8INVESTIGACIN Y CIENCIA, enero 2011PanoramaJORDI SORTCuando se menciona la palabra vidrio, a uno le vienen a la mente imgenes de ven-tanas, botellas o frascos de cristal. To-dos estos objetos se encuentran formados por materiales inorgnicos transparentes, frgiles y duros, compuestos en su mayor parte por xido de silicio y carbonatos de sodio y calcio. Desde un punto de vista mi-croestructural, los vidrios no son cristales, sino materiales amorfos: la disposicin de sus tomos no sigue ningn patrn geom-trico regular.Los metales, por otra parte, suelen presentar una estructura atmica orde-nada o cristalina; sin embargo, bajo de-terminadas condiciones tambin pueden adoptar estructuras amorfas. Tales mate-riales se denominan vidrios metlicos. Destacan por sus particulares propieda-des mecnicas: pueden ser hasta tres veces ms duros que los aceros, ms els-ticos que los materiales cermicos y re-sultanmenosfrgilesquelosvidrios transparentes basados en xidos. Ade-ms, sus propiedades magnticas (baja coercitividad, elevada permeabilidad o alta magnetizacin de saturacin) per- miten aplicaciones en ncleos de trans-formadores elctricos. La mayora de los vidrios metlicos muestra una gran re- sistencia a la corrosin, por lo que al- gunos se utilizan como biomateriales para implantes seos o recubrimientos dentales.La mayora de esas excelentes propie-dades se debe justamente a su estructura amorfa. Al contrario de lo que ocurre con los metales cristalinos, en los vidrios me-tlicos los tomos se encuentran coloca-dos al azar. Como consecuencia, los meca-nismosdedeformacintpicosdelos metales (dislocaciones, deslizamiento in-tergranular, faltas de apilamiento, etcte-ra) no se aplican a los vidrios metlicos. Los metales amorfos se deforman median-te la creacin de bandas de cizalla. Estas bandas aparecen cuando la tensin mec-nica aplicada sobrepasa el lmite elstico, en cuyo caso se genera una gran cantidad de volumen libre (dilatacin del material amorfo) que provoca deslizamiento por cizalla. Para nuclear estas bandas es nece-sario aplicar tensiones mucho ms eleva-das que las que se necesitan para activar dislocaciones en metales cristalinos, mo-tivo por el que los vidrios metlicos pre-sentan unos valores de dureza mecnica muy superiores a los de las aleaciones cris-talinas.Sin embargo, los vidrios metlicos no se forman de manera espontnea, ya que en condiciones normales todos los meta-les tienden a organizarse en estructuras cristalinas ordenadas. Los primeros vi-drios metlicos masivos, con dimensiones laterales superiores a 0,5 milmetros, em-pezaron a fabricarse durante los aos se-tenta y ochenta, sobre todo en Japn (por partedelgrupodirigidoporAkihisa Inoue, de la Universidad de Tohoku) y en Estados Unidos (a cargo del grupo de Wi-lliam Johnson, del Instituto de Tecnologa de California). Solo durante el ltimo de-cenio se han conseguido piezas de vidrios metlicos de varios centmetros de dime-tro, con aplicaciones industriales. En ge-neral, se obtienen mediante enfriamientos ultrarrpidos (a velocidades superiores a los 100oC por segundo) de aleaciones fun-didas de tres o ms especies metlicas (por ejemplo, Zr-Ti-Cu-Ni-Be, Pd-Cu-Si o Mg-Cu-Y).Durante los ltimos aos nuestro gru-po ha investigado la fabricacin y las pro-piedades de varias familias de vidrios metlicos. Hemos observado que algunos vidrios basados en hierro cristalizan lo-calmente mediante la aplicacin de estrs mecnico (por ejemplo, por nanoinden-tacin),unaparticularidadquequiz permita aplicaciones futuras en el alma-cenaje magntico de datos. El estudio de las propiedades de los vidrios metlicos basados en tierras raras ha puesto de ma-nifesto que resultan moldeables a tem-peraturas muy cercanas a la temperatura ambiente. Tambin hemos investigado la resistencia a la corrosin en fuidos bio-lgicos in vitro de vidrios metlicos basa-dos en titanio, y hemos podido comprobar que exhiben una resistencia mayor que las aleaciones Ti-Al-V que, a da de hoy, se utilizan en implantes ortopdicos.La elevada dureza de los vidrios met-licos permite aplicaciones muy variadas, ya sean militares (perforacin de bnke-res), aeroespaciales, en la fabricacin de material deportivo (raquetas o palos de golf ), microengranajes o micromuelles. Cabe destacar que, a pesar de su elevada MATERI ALESVidrios metlicosCuando el desorden estructural se convierte en una ventajaLOSMETALESMSDUROSDebido a su estructura amorfa, las propiedades de los vidrios metlicos se acercan ms a las del diamante que las de las aleaciones metlicas tradicionales. El mdulo de Young cuantifca las deformaciones elsticas que sufre un material bajo la accin de una fuerza externa; el lmite elstico es una medida de la tensin mxima que puede soportar un material antes de defor-marse de manera permanente y es proporcional a la dureza. Esta grfca, que compara las pro-piedades de los vidrios metlicos con las de otros materiales slidos, pone de manifesto que los vidrios metlicos se hallan entre los materiales ms duros que existen en la naturaleza.DiamanteNailonPolmerosMadera110,110100100010 100Lmite elstico (megapascales)Mdulo de Young (gigapascales)1000 10.000ResinasLmite tericoVidrios metlicosSiCWCZrO2Aleaciones PbAleaciones AlAleaciones MgAleaciones CuAleaciones TiAceros/ superaleacionesPanoramaEnero 2011, InvestigacionyCiencia.es9JORDI SORT dureza, los vidrios metlicos pueden ser moldeados o estampados con precisin micromtrica si se calientan por encima de la temperatura de transicin vtrea (del orden de los 200 o 300oC). En este rango de temperaturas su comportamiento es similar al de los plsticos, ya que se defor-man con relativa facilidad. Adems, debi-do a la ausencia de granos cristalinos, los vidrios metlicos pueden aflarse con una precisin enorme: resulta posible obtener Bandas de cizalla originadas durante una indentacin en la superfcie de un vidrio metlico (izquierda) y en la superfcie lateral de un vidrio metlico previamente comprimido (derecha). Las bandas de cizalla aparecen cuando la tensin mecnica aplicada sobrepasa el lmite elstico. La tensin requerida para provocar el desplazamiento por cizalla es mucho ms elevada que la necesaria para deformar un metal cristalino.bordes o puntas con dimensiones laterales de tan solo unos nanmetros (el tamao de unos pocos tomos). Ello permite apli-caciones en microciruga (para los bisturs empleados en oftalmologa, por ejemplo) y en microscopa de fuerza atmica (para las puntas de los microscopios que miden la rugosidad y la topologa de los materia-les a escala nanomtrica).A pesar de que, en comparacin con los metales cristalinos, el coste de los vidrios metlicos contina siendo elevado, existen en la actualidad varios grupos de investi-gacin y empresas dedicados al desarrollo de nuevas composiciones y tcnicas de fa-bricacin, con el objetivo de abaratar cos-tes. Dadas sus particulares propiedades, se espera que los vidrios metlicos se convier-tan en uno de los materiales del futuro.Jordi Sort Investigador ICREA Departamento de Fsica Universidad Autnoma de Barcelona1 m200 m