования, что крайне важно для аэрокосмических систем, подвергающихся воздействию переменных температур. Их способность подвергаться прецизионному литью без усадки или деформации позволяет изготавливать детали с высокими допусками.
Несмотря на то, что стоимость и масштабы производства по-прежнему ограничивают их широкое применение, интерес к исследованиям и пилотным программам по созданию передовых деталей для воздушных и космических аппаратов остаётся высоким. Постоянное стремление к снижению веса и повышению производительности в аэрокосмических миссиях способствует долгосрочной интеграции металлических стёкол в эти дорогостоящие сферы применения
Ведущие игроки на рынке металлических стёкол, если верить исследованию: Liquidmetal Technologies Inc., Amorphology Inc., Antai Technology Co., Ltd., Epson Atmix Corporation, Exmet AB, Glassimetal Technology, Heraeus Holding, Hitachi Metals Ltd., Materion Corporation, Prometal Tech, PX Group SA, Qingdao Yunlu Advanced Materials Technology Co., Ltd., RS Alloys, Usha Amorphous Metals Limited.
Несмотря на преимущества, металлические стёкла сталкиваются с трудностями при широком промышленном внедрении из-за сложности производства и высокой стоимости. Их изготовление требует точного контроля температуры и быстрого охлаждения для предотвращения кристаллизации, что ограничивает масштабируемость и увеличивает энергопотребление. Неравномерность при литье или охлаждении также может привести к ухудшению эксплуатационных характеристик, что усложняет контроль качества.
В данной статье нас интересует только патентный аспект.
Патенты на стекла
На портале Google.Patents поиск по запросу bulk metallic glass показывал около 94 000 документов на февраль 2026 г. Динамика по годам представлена на рис. 1.
Видно, что последние 20 лет наблюдалось плато в патентовании с небольшим пиком в 2013-2016 гг. Рейтинг патентообладателей:
Corning Incorporated – 2,2%;
3M Innovative Properties Company – 1,6%;
Gentex Corporation – 1,3%;
Applied Elastomerics, Inc. – 1,2%;
Cabot Corporation – 1,2%;
Apple Inc. – 1,2%;
Всё – серьёзные инновационные компании, и, что не менее важно, из США. НИ ОДНОЙ фирмы или организации в ТОП-10 из Японии, КНР или ЕС. У Америки, если верить данным выше, патентная монополия на данный вид стекол.
По тематике лидировали следующие коды МПК:
разное оборудование Y10T – 23%;
сокращение выбросов парниковых газов Y02E – 15,9%;
полупроводниковые приборы H01L – 14%;
химический состав стекла, глазурей или эмалей; обработка поверхности стекла; обработка поверхности волокон или нитей из стекла, минералов или шлака; соединение стекла со стеклом или с другими материалами C03C – 13,2%;
защита природы в разных процессах, в т. ч. биологическая очистка Y02P – 12,1%.
Нас особо интересуют полупроводниковые приборы; мы провели специальный поиск по (bulk metallic glass) (H01L). Здесь всего лишь около 29 000 патентов. Динамика патентования отличается устойчивым ростом за последнее десятилетие (рис. 2).
Топ-10 патентообладателей следующий:
Intel Corporation – 2,4%;
Samsung Electronics Co., Ltd. – 1,6%;
Applied Materials, Inc. – 1%;
Texas Instruments Incorporated – 0,9%;
Megica Corporation – 0,8%.
Как видите, тут картина принципиально иная. Также всем известные компании, но возглавляет рейтинг TSMC. Южнокорейский Samsung тут тоже на хорошей позиции.
Примеры патентов:
US10433463B2 Bulk amorphous alloy heat sink.
US20150305145A1 Joining methods for bulk metallic glasses. Corning Inc.
US20090032970A1 Stacking of integrated circuits using glassy metal bonding. Intel Corp.
А что же в России?
Поиск патентов РФ на изобретения проведён нами по рефератам в базе ФИПС по запросам «объёмное металлическое стекло» и «аморфное металлическое стекло»:
№2121011(1998) Металлическое стекло и способ получения металлического стекла. Кэлифониа Инститьют оф Текнолоджи (US). Металлическое стекло, образованное сплавом (Zr1-xTix)a1ETMa2(Cu1-Niy)b1 LTMb2Bec, содержащим по крайней мере 50% аморфной фазы, где ETM - ранний переходный металл, выбранный из группы, содержащий ванадий, ниобий гафний и хром, причем атомное процентное содержание хрома не превышает 0,2 a1; LTM - поздний переходный металл, выбранный из группы, содержащей железо, кобальт, марганец, рутений, серебро и палладий; x и y - атомные доли, a1, a2, b1, b2 и c - атомные проценты; значение x лежит в интервале от 0 до 1; значение y - в интервале от 0 до 1; значение a2 не превышает 0,4a1; значение (a1+ a2) лежит в интервале 30 - 75; значение (b1+ b2) - в интервале от 5 до 62, значение b2 не превышает 25, значение c лежит в интервале от 2 до 47, при этом сплав имеет скорость охлаждения, требуемую для подавления кристаллизации менее чем 103К/с.
На фиг. 1 схематично представлена диаграмма, на которой в логарифмической шкале показана зависимость температуры от времени. Указаны температура плавления Tm и температура стеклования Tg. Представленная типичная кривая "a" показывает начало кристаллизации как функцию времени и температуры.
№2596696 (2016) Материал на основе объемных металлических стекол на основе циркония и способ его получения в условиях низкого вакуума. Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС". Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалу на основе объемных металлических стекол на основе циркония, и может быть использовано для производства деталей микромашин и механизмов с требованиями высокой износостойкости и прочности.
№2852100 (2025) Способ получения объемного металлического стекла на основе циркония технологией селективного лазерного плавления. Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ". Изобретение относится к аморфным материалам, а именно объемным металлическим стеклам на основе циркония и способам их получения методом аддитивных технологий, а именно селективным лазерным плавлением. Указанный материал и технология его изготовления могут применяться для производства подшипников, шестеренок, датчиков давления.
Да-да! Всего 3 патента на изобретения, один из которых от знаменитого Калифорнийского политеха (который, к слову, возглавлял рейтинг выше, совпадение?).
Патентов РФ на полезные модели одна ед. Это №99004 (2010) Аморфная металлическая фибра для дисперсного армирования. ООО "Химмет" (Санкт-Петербург). Металлическая фибра из аморфного сплава-металлического стекла , выполненная в виде плоской тонкой ленты, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, на одной из поверхностей ленты сформирован микрорельеф в виде поперечных выступов и впадин, расположенных перпендикулярно под углом или под р��зными углами к продольной оси, либо в виде точечных выступов и углублений на поверхности, причем формирование указанного микрорельефа производится в процессе разливки расплава на охлаждаемый барабан, на поверхности которого предварительно сформирован поперечным шлифованием, нарезкой борозд, накаткой, химическим травлением или иным способом микрорельеф, обратный получаемому на фибре.
Открытых баз данных в РФ не зарегистрировано.
Имеется одна программа для ЭВМ №2020616321. Программа для точной количественной оценки кинетических факторов структурно-фазовых трансформаций. Казанский (Приволжский) федеральный университет. Программа предназначена для точной количественной оценки характеристик, определяющих кинетику структурно-фазовых трансформаций в неравновесных конденсированных системах (переохлажденные жидкости и стекла, переохлажденные металлические расплавы, аморфные сплавы).
Топологий интегральный схем с металлическими стёклами в открытых реестрах РФ не обнаружено.
Заключение
Объёмные металлические стекла (ОМС) получены во многих системах на основе железа, никеля, титана, циркония. Хорошую стеклообразующую способность (GFA - Glass Forming Ability) демонстрируют сплавы на основе Pd и Zr, в наибольшей степени этот эффект реализуется в системах Pd-Cu-Ni-P, Zr-Al-(Co,Ni,Cu), Zr-Ti-Be,Zr-Ti-Cu-Be, Zr-Ti-Cu-Ni-Be. Благодаря отсутствию дефектов кристаллического строения ОМС обладают сочетанием уникальных свойств: высоким сопротивлением усталости, высокой прочностью и твердостью, высокой вязкостью разрушения, хорошей износостойкостью, хорошей коррозионной и радиационной стойкостью.
В мире активно патентуются и составы ОМС, и способы их изготовления, и устройства для производства ОМС, в существенной степени – для электроники.
Лидерство компаний из США очевидно. В России же открытая патентная активность низкая.
О сервисе Онлайн Патент:
Онлайн Патент — цифровая система № 1 в рейтинге Роспатента. С 2013 года мы создаем уникальные LegalTech‑решения для защиты и управления интеллектуальной собственностью. Зарегистрируйтесь в сервисе Онлайн‑Патент и получите доступ к следующим услугам:
Онлайн‑регистрация программ, патентов на изобретение, товарных знаков, промышленного дизайна;
Опции ускоренного оформления услуг;
Бесплатный поиск по базам патентов, программ, товарных знаков;
Мониторинги новых заявок по критериям;
Онлайн‑поддержку специалистов.
