Defectos Cristalinos

Defectos cristalinos

En la realidad no existen los cristales perfectos, sino que todos los cristales contienen

varios tipos de imperfecciones y defectos, que afectan a muchas de sus propiedades físicas y

mecánicas y también influyen en algunas propiedades de los materiales a nivel de aplicación

ingenieril, como la capacidad de formar aleaciones en frío, la conductividad eléctrica y la corrosión

Las imperfecciones se clasifican según su geometría y forma en:

- Defectos puntuales p de dimensión cero

- Defectos lineales o de una dimensión, llamados dislocaciones

- Defectos de dos dimensiones

También deben de incluirse los defectos macroscópicos tales como fisuras, poros e inclusiones

extrañas.

Defectos puntuales.-

a) Vacante.- Constituye el defecto puntual más simple. Es un hueco

creado por la perdida de un átomo que se encontraba en esa

posición. Puede producirse durante la solidificación por

perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales.

También se puede producir por reordenamientos atómicos en le

cristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los

átomos.

El número de vacantes en equilibrio Nv para una cantidad dada de material, se incrementa

con la temperatura de acuerdo a la ecuación:



 

Q

KT

v N N e donde:

N es el número de vacantes por metro cúbico

Q es la energía requerida para producir una vacancia (J/átomo)

T es la temperatura Kelvin

K es la constante de Boltzmann de los gases (1,38 x 10 –23 J/átomo K) o

(8,62 x 10 –5 eV/átomo K)

Son las imperfecciones más comunes en los cristales. Se dan una por cada 10000 átomos.

Las vacantes de no equilibrio tienen tendencia a agruparse formando clusters, que forman

divacantes o trivacantes.

Las vacantes pueden trasladarse cambiando si posición con sus vecinos. Este proceso es

importante en la migración o difusión de los átomos en el estado sólido, sobre todo a altas

temperaturas donde la movilidad es mayor.

b) Defectos intersticiales: Algunas veces, un átomo extra se inserta

dentro de la red en una posición que normalmente no está ocupada,

formando un defecto llamado intersticial. Generalmente este defecto

introduce grandes deformaciones en los alrededores, debido a que

normalmente el átomo que se introduce es más grande que la

posición intersticial que ocupa.. No es un defecto muy común y se

puede producir por radiación

Ciencia de los Materiales

Carlos Urra Simonet

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c) Impurezas en sólidos. Este defecto se produce cuando un átomo es

reemplazado por un átomo diferente. El átomo sustituyente puede ser

más grande que el original y en ese caso los átomos de alrededor

están a compresión o puede ser más pequeño que el átomo original y

en ese caso, los átomos circundantes estarán a tensión. Este defecto

puede ser presentado como una impureza o como una adición

deliberada en una aleación

Dependiendo de la clase de impureza que se halle en el cristal, de su

concentración y de la temperatura se formará en el cristal una solución sólida.

Una solución sólida se forma cuando átomos del soluto se adicionan al

material y la estructura original de mantiene. Los defectos puntuales de impurezas dentro de las

soluciones sólidas pueden generarse por los mecanismos de sustitución e intersticial

d) Defecto Frenkel: Es una imperfección combinada vacanciadefecto

intersticial. Ocurre cuando un ión salta de un punto

normal dentro de la red a un sitio intersticial dejando entonces

una vacancia.

e) Defecto Schottky: Es un par de vacancias en un material con

enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad, debe perderse

de la red tanto un catión como un anión

Otro defecto importante ocurre cuando un

ión de una carga reemplaza otro ión de

diferente carga. Por ejemplo un ión de

valencia +2 reemplaza a un ión de

valencia +1. En este caso una carga extra

positiva se introduce dentro de la

estructura. Para mantener un balance de carga, se debe crear una vacante de una carga

positiva

Defectos en línea (dislocaciones )

Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red en torno a una línea. Se crean

durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación

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