Magíster en Ciencias, Mención Física / El principal objetivo de esta tesis es sentar las bases protocolares para la utilización del método Espectroscopía de Resonancia Ultrasónica No Lineal (NRUS, por sus siglas en in- glés) en la caracterización de la densidad de dislocaciones de tres grupos de muestras de diferentes materiales (aluminio de pureza comercial, aluminio puro y cobre puro), cuyos ele- mentos fueron sometidos a diversos tratamientos termomecánicos en función de la distinción de sus respectivas densidades. Esta técnica entrega información acerca de un parámetro de no linealidad que se espera relacionado con la densidad de dislocaciones del medio en que se aplica. Para la validación de los resultados obtenidos, éstos se comparan con la información adquirida mediante la técnica de tiempo de vuelo o pulsos (TOF), que sirve para estimar la velocidad de propagación de ondas en medios elásticos, velocidad que se ha demostrado teórica y experimentalmente relacionada con la densidad de dislocaciones del medio por el que la onda viaja. Dicha técnica es implementada en esta investigación, y los resultados tanto de TOF como de NRUS son comparados con lo estudiado en investigaciones previas, las que utilizaron Espectroscopía de Resonancia Ultrasónica (RUS), Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) y Difracción de Rayos-X (XRD), como métodos para la caracteriza- ción de las muestras a estudiar. En el capítulo 1 se exponen los antecedentes, objetivos y principales características de los métodos utilizados en esta investigación. En el capítulo 2 se dan a conocer los fundamentos teóricos que dan base a este trabajo, como son una introducción al comportamiento de osciladores no lineales, a la teoría de elasticidad lineal y a un modelo fenomenológico de la relación tensión - deformación para el caso no lineal. Finalmente se incluye una breve introducción a la teoría de acústica no lineal. En el capítulo 3 se detallan los métodos experimentales y de análisis de datos tanto para pulsos como para NRUS, lo que constituye gran parte de este trabajo. Los resultados se dividen en dos capítulos, el capítulo 4 que expone lo obtenido mediante TOF, y el capítulo 5 donde se observa lo obtenido utilizando la metodología NRUS. En el caso de TOF se observó una tendencia a la disminución de la velocidad de propagación de onda en medios con mayor densidad de dislocaciones, recuperándose lo obtenido mediante RUS. Las medidas evidenciaron además la relación existente entre la frecuencia de excitación y la velocidad de propagación de onda. Mientras TOF excita con señales a una frecuencia 2.5 MHz, RUS lo hace en el rango de 10 a 100 kHz. Lo anterior se traduce en una disminución de hasta un 8% en la velocidad para las medidas TOF comparadas con RUS, lo que es consistente con la teoría planteada por Maurel, Lund, Pagneux y Barra. Por último, los resultados arrojados por este método fueron usados para estimar la diferencia de densidades de dislocaciones entre los elementos de los distintos grupos, obteniéndose aproximaciones acorde con lo medido utilizando XRD. Para NRUS, se termina de desarrollar el método experimental expuesto en el capítulo 3. Las medidas del coeficiente de no linealidad muestran tener relación con la densidad de dislocaciones XRD, obteniéndose que los menores valores del coeficiente tienen correspondencia con las mayores densidades de dislocaciones. Se observan diferencias que van de un 20 % a 180 % en el coeficiente de muestras de un mismo grupo que han recibido diferentes tratamientos, mientras que la utilización de RUS reveló en trabajos anteriores cambios en la velocidad de propagación de ondas transversales cercanos al 1 %. Por último en el Capítulo 6 se presentan las conclusiones, enfatizando los resultados más im- portantes y proponiendo ideas para la prolongación y complementación de esta investigación.

El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de un protocolo experimental que permita medir de manera muy precisa las constantes elásticas en muestras de un mismo material pero que difieren significativamente en densidad de dislocaciones. En particular se plantea como objetivo la medida de velocidades del sonido con un error menor al 0,1 % en muestras de aluminio policristalino comercial 1100 que fueron preparadas con distintas densidades de dislocaciones con una diferencia de hasta dos órdenes de magnitud. Con este propósito en mente, se utiliza el método experimental llamado Espectroscopía de Resonancia Ultrasónica, el cual es reportado como una técnica muy precisa bajo ciertas condiciones. Los detalles de los objetivos y las bases de la técnica experimental son expuestos en el capítulo 1. La técnica de Espectrosopía de Resonancia Ultrasónica consiste en encontrar las constantes elásticas de un sólido mediante las vibraciones mecánicas de éste al registrar las frecuencias a las cuales resuena. Para entender como se comporta el material bajo éstas circunstancias, se repasa en el capítulo 2 los fundamentos de la elasticidad lineal y las bases matemáticas de los métodos computacionales utilizados. En el capítulo 3 se explica la metodología experimental. Se detallan los cuidados que deben considerarse para elegir y preparar las muestras, así cómo posicionarlas en el montaje experimental. En general se estipulan los cuidados que se deben tener para lograr una toma de datos exitosa, así como los pasos a seguir para su posterior análisis. En el capítulo 4 se presentan los resultados. Una primera aproximación consiste en asumir que las muestras de aluminio poseen simetría isótropa, lo cual entrega resultados acordes con lo reportado anteriormente para la constante C44 y no así para C11, el cual es aproximadamente 25 % menor. Hay dos posibilidades para explicar esta discrepancia, ya sea el número de frecuencias medidas no es suficiente o el material es ligeramente anisótropo. En ambos casos se concluye que más frecuencias deben ser medidas. Tras un cuidadoso análisis se concluye que las muestras son ligeramente anisótropas, en particular presentan isotropía transversa. Esto se debe a la fabricación de las muestras de aluminio, realizadas por extrusión, lo que induce una forma de grano policristalino alargada en la dirección del eje mayor de las muestras paralelepípedas. Con éstas consideraciones se determinan las velocidades longitudinal y transversal en función del número de las muestras, lo cual se piensa es en el orden creciente de la densidad de dislocaciones. Se presentan resultados que demuestran una clara tendencia a disminuir para la velocidad transversal tal como se predice en la teoría de A. Maurel, V. Pagneux, F. Lund y F. Barra. Las medidas de velocidad longitudinal tienen errores mayores lo que no permite concluir respecto a su comportamiento. En el capítulo final se presentan las conclusiones de esta tesis enfatizando los puntos más importantes y relevantes de los resultados del capítulo anterior. Se comentan algunas ideas para realizar como trabajo futuro de esta tesis.