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Metales amorfos (vidrio metálico)

1960
  • Pol Duwez
Escena de laboratorio con científico vertiendo aleación fundida para metales amorfos en física del estado sólido.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Los metales amorfos, o vidrios metálicos, son aleaciones con una estructura atómica desordenada y no cristalina, similar a la del vidrio común. Esto se logra enfriando el metal fundido. aleación a velocidades extremadamente altas (por ejemplo, [latex]10^6[/latex] K/s), lo que impide que los átomos se organicen en una red cristalina regular. Al carecer de límites de grano, exhiben propiedades únicas como alta resistencia, elasticidad y resistencia a la corrosión.

The creation of an amorphous metal requires bypassing crystallization during solidification. Every liquid, when cooled, has a thermodynamic driving force to crystallize, but this process takes time for atoms to arrange themselves. By cooling the molten alloy faster than this critical rate, the liquid’s disordered structure is ‘frozen’ into the solid state. The first amorphous alloy, Au₇₅Si₂₅, was produced by Pol Duwez’s team using a ‘gun technique’ to propel a molten droplet onto a cold copper substrate, achieving the necessary rapid quenching.

Un desafío significativo fue la limitación a cintas o láminas muy delgadas, ya que el calor no podía extraerse con la suficiente rapidez de las secciones más gruesas. Esto condujo al desarrollo de los Vidrios Metálicos a Granel (BMG). Los BMG son aleaciones multicomponentes (típicamente de 3 o más elementos) con grandes desajustes de tamaño atómico, lo que frustra el proceso de cristalización y reduce drásticamente la velocidad crítica de enfriamiento requerida, permitiendo la fundición de piezas de varios centímetros de espesor. A diferencia de los metales cristalinos que se deforman plásticamente por movimiento de dislocación, los vidrios metálicos se deforman elásticamente a deformaciones mucho mayores. Una vez que se excede su límite elástico, la deformación se localiza en regiones estrechas llamadas bandas de cizallamiento, lo que a menudo conduce a un fallo catastrófico con poca o ninguna ductilidad general. Esta combinación de resistencia extrema pero tenacidad limitada es un área clave de investigación en curso.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Física del estado sólido

Tipo

Material

Ruptura

Incremental

Uso

Nicho/Especialización

Precursores

  • Comprensión de la formación de vidrio en silicatos y polímeros.
  • Desarrollo de técnicas de solidificación rápida (por ejemplo, hilado por fusión, temple por salpicadura)
  • teorías termodinámicas de la nucleación y el crecimiento de cristales
  • El concepto de temperatura de transición vítrea en polímeros

Aplicaciones

  • Núcleos de transformadores de alta eficiencia debido a la baja pérdida de histéresis magnética
  • Artículos deportivos de alta gama, como cabezas de palos de golf y bates de béisbol.
  • carcasas para productos electrónicos de consumo (por ejemplo, teléfonos inteligentes, relojes)
  • hojas y bisturíes quirúrgicos de precisión
  • Recubrimientos resistentes al desgaste para piezas industriales

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: metal amorfo, vidrio metálico, no cristalino, enfriamiento rápido, vidrio metálico a granel, transición vítrea, alta resistencia, resistencia a la corrosión, física del estado sólido, bandas de cizallamiento.

Contexto histórico

Metales amorfos (vidrio metálico)

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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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