CRISTALOGRAFÍA. SISTEMAS CRISTALINOS

CRISTALOGRAFÍA

Es la ciencia que estudia las estructuras cristalinas, es decir la disposición de los átomos y moléculas que forman el edificio cristalino

niveles de arreglos atómicos

Sin orden.

Se presenta en gases como el argón, se caracteriza porque los átomos  no tienen orden y llenan el espacio en el que se encuentra confinado el gas de manera aleatoria

Orden de corto alcance.

En este el arreglo espacial de los átomos se extiende solo a los vecinos más cercanos de cada átomo. El agua en fase vapor debido a los enlaces covalentes, los vidrios cerámicos y los polímeros también tienen arreglos atómicos de corto alcance, estos materiales se consideran como amorfos.

Orden de largo alcance.

Tienen una estructura cristalina en la cual los átomos muestran un orden tanto a corto como a largo alcance. Los metales, semiconductores, muchos materiales cerámicos e incluso algunos polímeros tienen una estructura cristalina definida

SISTEMAS CRISTALINOS

La celda unitaria es la subdivisión de la estructura cristalina que sigue conservando las características generales de toda la red

[pic 1]

Los sistemas cristalinos se definen por

Sus ejes cristalográficos.

Los ángulos que respectivamente dos de los ejes cristalográficos forman.

Las longitudes de los ejes cristalográficos

[pic 2]

REDES CRISTALINAS

La red cristalina se puede definir como la agrupación de los átomos formando un patrón repetitivo, regular y en forma de rejilla o de red.

La red difiere de un material a otro  en forma dependiendo del tamaño de los átomos.

La red cristalina se obtiene por la repetición de la celda unitaria a lo largo de todo el material

Imperfecciones lineales.

Originan un defecto en la red cristalina alrededor de una línea, se pueden desplazar en el interior de un cristal con esfuerzos bajos y producen el desplazamiento completo de planos cristalinos.

Las imperfecciones lineales se denominan también “dislocaciones”

Disolacion

[pic 3]

Imperfecciones puntuales.

Son discontinuidades de la red que involucran uno o varios átomos.

Las imperfecciones puntuales son:

Vacancias, se produce cuando falta un átomo en su sitio normal.

Intersticiales, se forma cuando se inserta un átomo adicional en una posición normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina.

Sustitucionales, se producen cuando se remplaza un átomo por otro de un tipo distinto

[pic 4]

Imperfecciones de superficie.

Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalográficas distintas.

Límites de grano: límite entre dos cristales sólidos de la misma fase. La microestructura de la mayor parte de los materiales está formada por muchos granos. Un grano es una porción del material dentro de la cual el arreglo atómico es idéntico.

Imperfecciones de superficie

Superficie del material. En las superficies externas del material la red termina de manera abrupta.

Bordes de grano de ángulo pequeño: Es formado por un arreglo de dislocaciones que produce una pequeña desviación en la orientación cristalográfica entre las redes adyacentes.

Fallas de apilado: ocurre en los materiales cuando hay una interrupción en la secuencia de apilado

Límites de macla: Son también conocidos como bordes de macla es un plano que separa un grano es dos partes que tiene una pequeña diferencia en la orientación cristalográfica, las maclas ocurren durante la deformación o el tratamiento térmico

Imperfecciones volumétricas

Este tipo de defectos aparece son muy comunes en las piezas provenientes de la fundición, el origen de estas imperfecciones es variado, entre las principales causas tenemos:

Control inadecuado durante la solidificación de los metales

Inadecuada realización de tratamientos térmicos

Sobre esfuerzos aplicados a las piezas

Mal diseño de piezas mecánicas

Mala selección de materiales

Las grietas son defectos causados por las intensas deformaciones que se crean en la pieza colada precisamente después de la solidificación por condiciones no uniformes de enfriamiento.

[pic 5]

La porosidad, se presenta por la presencia de gases atrapados en la fundición son más abundantes y más pequeñas que las cavidades por contracción y pueden distinguirse por su forma redondeada.

DIFUSIÓN

La difusión es el movimiento de los átomos en un material. Los átomos se mueven tratando de eliminar diferencias de concentración y producir una composición homogénea y uniforme.

El movimiento de los átomos es necesario para el tratamiento térmico de los metales, manufactura de cerámicos, la fabricación de transistores celdas solares, etc.

Cuando los átomos se mueven de una posición de la red a otra se denomina autodifusión, también ocurre difusión de átomos de distintos materiales.

Difusión por vacancia. Se presenta cuando un átomo abandona su sitio en la red para llenar una vacancia cercana creando así una nueva vacancia en la red.

Difusión intersticial. Cuando en la estructura cristalina está presente un pequeño átomo intersticial, este átomo pasara de un sitio a otro, para este mecanismo no es necesaria la existencia de vacancias

Primera ley de Fick

Esta ley se conoce también como velocidad de difusión debido a que esta ley  ayuda a determinar la velocidad a la cual se difunden los átomos en un material. Se puede medir mediante el flujo J, que se define como el número de átomos que pasa a través de un plano por unidad de tiempo.

La primera ley de Fick determina el flujo de átomos mediante la siguiente ecuación

[pic 6]

Segunda ley de Fick

Se utiliza en la difusión no-constante es decir cuando la difusión es en estado no estacionario, en los que el coeficiente de difusión es independiente del tiempo

...