Vidrios Metalicos

M AT ER IALES

Vidrios metálicos
Cuando el desorden estructural se convierte en una ventaja
Cuando se menciona la palabra vidrio, a
uno le vienen a la mente imágenes de ventanas, botellas o frascos «de cristal». Todos estos objetos se encuentran formados
por materiales inorgánicos transparentes,
frágiles y duros, compuestos en su mayor
parte por óxido de silicio y carbonatos de
sodio ycalcio. Desde un punto de vista microestructural, los vidrios no son cristales,
sino materiales amorfos: la disposición de
sus átomos no sigue ningún patrón geométrico regular.
Los metales, por otra parte, suelen
presentar una estructura atómica ordenada o cristalina; sin embargo, bajo determinadas condiciones también pueden
adoptar estructuras amorfas. Tales materiales se denominan vidriosmetálicos.
Destacan por sus particulares propiedades mecánicas: pueden ser hasta tres
veces más duros que los aceros, más elásticos que los materiales cerámicos y resultan menos frágiles que los vidrios
transparentes basados en óxidos. Además, sus propiedades magnéticas (baja

coercitividad, elevada permeabilidad o
alta magnetización de saturación) permiten aplicaciones en núcleos detransformadores eléctricos. La mayoría de los
vidrios metálicos muestra una gran resistencia a la corrosión, por lo que algunos se utilizan como biomateriales
para implantes óseos o recubrimientos
dentales.
La mayoría de esas excelentes propiedades se debe justamente a su estructura
amorfa. Al contrario de lo que ocurre con
los metales cristalinos, en los vidrios metálicos los átomos se encuentrancolocados al azar. Como consecuencia, los mecanismos de deformación típicos de los
metales (dislocaciones, deslizamiento intergranular, faltas de apilamiento, etcétera) no se aplican a los vidrios metálicos.
Los metales amorfos se deforman mediante la creación de bandas de cizalla. Estas
bandas aparecen cuando la tensión mecánica aplicada sobrepasa el límite elástico,
en cuyo caso se genera unagran cantidad
de volumen libre (dilatación del material

LOS METALES MÁS DUROS
Debido a su estructura amorfa, las propiedades de los vidrios metálicos se acercan más a las
del diamante que las de las aleaciones metálicas tradicionales. El módulo de Young cuantifica
las deformaciones elásticas que sufre un material bajo la acción de una fuerza externa; el límite
elástico es una medida de latensión máxima que puede soportar un material antes de deformarse de manera permanente y es proporcional a la dureza. Esta gráfica, que compara las propiedades de los vidrios metálicos con las de otros materiales sólidos, pone de manifiesto que los
vidrios metálicos se hallan entre los materiales más duros que existen en la naturaleza.
Diamante

Módulo de Young (gigapascales)

1000

SiCAceros/
Aleaciones Ti superaleaciones ZrO2
Aleaciones Cu

100

WC

Aleaciones Al
Aleaciones
Pb

10

Resinas

Madera

1

Vidrios
metálicos

Aleaciones Mg
Límite
teórico

Nailon

Polímeros

0,1
1

10

100
Límite elástico (megapascales)

8 INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, enero 2011

1000

10.000

amorfo) que provoca deslizamiento por
cizalla. Para nuclear estasbandas es necesario aplicar tensiones mucho más elevadas que las que se necesitan para activar
dislocaciones en metales cristalinos, motivo por el que los vidrios metálicos presentan unos valores de dureza mecánica
muy superiores a los de las aleaciones cristalinas.
Sin embargo, los vidrios metálicos no
se forman de manera espontánea, ya que
en condiciones normales todos los metales tienden aorganizarse en estructuras
cristalinas ordenadas. Los primeros vidrios metálicos masivos, con dimensiones
laterales superiores a 0,5 milímetros, empezaron a fabricarse durante los años setenta y ochenta, sobre todo en Japón (por
parte del grupo dirigido por Akihisa
Inoue, de la Universidad de Tohoku) y en
Estados Unidos (a cargo del grupo de William Johnson, del Instituto de Tecnología
de...