12/01/2011 - Desarrollan un nuevo vidrio metálico de máxima resistencia

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Su fortaleza es mayor a la de cualquier otro material conocido. Un grupo de ingenieros e investigadores del Department of Energy de los Estados Unidos, del Lawrence Berkeley National Laboratory y del California Institute of Technology han desarrollado una nueva tipología de vidrio metálico que supera en fuerza y resistencia a todos los materiales de este tipo que han sido producidos hasta el momento. Asimismo, se están desarrollando versiones mejoradas de este material. Por Pablo Javier Piacente.

Este nuevo vidrio metálico ofrece máxima resistencia, fuerza y tolerancia al daño. Imagen: Robert Ritchie y Marios Demetriou. Una nueva clase de vidrio, que podría ser más fuerte y resistente que el acero, ha sido desarrollado por ingenieros y científicos norteamericanos. Este nuevo tipo de vidrio metálico tolera importantes daños, alcanzando indicadores de fortaleza y resistencia que superan a todos los materiales conocidos. Al mismo tiempo, el desarrollo se sigue optimizando para obtener nuevas versiones aún más resistentes de este vidrio metálico.

Según Robert Ritchie, especialista en ciencia de materiales y líder de la investigación para el Lawrence Berkeley National Laboratory, los resultados obtenidos marcan el éxito de una nueva estrategia para la fabricación de vidrio metálico, en el marco de un escenario abierto hacia el futuro para lograr que este cristal sea aún más fuerte y duradero.

La gran innovación que supone el nuevo vidrio metálico es la incorporación de paladio, un metal con una elevada rigidez y excelentes condiciones de resistencia, que permite contrarrestar la fragilidad intrínseca de los materiales vítreos. La investigación que condujo a este desarrollo ha sido reseñada recientemente en un artículo de la revista especializada Nature Materials.

Además, el trabajo realizado por un equipo de ingenieros e investigadores del Department of Energy, del Lawrence Berkeley National Laboratory y del California Institute of Technology de los Estados Unidos ha sido difundido mediante una nota de prensa del Berkeley Lab y a través de un artículo del medio especializado Science Daily.

Una de las condiciones más importantes del nuevo vidrio metálico es que al someterse a distintas condiciones de estrés reacciona con una importante plasticidad. En consecuencia, llega a doblarse pero no se quiebra. Robert Ritchie trabajó junto a Marios Demetriou, Launey Maximilien, Garrett Glenn, Joseph Schramm, Hofmann Douglas y William Johnson, entre otros investigadores de los distintos centros implicados.

Por otro lado, una de las asignaturas pendientes en anteriores investigaciones que trabajaron para desarrollar este tipo de vidrio metálico era la propagación de grietas en el material frente a distintas circunstancias. En este nuevo trabajo, la creación de un material de cristal puro ha permitido superar este inconveniente.

En otras palabras, la composición química desarrollada actúa para incrementar la plasticidad del material, impidiendo la formación de grietas. La adición del paladio brinda a este material una capacidad inusual de resistencia, permitiendo una óptima protección frente a las grietas.

Asimismo, estas características promueven una resistencia a la fractura comparable a la obtenida en los materiales más resistentes conocidos hasta hoy. La extraña combinación de dureza, resistencia y tolerancia al daño conseguida en estos nuevos vidrios metálicos se extiende más allá de los rangos de referencia establecidos para los materiales más resistentes y robustos que pueden hallarse en la actualidad.

Próximos pasos

Según Ritchie, el próximo desafío del equipo de investigadores es tratar de ampliar este enfoque basado en la máxima plasticidad de los vidrios metálicos, que permite su mayor resistencia, a través de distintos cambios en la composición. Por ejemplo, una nueva mezcla incluye silicio, fósforo y germanio.

Los resultados iniciales de esta nueva composición permitieron incrementar el grosor de las varillas de vidrio producidas de aproximadamente un milímetro de diámetro hasta los seis milímetros. El tamaño del cristal metálico está limitado por la necesidad de enfriamiento rápido, pero sin embargo los avances en este punto han sido considerados como muy importantes.

El nuevo vidrio metálico fue fabricado por Marios Demetriou en Cal Tech, mientras que la caracterización y el ensayo se realizaron en el Berkeley Lab por parte del grupo conducido por Ritchie. Este trabajo fue financiado por el Department of Energy de los Estados Unidos y la National Science Foundation.

Vale destacar que aunque tradicionalmente fuerza y resistencia han sido consideradas como propiedades exclusivas en los materiales, sin que se presenten en forma simultánea en grados similares, el nuevo vidrio metálico las integra con la misma efectividad. De esta manera, la investigación ha logrado sobrepasar los límites de la tolerancia al daño que pueden ser factibles en un metal estructural.

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