defectos cristalinos sintesis

8/17/2019 defectos cristalinos sintesis

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Introducción.

En esta síntesis se tratará el tema de los defectos cristalinos en los materiales.

Todos los materiales presentan defectos en sus arreglos atómicos y estos hacenque no tengan una estructura perfecta.

Estos defectos tienen gran influencia sobre el comportamiento de los materiales.Sin embargo, esto no significa que los defectos son adversos o malignos para uncierto material. De hecho, muchas de las características específicas en losmateriales son deliberadamente producidas mediante la introducción decantidades controladas de defectos! como en el caso de las aleaciones.

1. Defectos cristalinos

1.1 Defectos de punto

Se dan a nivel de las posiciones de los átomos individuales. "os principalesdefectos puntuales son los que se mostrarán a continuación

1.1.1 VACANTES

Son puntos de red vacíos en la estructura del material. Estos lugaresdeberían idealmente estar ocupados por átomos, sinembargo se encuentran vacíos.

En equilibrio, el n#mero de vacante $ v de una cantidaddeterminada de material depende de la temperatura

Donde%

• N es el n#mero total de sitios atómicos por unidad de volumen• Qv es la energía requerida para la formación de vacancias• T es la temperatura absoluta• R es la constante universal de los gases


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1.1.2 Defectos intersticiales

Son atomos que ocupan lugares que no están definidos en la

estructura cristalina, En otras palabras, son atomos cuyaposicion no está definida por un punto de red. $ormalmenteestos átomos se colocan en los intersticios que forman entrelos atomos originales, por lo que se les llama átomosintersticiales.

1.1.3 Átomos sustitucionales

En teoría un material puro está formado e&clusivamente por el

mismo tipo de átomos. "os materiales reales no son '(()puros sino que poseen impure*as, las cuales se definen comoátomos diferentes a los átomos del material original. +uandouno de esos átomos diferentes sustituye a un átomo originalocupando su punto de red, recibe el nombre de átomosustitucional.

1.2 Defectos lineales

Se dan a nivel de varios átomos confinados generalmente a un plano. "osdefectos lineales más importantes en los materiales son las dislocaciones.

1.2.1 Dislocaciones

"os defectos lineales, que son unidimensionales, se denominan tambindislocaciones y dan lugar a una distorsión en la red centrada alrededor de unalínea imaginaria. Se puede entender una dislocación como la línea frontera queune en el interior de un cristal los puntos atómicos con posición anormal. Enocasiones tambin se define como el límite entre dos regiones una de las cuales

se ha despla*ado con respecto a la otra. Estos defectos dan en metales, casinunca en materiales iónicos y pueden generarse durante los procesos desolidificación del sólido cristalino, como consecuencia de una deformación plásticao permanente del cristal, por condensación de vacantes y por desa-ustes atómicosen disoluciones sólidas.El defecto lineal suele designarse por una T invertida! /0, que representa elborde de un semiplano e&tra de átomos. Esta configuración conduce por sí mismaa una designación cuantitativa sencilla, el vector de 1urgers, b. Este parámetro es


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simplemente el vector despla*amiento necesario para cerrar un circuito reali*adopor paso a paso alrededor del defecto. En el cristal perfecto, un circuito con m2npasos atómicos se cierra en el punto inicial. En la *ona de la dislocación, el mismocircuito no se cierra. El vector de cierre b0 representa la magnitud del defectoestructural. Esto lo podemos ver en la siguiente figura%

Se distinguen dos tipos% mi&tas y puras donde se incluyen las dislocaciones decu3a o borde y las de tornillo o helicoidales0%

Puras

Dislocación de cu3a, borde o arista.Es un defecto lineal centrado alrededor de la línea definida por el e&tremo delsemiplano de átomos e&tra 4igura 50. Se representa por el símbolo /, o teinvertida!, haciendo referencia al borde del semiplano e&tra. En esta posición sedice que la dislocación de cu3a es en sentido positivo o lo que es los mismo, elplano e&tra se ha insertado en la parte superior del plano de corte. 6ararepresentar la situación opuesta, se emplea el símbolo T dislocación de cu3anegativa0.

"a dislocación de cu3a genera una *ona de esfuer*os de compresión donde seencuentra el semiplano e&tra de planos y una región de esfuer*os de traccióndeba-o de este semiplano.En la dislocación de cu3a, el vector de 1urgers el perpendicular a la línea dedislocación.

Dislocación helicoidal o de tornillo.Se puede formar en estructuras cristalinas perfectas por la acción de un esfuer*ocortante o de ci*alladura tangencial0 sobre una de las caras hasta eldesli*amiento parcial por un plano cortante 4igura 70. 8hora el reordenamientoatómico que se produce alrededor de la línea de dislocación da lugar a una formade tornillo o hlice, de ahí el nombre que recibe esta dislocación. "a red cristalina


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pasa de ser un con-unto ordenado de planos, a presentar superficies helicoidalescuyo e-e vertical es la dislocación apilamiento helicoidal de planos cristalinos entorno a la dislocación de tornillo0.Se representa por el símbolo cuando entra en el plano del papel,considerándose en este caso positiva. En caso contrario se denota por el símbolo

9 8quí el vector de 1urgers o de despla*amiento es paralelo a la línea dedislocación.

• Mixtas

"os dos tipos de dislocaciones definidas anteriormente son formas límites. "asdislocaciones que normalmente aparecen en los materiales reales son formasintermedias entre estas dos e&tremas y reciben el nombre de dislocacionesmi&tas. En este caso, las dislocaciones tienen componentes de dislocacionesborde y tornillo. "a línea de dislocación es de tipotornillo puro cuando entra en la estructuracristalina y de tipo borde puro cuando sale deella. En el interior de la estructura cristalina, ladislocación pasa a ser de tipo mi&to, con

componentes de borde y de tornillo.6or tanto, el vector de 1urgers de la dislocaciónmi&ta no es ni perpendicular ni paralelo a la líneade dislocación pero mantiene una orientación fi-aen el espacio, que es compatible con lasdefiniciones previas en las formas de dislocaciónde borde y de dislocación helicoidal.

Medida de las dislocaciones

:irtualmente todos los materiales contienen algunas dislocaciones que sonintroducidas durante la solidificación, la deformación plástica, o comoconsecuencia de tensiones trmicas que resultan del enfriamiento rápido. "aforma de indicar la cantidad de dislocaciones que presenta un material esmediante la densidad de dislocaciones o longitud total de dislocaciones por unidadde volumen, y se indica en unidades de cm;cm7 o sencillamente por n< dedislocaciones por cm=5. 6ara un metal sin deformar suele ser habitual unadensidad de dislocación de '(> cm=5, duplicándose este n#mero para el metaldeformado plásticamente en torno a '('5 cm=50.


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"a visuali*ación de las mismas se reali*a por procesos de ?icrocalorimetría o?icroscopía electrónica de transmisión.

Importancia de las dislocaciones

El proceso de desli*amiento de las dislocaciones es de especial importancia para

conocer el comportamiento mecánico de los metales.En primera lugar, permite e&plicar el por qu el esfuer*o teórico necesario paradeformar plásticamente o permanentemente0 un material, es mucho mayor que elvalor necesario observado en la práctica. En efecto, el desli*amiento provocadopor los movimientos de las dislocaciones, provoca una mayor facilidad de rupturade uniones atómicas lo que implica una menor fuer*a requerida para ladeformación plástica del metal. 6or tanto, la presencia de dislocaciones, facilita ladeformación plástica de un metal y cuantos más sistemas de desli*amiento posea,mayor facilidad presentará.En segundo lugar, el desli*amiento de las dislocaciones, confiere a un metalductilidad, propiedad relacionada con el mecanismo antes e&puesto.

6or #ltimo, se puede aumentar la resistencia de un metal, controlando elmovimiento de sus dislocaciones. @n obstáculo introducido de forma voluntaria enel metal, impedirá que las dislocaciones se deslicen, a menos que se apliquemayor fuer*a de deformación, lo que implica que el material sea más resistente."as distintas formas de aumentar la resistencia de los metales y sus aleaciones,se basan en este hecho, aumentar el n#mero de dislocaciones del material eimpedir o anclar su desli*amiento.

1.3 Defectos planares

"os defectos superficiales son los límites o bordes o planos que dividen unmaterial en regiones, cada una de las cuales tiene la misma estructura cristalinapero diferente orientación.

1.3.1 Super!cie e"terna "as dimensiones e&teriores del material representan superficies en las cuales lared termina abruptamente. "os átomos de la superficie no están enla*ados aln#mero má&imo de vecinos que deberían tener y por lo tanto, esos átomos tienen

mayor estado energtico que los átomos de las posiciones internas. "os enlacesde esos átomos superficiales que no están satisfechos dan lugar a una energíasuperficial, e&presada en unidades de energía por unidad de área A;m5 oErg;cm50. 8demás la superficie del material puede ser rugosa, puede contener peque3as muescas y puede ser mucho más reactiva que el resto del material.


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1.3.2 #ordes de $rano

Se puede definir como la superficie que separa los granos individuales dediferentes orientaciones cristalográficas en materiales policristalinos. El límite degrano es una *ona estrecha en la cual los átomos no están uniformementeseparados, o sea que hay átomos que están muy -untos causando unacompresión, mientras que otros están separados causando tensión. De cualquier forma los límites de grano son áreas de alta energía y hace de esta región unamás favorable para la nucleación y el crecimiento de precipitados.

1.3.3 %aclas

@na macla es un tipo especial de límite de grano en el cual los átomos de un ladodel límite están locali*ados en una posición que es la imagen especular de losátomos del otro lado.

1.& Defectos 'olum(tricos

En adición a los defectos (D, 'D y 5D, en los sólidos pueden e&istir defectos de

mayor alcance. Estos defectos incluyen poros, grietas, inclusiones, o fases mi&tas.Estos defectos son denominados defectos volumtricos 7D0. ?uchos de ellostienen lugar durante el proceso de fabricación de los materiales, o son introducidosdurante su procesamiento.

Conclusión.

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