Trabajo ID42ASemestre Primavera, 1999Slidos Amorfos

Integrantes del grupo:Claudia AndradeChristian ContrerasPriscilla ConterasMarcela FloresCarolina Garca

Temario:Qu son los Materiales AmorfosObtencin de Slidos AmorfosPropiedades de Slidos AmorfosAplicacionesBibliografaComentarios y Preguntas

Qu son los Materiales AmorfosNo son materiales nuevosGran cantidad de materiales pueden ser reconocidos como amorfosIdentificables por sus propiedades

Qu son los Materiales AmorfosPROPIEDADESmolculas distribuidas al azarno hay orden de largo alcancealeatoriedad en el sentido del spinpropiedades fsicas idnticas en todas direccioneselasticidad de los cristales (ocasionalmente)no tienen un punto de fusin bien definidobuenas propiedades electromagnticas

Qu son los Materiales AmorfosSe pueden considerar sustancias lquidas sobreenfriadasflujo bajo presin: despreciableCaso tpico: VIDRIO

Obtencin de Slidos AmorfosProbablemente todos los materiales pueden, si se enfran con suficiente rapidez y lejana de la temperatura crtica, ser transformados en slidos amorfos- D. Turnbull , 1969Tendencia a formar sustancias amorfasMtodo de la Fundicin Templada

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin TempladaBloque Congelador Melt-SpinningSplat-CoolingTemplado con LquidoTemplado al aireEvaporacinCondensacin del Vapor

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin TempladaBloque Congelador Melt-SpinningSplat-CoolingTemplado con LquidoTemplado al aireEvaporacinCondensacin del Vapor

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin Templada: Bloque CongeladorMelt-SpinningBloque congelador en un templado giratorioChorro de metal fundido propulsado contra el superficie de cilindro de cobre mientras este gira rpidamente=> lquido se enfra y solidifica rpidamente(T ambiente menor)

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin Templada: Bloque CongeladorMelt-Spinning

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin Templada: Bloque CongeladorMelt-SpinningResultado:Cinta de 50 micrones de espesor(un grosor mayor resulta en un material policristalino)

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin TempladaBloque Congelador Melt-SpinningSplat-CoolingTemplado con LquidoTemplado al aireEvaporacinCondensacin del Vapor

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin Templada: Bloque CongeladorSplat-Cooling , splat-quenching, hammer-and-anvilenfra lquido destilado y golpea desde ambos lados

velocidad de templado

del orden de

[105, 108] K/seg.

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin TempladaBloque Congelador Melt-SpinningSplat-CoolingTemplado con LquidoTemplado al aireEvaporacinCondensacin del Vapor

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin Templada: Templado con lquidoTemplado de vidrio (ej. selenio amorfo)permite formacin de macizo

velocidad de templado

del orden de

[101, 102] K/seg.

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin TempladaBloque Congelador Melt-SpinningSplat-CoolingTemplado con LquidoTemplado al aireEvaporacinCondensacin del Vapor

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin Templada: Templado al aireMateriales con tendencia a la formacin de slidos amorfosse apaga el horno (enfriamiento ms lento)

vel. de templado

del orden de

[101, 102] K/seg.

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin TempladaBloque Congelador Melt-SpinningSplat-CoolingTemplado con LquidoTemplado al aireEvaporacin Condensacin del Vapor

Obtencin de Slidos AmorfosFundicin Templada: EvaporacinCondensacin del Vaporvapor choca y se deposita la superficie fra formndose materia amorfa

vel. de templado

del orden de

[109] K/seg.

Propiedades de Slidos AmorfosPropiedades TrmicasPropiedades MecnicasPropiedades ElsticasPropiedades Magnticas de Aleaciones Pd-Ni-Fe-P

Propiedades de Slidos AmorfosPropiedades TrmicasPropiedades MecnicasPropiedades ElsticasPropiedades Magnticas de Aleaciones Pd-Ni-Fe-P

Propiedades Trmicas de Slidos AmorfosMedida de estabilidad trmica de un lquido sobre enfriado:T =Tx Tg Tx: temp. cristalizacinPolmeros: comportamiento a altas y bajas temperaturas (lquido viscoso , contra duro, rgido y frgil)puede solidificar como amorfo (si tiene irregularidades en su estructura) cristalinoTg : temperatura de transicin vtrea. Pasa de elstico a slido duro, rgido y frgil.

Propiedades Trmicas de Slidos AmorfosEstado vtreo en polmeros:ms flexiblesmenos voluminososcon eterotomos en sus cadenasPermanecen flexibles y giran a bajas temperaturas.Ej: Silicones (123 C), polietileno (120 C), hule natural (73C)

Propiedades Trmicas de Slidos AmorfosOtros polmerosgrupos grandespolares polarizablesbaja movilidad vtreos a temperatura ambientepara reblandecer : altas temperaturas.

Propiedades de Slidos AmorfosPropiedades TrmicasPropiedades MecnicasPropiedades ElsticasPropiedades Magnticas de Aleaciones Pd-Ni-Fe-P

Propiedades Mecnicas de Slidos AmorfosUsados en construccinResistentesDurosResistentes a la accin qumica y fsicaEjemplos: cueros celulosacaucho vidriofibras textiles pinturasresinas sintticas, ms otros.

Propiedades Mecnicas de Slidos AmorfosUsados en construccinResistentesDurosResistentes a la accin qumica y fsicaEjemplos: cueros celulosacaucho vidriofibras textiles pinturasresinas sintticas, ms otros.

Propiedades Mecnicas de Slidos AmorfosOrigen del comportamiento en Polmeroscadenas se mueven menos y se contraen msdisminuye volumensegmentos de cadenas giran menosse llega a Tg (dejan de girar)material se pone rgidose vuelve vtreo (frgil) - no amortiguan impactos

Propiedades de Slidos AmorfosPropiedades TrmicasPropiedades MecnicasPropiedades ElsticasPropiedades Magnticas de Aleaciones Pd-Ni-Fe-P

Propiedades Elsticas de Slidos AmorfosPara determinar propiedades: espectroscopio de ultrasonido resonanteAleaciones de istropos amorfos tienen 2 constantes elsticas de rigidez de segundo orden

Propiedades Elsticas de Slidos Amorfos

Muestra

E mdulo de Young

( densidad

(D(K) temperatura Debye

Pd25Ni57P18

Pd40Ni40P20

Pd50Ni34P16

Pd40Cu40P20

Pd50Cu30P20

Pd60Cu20P20

112

103

110

93

92

91

8.97

9.36

9.84

9.30

9.46

9.78

311

286

285

269

262

254

Propiedades Elsticas de Slidos AmorfosSust. usadas sin cambios en estructura primaria:algodn, lino y lanapurificadas, coloreadas y elaboradas mecnicamenteSust. con cambios en estructura primaria:cambio de plasticidad previo a usoen estado plstico se modelanluego de vuelven rgidas

Propiedades de Slidos AmorfosPropiedades TrmicasPropiedades MecnicasPropiedades ElsticasPropiedades Magnticas de Aleaciones Pd-Ni-Fe-P

Propiedades Magnticas de Aleaciones Pd-Ni-Fe-PSon vidrios bajo 30 K (por susceptibilidad magntica)Fig.: susceptibilidad de campo enfriado y la susceptibilidad de campo a 0 K para Pd40Ni22.5Fe17.5 P20 en funcin de la temperaturaEn rojo: susceptibilidad a 0K

Aplicaciones Slidos amorfos (1)Formacin de cintas de materiales magnticos blandosaleaciones ferrosas distintas a aceros convencionales: aleante primario es el boroausencia de bordes de grano => facilidad de movimiento de paredes de dominiosacoplados con alta resistividad => ncleos de transformadorfuente mnima de prdida de energa

Aplicaciones Slidos amorfos (1)Formacin de cintas de materiales magnticos blandosaleaciones ferrosas distintas a aceros convencionales: aleante primario es el boroausencia de bordes de grano => facilidad de movimiento de paredes de dominiosacoplados con alta resistividad => ncleos de transformadorfuente mnima de prdida de energa

Aplicaciones Slidos amorfos (1)Notar pequea reas de ciclo de histresisenerga reducida al recorrer el ciclo

Aplicaciones Slidos amorfos (2)Nueva generacin de materiales magnticos blandos (Universidad de Buenos Aires): Fe73.5Si22.5-xBxNb3Cu1 (x=6,8,9,10,12) (FINEMET)distintas temp. De recocidomateriales nanoestructurados (tamao de grano)rodeados de matriz amorfamagnetismo extremadamente blandodescubiertos por HITACHI (1988)uso: sensores ncleos de transformadoresproblema: frgil

Aplicaciones Slidos amorfos (3)Uso: superficies resistentes a la corrosin y desgaste mecnicoIndustrias beneficiadas automotriz y aeronuticasistema: Al-Fe-Nb con base de Aluminioenfriamiento rpidomelt-spinningespesores entre 20 y 30 microns

Aplicaciones Slidos amorfos (4)Uso:transformadores de la red de distribucin elctricaaleacin FeB-Simagnetizando el mat. Amorfo se reducen prdidas del trnasformador en un 75%dificil reemplazo, ya que metal amorfo es ms delgado y frgil que lo existete

Aplicaciones Slidos amorfos (5)Uso: fuente magntica, ncleos de transformadorFe80B11Si9, posee gran estabilidad trmicacostos razonablesinduccin de saturacin de 1.59T induccin de saturacin del 80% del acero silicio-muy usado - genera el 30% de sus prdidas

Aplicaciones Slidos amorfos (5)Lneas continuas: metal amorfo Fe80B11Si9, de 30 micrones de espesorLneas punteadas: acero silicio de 0.28 mm de espesor

Aplicaciones: Plantas de Distribucin ElctricaNcleos de Fe-B-Si ms eficientes magnetizando que el aceroreduccin del 75% de las prdidasno factible an el reemplazo debido a dureza y fragilidaddeben ser compatibles con sistema existentedeben prestar servicio de al menos 30 aos

Aplicaciones: Plantas de Distribucin ElctricaPrimer metal amorfo comercial: METGLAS 2826 (Fe40 Ni40 P14 B6)fcil de fabricarbuenas propiedades mecnicas y magnticasbaja induccin de saturacin y cristalizacintemperatura limita uso a bajo poderaplicacin a altas frecuencias

Aplicaciones: Plantas de Distribucin ElctricaEstudios para crear material parecido al aceroResultado: Fe80 B11 Si9usado en aplicaciones magnticas

BibliografaWarren K. Lewis, Qumica Industrial de los Materiales Coloidales y Amorfos (1948)Richard Zallen ,The physiscs of amorphous solidsS.R.Ellioot,Physiscs of amorphous materials , 2da EdicinJames F. Shackelford, Ciencia de materiales para ingenieros, Editorial Prentice Hall Hispanoamericana S.A., 3 Edicin, Mxico, 1995.

Comentarios y Preguntas