Defectos e imperfecciones cristalinas

INDICE

INTRODUCCIÓN 2

DEFECTOS E IMPERFECCIONES CRISTALINAS 3

1. DEFECTOS PUNTUALES 3

1.1 VACANTE 3

1.2 DEFECTOS INSTERSTICIALES 4

1.3 IMPUREZAS EN SÓLIDOS 5

1.3.1 SUSTITUCIÓN 6

1.3.2 INTERSTICIAL 6

1.4 DEFECTO FRENKEL 7

1.5 DEFECTO SCHOTTKY 7

2 DEFECTOS LINEALES (DISLOCACIONES) 8

2.1. DEFINICION 8

2.2. ORIGEN 8

2.3. TIPOS 8

a) Dislocación cuña : 8

b) Dislocación helicoidal : 9

Dislocaciones mixtas : 10

2.4. MOVIMIENTO DE LAS DISLOCACIONES Y DEFORMACIÓN PLÁSTICA 11

2.5. LEY DE SCHMID: 13

3 DEFECTOS SUPERFICIALES 15

3.1 Limite de grano: 15

3.2 Borde de grano de ángulo pequeño: 16

3.3 Fallo de apilamiento: 17

3.4 Limite de maclas: 17

4 Defectos De Volumen 18

5 Vibraciones Atómicas 18

6 Estructuras no cristalinas o amorfas (imperfección tridimensional). 18

6.1 Diferencias entre estructuras cristalinas y no cristalinas: 19

6.2 Obtención de sólidos no cristalinos - Vidrios: 19

7. Cuasicristales 20

4. BIBLIOGRFÍA 21

INTRODUCCIÓN

Realmente no existen cristales perfectos sino que 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 tal como la capacidad de formar aleaciones en frío, la conductividad eléctrica y la corrosión.

El término defecto o imperfección, generalmente es usado para describir alguna desviación respecto del arreglo ordenado de átomos e una red cristalina. Cuando la desviación del arreglo periódico de la red cristalina es localizada en la vecindad o solo en unos pocos átomos, se llama defecto puntual; si el defecto se propaga en forma lineal en el cristal se le conoce como defecto lineal; y si el defecto se da a través de una superficie se le denomina defecto superficial o planar.

Algunos materiales carecen de la estructura repetitiva de los cristales que ya se mencionó, estos sólidos no cristalinos o sólidos amorfos, son imperfectos en sus tres dimensiones, en las materias no cristalinas se conserva el bloque básico del cristal, pero no se conserva la cristalinidad, es decir existe un orden de corto alcance, pero no un orden de largo alcance.

DEFECTOS E IMPERFECCIONES CRISTALINAS

Una imperfección cristalina o un defecto cristalino es una irregularidad de red en la cual una o más de sus dimensiones son del orden de un diámetro atómico. Estos defectos son de suma importancia, pues modificaran las propiedades de los materiales tales como la conductividad eléctrica en los semiconductores, la velocidad de migración en una aleación y la corrosión en los metales.

La clasificación de las imperfecciones cristalinas se realiza a frecuentemente según su geometría o las dimensiones del defecto, de los cuales tenemos:

DEFECTOS PUNTUALES

Los defectos puntuales son discontinuidades de la redes que involucran uno o quizá varios átomos. Se les denomina así debido que su ubicación es en sitios aislados dentro de la red cristalina. A pesar de que estas imperfecciones en la red cristalinas ocupan un volumen, su extensión se limita a un desorden local y en consecuencias se les considera como puntos. Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en materiales mediante el movimiento de los átomos al ganar energía o calentamiento: durante el procesamiento del material; mediante la introducción de impurezas; o intencionalmente atreves de las aleaciones. Entre los principales defectos puntuales tenemos : vacancias , defectos schottky, defecto frenkel, defectos intersticiales y los defectos substitucionales.

VACANTE

Constituye el defecto puntual más simple. : Esta imperfección es simplemente un sitio vacante o hueco en la red cristalina creado por la pérdida de un átomo que se encontraba en esa posición (como se muestra en la figura 1). Las vacancias son defectos termodinámicamente estables debido a que minimizan la energía libre del sistema al aumentar la entropía configuracional del mismo. Puede producirse durante la solidificación a altas temperaturas, por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales , por reordenamientos atómicos en el cristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los átomos.

Figura 1.1 Defecto de Vacancia

(http://132.248.12.175/mbizarro/4-Defectos%20cristalinos.pdf)

Existe una concentración de vacancias en equilibrio para cada temperatura, es decir que el número de vacancias depende de la temperatura.

El número de vacantes en equilibrio N_v para una cantidad dada de material, se incrementa exponencialmente conforme aumenta la temperatura como muestra la ecuación de Arrhenius:

〖 N〗_v=Ne^((-Q)/KT)…………………. Ecuación 1

Dónde:

N_v = Número de vacantes por metro cúbico.

N = Número de puntos en la red por metro cúbico.

Q = Energía de activación (J/átomo).

T = Temperatura absoluta.(K)

K= constante de Boltzmann de los gases (1.38 x 10-23J/átomoºK ó 8.62 x〖10〗^(-5)eV/átomoºK.)

Son las imperfecciones más comunes en los cristales. Se dan hasta una por cada 10 000 átomos. Las vacantes de no equilibrio tienen tendencia a agruparse formando clusters, que forman divacantes o trivacantes. Las vacantes pueden trasladarse cambiando su 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 de los átomos es mayor.

DEFECTOS INSTERSTICIALES

Se forman cuando se inserta un átomo o ion adicional en la estructura cristalina en una posición normalmente desocupada. Los átomos o los iones intersticiales, aunque son muchos menores que los átomos o los iones que están en los puntos de red, son mayores que los sitios intersticiales que ocupan; en consecuencia, la región cristalina vecina esta comprimida y distorsionada. Los átomos intersticiales

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