Imperfecciones en cristales

Imperfecciones en cristales

Los defectos en cristales son muy importantes en las propiedades en los materiales en mucha ocasiones son de gran utilidad para aplicaciones en la ingeniería, por eso es de gran ayuda estudiar el efecto de las imperfecciones en los materiales. Los efectos que se ven en los materiales son tres: Defectos puntuales, Defectos lineales y dislocaciones y Defectos superficiales.

Se hacen notar estos defectos en la estructura cristalina y en sus propiedades de los materiales que ya se ha estudiado con anterioridad, por eso es de gran ayuda su estudio. Estos defectos puedes ser ocasionados por los procesos para generar aleaciones, muchos de los defectos o imperfecciones se generan por la energía, pueden ser accidentales o ser intencionales para mejorar el material de sus propiedades eléctricas, mecánicas, electrónicas u ópticas.

Los defectos puntuales no son muy anhelados debido a que pueden bajar su resistividad, dureza, conductividad, etc., en los metales, en cambio los defectos superficiales como los granos pueden beneficiarlos a tener mejor dureza. Los defectos lineales pueden ayudar o perjudicar a los materiales como los otros dos este puede ayudarlos a que sean más dúctiles, frágiles o que sean más resistentes. La cantidad o tipo de defecto en los cristales afectan directamente en sus propiedades mecánicas.

En los defectos puntales se pueden tener vacancias, intersticios, sustitución de átomo y los defectos de Frenkel y Schottky; en los defectos lineales y dislocaciones tiene tres tipos de dislocaciones de tornillo, de borde y mixta y en los defectos de superficie son los límites o los planos que se presenta en el material que los separan en regiones.

Un defecto cristalino es una anomalía que afecta a los materiales cristalinos en su estructura, las imperfecciones se pueden clasificar dependiendo de sus cambios ya sean geométricos o las dimensiones del desperfecto o las impurezas que presenta el material o la temperatura con la cual se trabaja.

Los defectos puntuales son los que se dan en los átomos si no fuera por este defecto tendrían una estructura perfecta, se dan por energía de activación, impurezas o dopado. La energía de activación se presenta en el procesamiento del material lo que puede ocasionar las vacancias; las impurezas son elementos que están presentes en su materia prima o en los procedimientos, los dopantes son elementos que se agregan de manera ocasionada, en las impurezas y dopantes se presentan los defectos sustituciones. Las vacancias se generan cuando hace falta un átomo o unión en la estructura generando un hueco, se pueden crear con la temperatura elevada, cuando se está solidificando el material.

 Las vacancias pueden ser útiles en las cerámicas para elevar sus propiedades eléctricas, mientras más se eleva la temperatura más vacancias puede tener el material debido a que los átomos empiezan a vibrar y sales de su sitio dejando un hueco, hasta que se encuentre su punto de estabilidad. Un defecto sustitucional  es cuando se cambia un átomo o un ion distinto en la red, pueden ser más grandes o más pequeños a los átomos o iones que se sustituirá, a lo que puede generar que los espacios interatómicos  sean más espacios menores o mayores. En este defecto la temperatura no afecta; también genera los semiconductores tipo n y tipo p y los extrínsecos, los tipo n contienen elementos que ceden electrones, los tipo p tienen elementos que aceptan electrones y lo extrínsecos son los que contienen dopantes impurezas.

Los intersticios es lo contario a una vacancia en este caso se inserta un átomo más a su estructura en donde encuentre un punto de estabilidad y que tenga el lugar desocupado para que se pueda insertar, dependiendo del tamaño dl átomo puede ser comprimida o distorsionada, este defecto les proporciona más dureza a los metales, pueden permanecer casi constantes aun cuando cambie la temperatura. En los defectos intersticiales afecta el factor de empaquetamiento atómico debido a que se incluye un átomo más a la red de su estructura. Este afecta a los que tienen bajo factor de empaquetamiento ya que recordando es el que proporciona el lugar que ocupan los átomos en su estructura.

El defecto Frenkel es cuando un átomo brinca de un lugar a otro generando una vacancia pero a la vez un intersticio también. El defecto Schottky solo se presenta en los materiales iónicos para poder mantener una estabilidad entre los aniones y cationes presentando vacancias, pero no solo tiene que mantener un equilibrio en sus cargas, sino también en su masa y en su cantidad de sitios. Para este defecto se utiliza una anotación llamada Kröger-Vink para escribir las ecuaciones.

En los defectos lineales y dislocaciones son imperfecciones de deformación que sin ellos el material podría ser perfecto, se presentan en la solidificación del material o en la deformación. Se pueden clasificar en tres dislocaciones de tornillo, de borde y mixta en los cuales estaremos utilizando un vector llamado vector de Burgers. Este defecto le puede proporcionar dureza a los materiales metálicos.

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