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Metais amorfos (vidro metálico)

1960
  • Pol Duwez
Cena de laboratório com um cientista despejando uma liga fundida para metais amorfos em física de estado sólido.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Metais amorfos, ou vidros metálicos, são ligas com uma estrutura atômica desordenada e não cristalina, semelhante à do vidro comum. Isso é obtido pelo resfriamento do metal fundido. liga a taxas extremamente altas (por exemplo, 10^6 K/s), impedindo que os átomos se organizem em uma rede cristalina regular. Por não possuírem contornos de grão, exibem propriedades únicas, como alta resistência, elasticidade e resistência à corrosão.

A criação de um metal amorfo requer que se evite a cristalização durante a solidificação. Todo líquido, quando resfriado, possui uma estrutura amorfa. termodinâmica A força motriz para a cristalização é um processo que leva tempo para que os átomos se organizem. Ao resfriar a liga fundida mais rapidamente do que essa taxa crítica, a estrutura desordenada do líquido é "congelada" no estado sólido. A primeira liga amorfa, Au₇₅Si₂₅, foi produzida pela equipe de Pol Duwez usando uma "técnica de canhão" para propelir uma gota fundida sobre um substrato de cobre frio, alcançando o resfriamento rápido necessário.

Um desafio significativo era a limitação a fitas ou lâminas muito finas, já que o calor não podia ser extraído com rapidez suficiente de seções mais espessas. Isso levou ao desenvolvimento dos Vidros Metálicos em Massa (BMGs). Os BMGs são ligas multicomponentes (tipicamente 3 ou mais elementos) com grandes discrepâncias de tamanho atômico, o que dificulta o processo de cristalização e reduz drasticamente a taxa crítica de resfriamento necessária, permitindo a fundição de peças com vários centímetros de espessura. Ao contrário dos metais cristalinos que se deformam plasticamente por meio do movimento de deslocamentos, os vidros metálicos se deformam elasticamente a tensões muito maiores. Uma vez ultrapassado o limite elástico, a deformação se localiza em regiões estreitas chamadas bandas de cisalhamento, frequentemente levando a falhas catastróficas com pouca ou nenhuma perda de eficiência geral. ductilidadeEssa combinação de extrema resistência e tenacidade limitada é uma área fundamental de pesquisa em andamento.

UNESCO Nomenclature: 2211
Física do estado sólido

Tipo

Material

Interrupção

Incremental

Uso

Nicho/Especializado

Precursores

  • Compreensão da formação de vidro em silicatos e polímeros
  • desenvolvimento de técnicas de solidificação rápida (ex: fiação por fusão, têmpera por impacto)
  • teorias termodinâmicas de nucleação e crescimento de cristais
  • O conceito de temperatura de transição vítrea em polímeros

Aplicações

  • Núcleos de transformadores de alta eficiência devido à baixa perda por histerese magnética
  • Artigos esportivos de alta qualidade, como cabeças de tacos de golfe e tacos de beisebol.
  • Invólucros para eletrônicos de consumo (ex.: smartphones, relógios)
  • Lâminas e bisturis cirúrgicos de precisão
  • Revestimentos resistentes ao desgaste para peças industriais

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • biocompatible, resorbable medical stents that dissolve controllably over time
  • wear-resistant, self-sharpening coatings for cutting tools and industrial machinery
  • advanced springs with near-perfect energy return for high-precision instruments
  • lightweight, high-strength structural components for aerospace and defense
  • next-generation data storage media using unique magnetic properties
  • highly efficient catalisadores with unique surface electronic structures
  • armor-piercing projectiles with superior penetration capabilities
  • corrosion-proof marine hardware and dessalinização plant components
  • fuel cell membranes with enhanced durability and performance
  • high-fidelity audio components like speaker diaphragms and headphone drivers
Related to: amorphous metal, metallic glass, non-crystalline, rapid cooling, bulk metallic glass, glass transition, high strength, resistência à corrosão, solid state physics, shear bands.

Contexto histórico

Metais amorfos (vidro metálico)

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(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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