Criado um vidro mais forte do que o aço

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/01/2011

Microfotografia de um entalhe feito no novo vidro metálico, mostrando a "blindagem plástica" contra trincas.
[Imagem: Ritchie/Demetriou]

Um vidro mais forte e mais resistente do que o aço?

Não apenas isso, mas um vidro resistente a danos que supera a tenacidade e a resistência de qualquer material conhecido.

E seus criadores, uma equipe de vários laboratórios dos Estados Unidos, afirmam que versões ainda melhores são teoricamente possíveis de se conseguir.

Vidro metálico

O novo vidro metálico é uma microliga contendo paládio, um metal com uma elevada resistência à deformação, o que neutraliza a fragilidade intrínseca dos materiais vítreos.

"Este é o primeiro uso de uma nova estratégia para a fabricação de vidros metálicos, e acreditamos que podemos usá-la para tornar o vidro ainda mais forte e resistente," afirma Robert Ritchie, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, um dos membros da equipe.

Segundo o pesquisador, devido ao elevado módulo de resistência ao cisalhamento do material com paládio, a energia necessária para formar bandas de cisalhamento é muito menor do que a energia necessária para transformar essas bandas de cisalhamento em rachaduras

"O resultado é que o vidro mostra uma extensa plasticidade em resposta ao estresse, permitindo que ele se curve, em vez de se quebrar," diz Ritchie.

Interrupção das trincas

Os materiais vítreos não são exatamente sólidos - eles têm uma estrutura não-cristalina, amorfa, que os torna inerentemente fortes, mas muito quebradiços.

Enquanto a estrutura cristalina dos metais oferece obstáculos microestruturais - como inclusões, contornos de grânulos etc - que inibem a propagação das rachaduras, não há nada na estrutura amorfa de um vidro que interrompa a propagação de uma trinca.

A adição de prata à composição do vidro metálico permitiu aos pesquisadores expandir a espessura das hastes de paládio vítreo para seis milímetros.
[Imagem: Caltech/Marios D. Demetriou]

O problema é especialmente sério nos vidros metálicos, onde bandas de cisalhamento individuais podem se formar e se estender por todo o material, o que leva a falhas radicais sob tensões muito pequenas.

Anteriormente, o grupo havia descoberto que a introdução de uma fase cristalina de um metal no vidro era capaz de interromper a propagação das trincas - veja Vidro metálico de titânio supera ligas tradicionais do metal.

Esta fase cristalina, que assume a forma de padrões dendríticos que permeiam a estrutura amorfa do vidro, funciona como barreiras microestruturais para evitar a propagação da rachadura.

Plasticidade

Neste novo trabalho, a equipe produziu um material de vidro puro, cuja composição química única gera uma ampla plasticidade pela formação de bandas de cisalhamento múltiplas, antes que as bandas individuais se transformem em rachaduras.

As amostras iniciais do novo vidro metálico eram microligas de paládio com silício, fósforo e germânio, que permitiram a fabricação de bastões de vidro de aproximadamente um milímetro de diâmetro.

A adição de prata para o mix permitiu aos pesquisadores expandir a espessura das hastes de vidro para seis milímetros.

As dimensões das peças de vidro metálico são limitadas pela necessidade de esfriar rapidamente os metais líquidos para formar sua estrutura final amorfa, mas os cientistas afirmam que refinamentos na técnica deverão permitir a criação de materiais ainda mais resistentes e fortes.

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