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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.

La creación de un metal amorfo requiere evitar la cristalización durante la solidificación. Todo líquido, al enfriarse, tiene una termodinámica La fuerza impulsora es la cristalización, pero este proceso requiere tiempo para que los átomos se organicen. Al enfriar la aleación fundida más rápido que esta velocidad crítica, la estructura desordenada del líquido se "congela" en estado sólido. La primera aleación amorfa, Au₇₅Si₂₅, fue producida por el equipo de Pol Duwez utilizando una "técnica de cañón" para impulsar una gota fundida sobre un sustrato de cobre frío, logrando así el enfriamiento rápido necesario.

Un desafío importante fue la limitación a cintas o láminas muy delgadas, ya que el calor no se podía extraer con la suficiente rapidez de secciones más gruesas. Esto condujo al desarrollo de vidrios metálicos a granel (BMG). Los BMG son aleaciones multicomponentes (normalmente de 3 o más elementos) con grandes desajustes en el tamaño atómico, lo que dificulta el proceso de cristalización y reduce drásticamente la velocidad de enfriamiento crítica requerida, permitiendo la fundición de piezas de varios centímetros de espesor. A diferencia de los metales cristalinos que se deforman plásticamente mediante el movimiento de dislocaciones, los vidrios metálicos se deforman elásticamente a deformaciones mucho mayores. Una vez que se supera su límite elástico, la deformación se localiza en regiones estrechas llamadas bandas de cizallamiento, lo que a menudo conduce a una falla catastrófica con poca o ninguna resistencia total. ductilidadEsta combinación de extrema resistencia 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

  • stents médicos biocompatibles y reabsorbibles que se disuelven de forma controlada con el tiempo
  • Recubrimientos autoafilantes y resistentes al desgaste para herramientas de corte y maquinaria industrial
  • Resortes avanzados con retorno de energía casi perfecto para instrumentos de alta precisión
  • Componentes estructurales ligeros y de alta resistencia para la industria aeroespacial y de defensa
  • Medios de almacenamiento de datos de próxima generación que utilizan propiedades magnéticas únicas
  • highly efficient catalizadores with unique surface electronic structures
  • proyectiles perforantes con capacidades de penetración superiores
  • corrosion-proof marine hardware and desalinización plant components
  • Membranas de pilas de combustible con mayor durabilidad y rendimiento
  • Componentes de audio de alta fidelidad, como diafragmas de altavoces y controladores de auriculares.
Related to: amorphous metal, metallic glass, non-crystalline, rapid cooling, bulk metallic glass, glass transition, high strength, resistencia a la corrosión, solid state physics, shear bands.

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)

décimo año aniversario

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