Dislocaciones

Dislocaciones

Introducción.

A diferencia de la idea errónea que se tiene sobre la estructura cristalina que se considera como un arreglo perfecto en donde los átomos tienden a adoptar posiciones relativamente fijas dando lugar a la formación de cristales en estado sólido en donde los átomos oscilan alrededor de puntos fijos y están en equilibrio dinámico más que estático, deberíamos de considerar que ningún material puede ser preparado sin tener ningún grado de impureza química, los átomos o iones de las impurezas que quedan en la solución sólida resultante sirven para alterar la estructura del material puro. Las aleaciones de metales son un ejemplo de la combinación de diferentes componentes, éstas forman soluciones sólidas, es difícil de entender el concepto de solución sólida sin embargo el concepto es el mismo que la solución líquida. Un ejemplo de solución sólida es la aleación CuNi que comparten la misma estructura fcc, en este caso el níquel es la sustancia disuelta en el cobre, el cual actúa como solvente, a este proceso se le conoce como solución sólida por sustitución porque los átomos de níquel están sustituyendo a los átomos de cobre en los lugares correspondientes de la estructura fcc. Para que ocurra esta mezcla completa en soluciones sólidas metálicas los dos metales deben ser muy similares, y cumplir con la regla de Hume-Rothery:

1.- La diferencia del radio atómico no debe ser menor del 15% aproximadamente.

2.- La misma estructura cristalina.

3.- Electronegatividad similar y la misma valencia.

Si se viola una o más de las reglas de Hume-Rothery solo es posible una solubilidad parcial. En la solución sólida se ve un cambio en las propiedades de la matriz como es el endurecimiento, ya que los átomos sustitucionales, se depositan en las vacancias de la matriz.

Cuando el tamaño de los átomos difiere en gran medida la sustitución del átomo más pequeño en un sitio de la estructura podría ser inestable desde el punto de vista energético, en este caso es más estable para el átomo pequeño acomodarse en un hueco intersticial como es el caso del acero en donde el carbono se introduce en el hueco intersticial del hierro.

Los principios de formación de soluciones sólidas por sustitución también se pueden aplicar a los materiales compuestos como es el caso del NiO y MgO, que presentan una solución sólida aleatoria. El estado cargado de los iones de un compuesto afecta la naturaleza de la sustitución, en otras palabras no es posible remplazar a todos los iones. Como resultado una regla básica adicional para la formación de soluciones solidas compuestas es el mantenimiento de la neutralidad de la carga. Cuando los átomos se encuentran de manera ordenada dentro de la estructura podemos decir que hubo una solución sólida ordenada, el ordenamiento puede producir una nueva estructura similar a alguna de las estructuras de los compuestos cerámicos.

El estudio de la estructura nos permite darnos cuenta de que ésta presenta una serie de defectos entre los cuales se encuentran las dislocaciones, que es un tipo de defecto lineal debido a que la localización de los puntos defectuosos producidos en la retícula por la dislocación se hayan a lo largo de una línea, este defecto no quiere decir que sea malo, pues, nos ayuda a explicar el comportamiento de un material que posea la red cristalina, ya sea polímero, cerámico o metal. En los metales así como en todo material que posea una red cristalina las dislocaciones son generadas durante la solidificación y multiplicadas durante un esfuerzo de deformación.

Para poder entender el efecto de las dislocaciones en una estructura cristalina debemos saber que existen catorce tipos posibles de redes espaciales, y pueden clasificarse en siete sistemas cristalinos: cúbico, tetraédrico, rómbico, hexagonal, triclínica, ortorrómbica y monoclínica.

Afortunadamente, la mayoría de los metales importantes se cristalizan ya sean en los sistemas cúbicos o en los hexagonales, y sólo tres tipos de redes espaciales se encuentran comúnmente: la bcc (cúbica centrada en el cuerpo), la fcc (cúbica centrada en las caras) y la hcp (hexagonal compacta), este tipo de arreglos cristalinos determinan el desplazamiento de una dislocación a través de la red ya que las estructuras presentan diferentes planos de deslizamiento, en una estructura de bcc se presentan tres planos de deslizamiento, mientras que en una fcc, doce planos de deslizamiento y en una hcp presenta cuarenta y ocho planos de deslizamiento, una dislocación al ser un defecto unidimensional podríamos pensar que a mayor cantidad de planos de deslizamiento, mayor movimiento por parte de la dislocación, pero en realidad no es así, pues, de estas tres estructuras la que presenta mayor deslizamiento para la dislocación es la estructura fcc ya que al ser una estructura cúbica centrada en las caras no hay un átomo central que limite el deslizamiento de todos sus planos, de manera análoga sería como tener un rubik, solo que de tres colores. En el caso de la estructura hcp que cuenta con 48 planos para que deslice la dislocación, la cantidad de planos es tanta que se estorban entre ellos, ya que las direcciones se cruzan entre sí.

Dislocación de Arista

La dislocación de arista también conocida como dislocación de borde se llama así porque la dislocación se desplaza a través del borde de la hilera extra de átomos de manera unidimensional, esta hilera se puedes ilustrar haciendo un corte parcial en un cristal perfecto, abriendo el cristal y llenando en parte el corte con un plano adicional como se observa en la primer figura:

Al introducir la dislocación, los átomos que están arriba de la línea de dislocación están muy comprimidos entre sí, mientras que los de abajo están muy tensos entre si, en el caso de la dislocación de borde, el vector de deslizamiento, se le llama vector Burgers y se define como; una dirección positiva a lo largo de la línea de dislocación, un plano perpendicular a la línea de dislocación.

Trace un camino alrededor de la línea de dislocación, avance a un sitio en sentido a las manecillas del reloj, a esto se le llama circuito Bugers, si el camino no

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