IMPERFECCIONES EN LOS ARREGLOS ATOMICOSEncontramos tres tipos
bsicos de imperfecciones:1.- Defectos Puntuales2.- Defectos
Lineales (Dislocaciones)3.- Defectos Superficiales1. DEFECTOS
PUNTUALESSon interrupciones localizadas en los arreglos atmicos o
inicos, que a pesar de ser puntuales, afectan regin donde
intervienen varios tomos o iones. Hay casos de IMPUREZAS, que son
elementos o compuestos que estn presentes en las materias primas.
Mientras que los DOPANTES, son elementos o compuestos agregados en
concentraciones conocidas, en lugares especficos, cuyo fin es
beneficiar las propiedades del material.NOTA:Los defectos de
impureza perjudican el material, pero las dopantes son de utilidad,
en general.2.1. VACANCIASSe produce cuando falta un tomo o de un
ion en su sitio normal de la estructura cristalina, cuando faltan
ms de un tomo, vacancias, causan un aumento en la entropa del
material, aumentando la estabilidad termodinmica de un material
cristalino. Estas vacancias son introducidas a los materiales y
aleaciones durante la solidificacin, a temperaturas elevadas.Figura
1. Vacancia sobre una red cristalina (Ciencia e Ingeniera de los
Materiales, Askeland)
A la temperatura ambiente (~298K), la concentracin de vacancias
es pequea, pero aumenta exponencialmente al aumentar la
temperatura, con el siguiente comportamiento tipo Arrhenius:
nv Cantidad de vacancias por cm3 ()n Cantidad de tomos por cm3
()Qv Energa para producir un mol de vacancias (cal/mol) ~(J/mol)R
Constante de los gases R= 1,987 (cal/mol-K) = 8,312 (J/mol-K)T
Temperatura (K)2.2. DEFECTOS INTERSTICIALESEste defecto se forma al
insertar un tomo o ion adicional a la estructura cristalina en una
posicin normalmente desocupada a diferencia de las vacancias, una
vez introducida los tomos o iones intersticiales en la estructura
permanece constante, aunque vari su temperatura; el nmero de tomos
o iones intersticiales son menos que aquellos que estn en los
puntos de red, pero son mayores que los sitios intersticiales que
ocupan causando que la regin se encuentre comprimida y
distorsionada, esto produce un aumento en la resistencia de los
materiales metlicos.Figura 2. Defecto Intersticial ocupado por un
tomo (Ciencia e Ingeniera de los Materiales, Askeland)..
1.3. DEFECTOS SUSTITUCIONALEste defecto se da cuando un tomo
sustituido por un tipo distinto de tomo o ion, al ser mayores los
tomos o iones sustituyentes que las normales causan que los
espacios interatmicos vecinos se reduzcan, caso contrario los
espacios aumentan.Figura 3. Defecto sustitucional ocupado por un
tomo grande y uno pequeo (Ciencia e Ingeniera de los Materiales,
Askeland)
Semiconductores intrnsecos, son semiconductores que contienen
concentraciones no apreciables de impurezas o dopantes.
Semiconductores extrnsecos, son semiconductores que contienen
impurezas y dopantes.SEMICONDUCTIVIDAD Tipo n Ceden e- Tipo p
Aceptan e-
1.4. DEFECTOS AUTOINTERSTICALEste defecto se da cuando un tomo
idntico a los tomos de los puntos de red est en una posicin
intersticial, este defecto es comn en las estructuras cristalinas
con bajo F.E.A.Figura 4. Defecto autointersiticial
(www.ing.unlp.edu.ar)
1.5. DEFECTO FRENKELSe trata de un par de Vacancia-Intersticial
que se da cuando un ion salta de un punto normal de red a un sitio
intersticial, dejando una vacancia.Figura 5. Defecto Frenkel
(Ciencia e Ingeniera de los Materiales, Askeland)
1.6. DEFECTO SCHOTTKY Exclusivo de los materiales inicos, en
este defecto, las vacancias se presentar en un material con enlaces
inicos, donde debe faltar un nmero estequiomtrico de aniones y
cationes en el cristal para conversar la neutralidad
elctrica.Ejemplo: En el ZrO2 para 1ion de Zr+4, habr 2iones O-2
faltantes.Figura 6. Defecto Schottky (Ciencia e Ingeniera de los
Materiales, Askeland)
NOTA:Otro defecto puntual de sustitucin se da cuando un ion de
una carga reemplaza a otro de carga distinta. Por ejemplo cuando un
catin divalente (+2) reemplaza a un monovalente (+1), creando una
vacancia.Figura 7. Catin divalente reemplaza a un monovalente,
quitando otro monovalente (Ciencia e Ingeniera de los Materiales,
Askeland).
UTILIDAD Los defectos lineales aumentan la resistencia de los
materiales y aleaciones. Una clase de defecto se da entre las
regiones de distintos grados de un material policristalino, llamada
LIMITES DE GRANO. La presencia de estos ayudan a endurecer los
materiales metlicos.2. DISLOCACIONESSon imperfecciones lineales en
un cristal, cuya utilidad se da en la explicacin de la deformacin y
endurecimiento de los materiales metlicos.2.1. DISLOCACION
HELICOIDAL O DE TORNILLORepresentamos a una celda como un cubo asi
teniendo una red compuesto por varias celdas, es decir por varios
cubos. Se le realiza un corte al cristal perfecto, luego torcemos
una distancia atmica, observaremos que la red formado por varios
cubos queda como se muestra en la figura.Figura 8. Dislocacin
Helicoidal o de Tornillo (Principios de Metalurgia Fsica, Robert
Reed Hill).
La figura muestra un esquema de lo que es una dislocacin
helicoidal o de tornillo, donde el segmento DC representa la lnea
de dislocacin y el plano ABCD representa el plano de
deslizamiento.La definicin de dislocacin helicoidal viene dado que
los planos reticulares forman un espiral en la lnea de dislocacin,
el cual se comprueba iniciando desde el punto x y recorriendo
distancias interatmicas iguales en cada direccin terminando en el
punto y, continuando hasta llegar el punto z notndose un
espiral.
2.2. DISLOCACION DE BORDEAl igual que el anterior teniendo un
cristal perfecto se le realiza un corte parcial abrindolo, luego se
le llena la parte del corte con un plano de tomos. PSFigura 9.
Pasos que sigue una dislocacin de Borde (Ciencia e Ingeniera de los
Materiales, Askeland).
En la figura se observa un esquema de la dislocacin de borde,
donde el segmento SP representa en plano de deslizamiento, adems el
plano con los tomos que llenan el corte parcial solo llega hasta un
punto en el segmento SP mientras que los otros planos lo
atraviesan.De modo que una dislocacin de borde es el resultado en
el que un plano reticular termina dentro de un cristal.2.3.
DISLOCACIONES MIXTASEstas dislocaciones estn compuestas por un
componte de borde y otra helicoidal, con una regin de transicin
entre ellas.Figura 10. Dislocacin Mixta (Ciencia e Ingeniera de los
Materiales, Askeland)
En la figura podemos observar que la estructura tiene una
dislocacin mixta compuesta por una dislocacin helicoidal cuyo
camino se muestra por los trazos de color rojo, y otra dislocacin
de borde con su camino de color verde.