Imperfecciones Cristalinas

1.1 Imperfecciones cristalinas

Un defecto cristalino es cualquier perturbación en la periodicidad de la red de un sólido cristalino. El cristal perfecto es un modelo ideal, en el que las diferentes especies (ya sean moléculas, iones u átomos neutros) están colocados de forma periódica y regular, extendiéndose hasta el infinito. En la realidad, cualquier cristal presenta defectos en este modelo ideal, empezando por el hecho de que no hay cristales infinitos.

Son estos defectos cristalinos los que dan las propiedades más interesantes de la materia, como la deformación plástica, la resistencia a la rotura, la conductividad eléctrica, el color, la difusión...

En los sólidos cristalinos los átomos se colocan según un modelo ordenado y

reiterativo, que contrasta con la distribución al azar y desordenada de los

materiales amorfos y no cristalinos. Los átomos se representan como esferas

rígidas y la estructura cristalina del sólido es la disposición espacial de

estas esferas.

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.

Las imperfecciones se clasifican según su geometría y forma así:

• Defectos puntuales o de dimensión cero

• Defectos lineales o de una dimensión llamados también dislocaciones

• Defectos de dos dimensiones

También deben incluirse los defectos macroscópicos tales como fisuras, poros y las inclusiones extrañas. (Defectos tridimensionales)

Defectos puntuales

• Vacante.

Es el defecto puntual más simple. Es un hueco creado por la pérdida de un átomo que se encontraba en esa posición. Puede producirse por el proceso de solidificación por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales, por deformaciones plásticas del metal, por enfriamiento rápido, por bombardeo de partículas energéticas tales como los neutrones.

Las vacantes pueden trasladarse cambiando su posición con sus vecinos. Este proceso es importante en la migración o difusión de sus átomos en el estado sólido, sobre todo a altas temperaturas donde la movilidad de los átomos es mayor.

• Defectos intersticiales

Algunas veces, un átomo extra se inserta dentro de la estructura de la red en una posición que normalmente no está ocupada formando un defecto llamado “Defecto intersticial”.

Generalmente este tipo de defecto introduce relativamente grandes distorsiones en los alrededores puesto que normalmente el átomo es sustancialmente más grande que la posición intersticial en la que se sitúa. Consecuentemente la formación de este defecto no es muy probable. Se pueden introducir en una estructura por radiación.

• Impurezas en sólidos

Este defecto se introduce cuando un átomo es reemplazad por un átomo diferente.

El átomo sustituyente puede ser más grande que el átomo original y en ese caso los átomos alrededor están a compresión o puede ser más pequeño que el átomo original y en este caso los átomos circuncidantes están a tensión. Puede presentarse como una impureza o como una adición deliberada en una aleación.

• Defecto Frenkel

Es una imperfección combinada. Vacancia – Defecto intersticial. Ocurre cuando un ion salta de un punto normal dentro de la red a un sitio intersticial dejando entonces una vacancia

• Defecto Schottky

Es un par de vacancias en un material

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