IMPERFECCIONES EN SLIDOS
Materiales de Ingeniera
Defectos cristalinos
Defectos puntuales o de dimensin cero
Defectos lineales o de una dimensin
llamados tambin dislocaciones
Defectos de dos dimensiones
Se pueden presentar numerosas imperfecciones en los cristales, estas se deben principalmente a:
Ausencia de tomos
tomos adicionales
Ausencia de planos
Planos extra
Los tomos extra pueden ser del mismo tipo o diferentes a los de la red, pueden ocupar sitios de red o sitios intersticiales.
Imperfecciones en solidos
Imperfecciones en solidos
Las vacantes se producen durante la solidificacin y tambin como consecuencia de las vibraciones, que desplazan los tomos de sus posiciones.
Imperfecciones en solidos
En el equilibrio, el nmero de vacante Nv, de una cantidad determinada de material depende de la temperatura y aumenta con ella de acuerdo con:
= n exp (-
)
n : Nmero total de lugar ocupados por tomos. n=(6.023 X 10 23)*Densidad/(Peso atmico) Qv: Es la energa requerida para la formacin de una vacante K : Contaste de Boltzman= 1.38 X 10 -23 J/tomos.K 8.62 X 10 -5 eV/tomoK.
Las vacantes se producen durante la solidificacin y tambin como consecuencia de las vibraciones, que desplazan los tomos de sus posiciones.
Imperfecciones en solidos
Calcule en nmero de vacantes por metro cbico en el cobre, en equilibrio, a 1000C. La energa necesaria para la formacin de vacantes es de 0.9 eV/tomo; el peso atmico del cobre (a 1000C) es 63.5 g/mol y la densidad es 8.4 g/cm3
= n exp (-
)
n : Nmero total de lugar ocupados por tomos (cm3). n=(6.023 X 10 23)*Densidad/(Peso atmico) Qv: Es la energa requerida para la formacin de una vacante K : Contaste de Boltzman= 1.38 X 10 -23 J/tomos.K 8.62 X 10-5 eV/tomoK.
Imperfecciones en solidos
Defectos puntuales
Dislocaciones
Maclas
Lmites de granos
Tipos de defectos
Imperfecciones en solidos
Tipos de defectos
Imperfecciones en solidos
Tipos de defectos
Imperfecciones en solidos
Impureza substitucional: Un tomo que ha sido reemplazado por un tomo diferente
Esfuerzos de tensin Esfuerzos
compresivos
Imperfecciones en solidos
Impureza intersticial: Una pureza intersticial se refiere a un tomo de tamao pequeo ocupando el espacio entre los atmos parentales.
Compressive
Stress
Fields
Relative
size
a
b
d
a) Vacancia
b) tomo intersticial
c) tomo sustitucin grande
d) tomo sustitucin pequeo
e
e) tomo intersticial igual
c
Imperfecciones en solidos
Imperfecciones en solidos
Disolucin slida:
Factor de tamao atmico Cantidades apreciables de soluto pueden acomodarse en este tipo de disolvente slido nicamente cuando la diferencia entre los radios atmicos de ambos tipos de tomos es menor de 15 %. De lo contrario, los tomos del soluto crearn grandes distorsiones en la red y se formar una nueva fase.
Estructura cristalina Para lograr una solubilidad apreciable en estado slido, las estructuras cristalinas de los metales de ambos tipos de tomos deben ser las mismas
Electronegatividad Cuanto mas electro positivo es un elemento y mas electronegativo es el otro, mayor es la probabilidad de que formen un compuesto intermetlico en lugar de una disolucin slida sustitucional.
Valencias Si los dems factores permanecen iguales, un metal tiene ms tendencia a disolver otro metal de valencia mas elevada que uno de valencia menor.
Imperfecciones en solidos
Imperfeccin Frenkel: Un in que es desplazado de un sitio regular a un sitio intersticial.
Imperfeccin Schottky: Un par de cationes y aniones que estn ausentes del cristal inico resultando en un par de sitios vacantes.
Imperfecciones en solidos
Defectos en estructuras inicas
- - - -
- - - -
- - - -
- - - -
+ + +
+ + +
+ + +
Frenkel
- - - -
- - - -
- - - -
- - - -
+ + +
+ + +
+ + +
Schottky
Imperfecciones en solidos
Defectos cristalinos
Defectos lineales o de una dimensin
llamados tambin dislocaciones
Dislocacin borde Imperfecciones en solidos
Dislocacin borde Imperfecciones en solidos
Movimiento dislocacin borde Imperfecciones en solidos
Presencia de un plano extra
Dislocacin borde
Imperfecciones en solidos
Desplazamiento de un plano respecto a la red original
Dislocacin helicoidal
Imperfecciones en solidos
Desplazamiento de un plano respecto a la red original
Dislocacin helicoidal
Imperfecciones en solidos
Dislocacin simultanea de borde e helicoidal.
Dislocacin mixta
Imperfecciones en solidos
Movimiento defecto mixto
Imperfecciones en solidos
Permiten el movimiento de tomos por difusin .
Permiten la deformacin aplicando menor esfuerzo.
Modificacin de las propiedades pticas, elctricas,
trmicas, mecnicas, etc.
Importancia de los defectos y las dislocaciones
Imperfecciones en solidos
Hace que la resistencia de los metales sea de 100 a
1000 veces menor.
El deslizamiento le otorga ductilidad a los metales.
Se controla las propiedades mecnicas de un metal o
aleacin al interferir el movimiento de las
dislocaciones.
Importancia de los defectos y las dislocaciones
Imperfecciones en solidos
Vector de Burgers
En una red sin defectos, se
puede trazar una red rectangular
donde el punto de partida y final
son el mismo.
Si se repite el proceso en una red con
defectos no se obtiene un circuito cerrado,
el vector necesario para cerrar el circuito
es el vector de Burgers.
4
4
4 4
4
3
4 4
Imperfecciones en solidos
Vector de Burgers dislocacin helicoidal
Imperfecciones en solidos
Dos regiones cristalinas iguales, pero que son imgenes especulares una de otra
Maclas
Imperfecciones en solidos
Dos regiones cristalinas iguales, pero que son imgenes especulares una de otra, esta deformacin se puede producir por deformacin por recocido.
Maclas
Imperfecciones en solidos
Maclas
Imperfecciones en solidos
Una macla es un crecimiento conjunto de dos o mas cristales de la misma sustancia.
Los componentes que forman la macla estn relacionados por un elemento de simetra.
Maclas Imperfecciones en solidos
Fuente: fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales 4ta edicin. William f smith-javad-hashemi (1)
Maclas en la estructura de grano del latn
Maclas
Imperfecciones en solidos
(Fe2+,Mg,Zn)2Al9(Si,Al)4O22OH2
CaF2
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Imperfecciones en solidos Maclas de pirita
Macla de aragonita
Limites de grano
Muy importante en los diagramas de fase, y en la obtencin de las propiedades deseadas en un material
Imperfecciones en solidos
Imperfecciones en solidos
Imperfecciones en solidos
ASTM E112 - 12 Standard Test Methods for Determining Average Grain Size