¿Que son los nanocristalinos? – Magmattec

¿Que son los nanocristalinos?

melt spinner

Para comprender el concepto de material nanocristalino, es necesario introducir el concepto de material amorfo y cristalino.

Estructura cristalina: materiales cristalinos tienen sus átomos organizados en una estructura ordenada periódica.  Implicando en baja resitividad eléctrica, y en el caso de materiales magnéticos: anisotropías magneto-cristalina y coercividad altas.

Estructura amorfa: en este caso no existe orden de largo alcance en la estructura atómica.  Los átomos están dispuestos aleatoriamente en el material (similar a un “líquido congelado”).  Esto implica una alta resistividad eléctrica, y en el caso de materiales magnéticos, baja coercividad y alta permeabilidad (debido a baja anisotropía magnetocristalina).

Los materiales nanocristalinos son compuestos básicamente de granos cristalinos de tamaño nanométrico inmersos en un material amorfo.

cristalino X amorfo X nanocristalino

Para producir una estructura amorfa son utilizadas técnicas de resfriamiento ultra-rápido, como la técnica de melt-spinning.  En aleaciones metálicas, una estructura nanocristalina puede obtenerse a través del crecimiento controlado de nanocristales provocados por tratamientos térmicos adecuados.

MELT SPINNING:

La técnica de “melt-spinning” [1] consiste en llevar el material a su punto de fusión y conducirlo en la forma de un chorro, sobre una rueda (de alta conductividad térmica) que gira a velocidades alrededor de 60 m/s en la superficie.  De esta forma el material es enfriado rápidamente, a un flujo aproximado de 106K/s, produciendo cintas de cerca de 10 a 40 µm de espesor

melt spinner

 

El material en el estado líquido (fundido) tiene sus átomos en movimiento y dispuestos al azar.  Imponiendo un enfriamiento rápido suficiente, la estructura desorganizada se solidifica en esta condición, impidiendo la nucleación y el crecimiento de granos.  Se obtiene así el material amorfo sólido.

En la práctica, dependiendo de la composición química y del flujo de enfriamiento, es posible obtener una gran variedad de microestructuras, entre amorfas, nanocristalinas y microcristalinas.  En general, aleaciones metálicas cristalinas formadas por enfriamiento rápido presentan microestructura de granos finos, mayor solubilidad sólida, disminución de microsegregación, una distribución más fina y uniforme de partículas de segunda fase y mismo el aparecimiento de nuevas fases metaestables.

Para obtener las velocidades de enfriamiento, la retirada de calor debe ser muy eficiente, lo que es obtenido para materiales con dimensiones reducidas en la dirección del flujo de calor, formando entonces cintas o hilos.

Screenshot

 

REFERNCIAS:

[1] M. V. P. Altoé, Propriedades Magnéticas e microestrutura em liga Ferro-6.4% Silicio obtida por solidificação rápida – Tese de Doutorado, São Paulo: Escola Politécnica da USP, 1992.

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