La difusión es el movimiento de los átomos en un material.

República Bolivariana de Venezuela[pic 1]

Ministerio del Poder Popular para la Educación

Universidad José Antonio Páez

Facultad de Ingeniería

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DIFUSIÓN

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ÍNDICE

Tema                Página

Introducción  --------------------------------------------------------------- 3

Difusión  -------------------------------------------------------------------- 4

Mecanismos de Difusión --------------------------------------------------- 5

Leyes de Fick  -------------------------------------------------------------- 7

Crecimiento de Cristales  -------------------------------------------------- 9

Solidificación en condiciones de Equilibrio  ------------------------------ 12

Gráficas de Solidificación en diferentes condiciones -------------------- 13

Colada Continua ---------------------------------------------------------- 14

Proceso de la Colada Continua  ------------------------------------------ 15

Conclusiones  ------------------------------------------------------------- 19

Bibliografía  --------------------------------------------------------------- 20

INTRODUCCIÓN

La difusión es el movimiento de los átomos en un material. Los átomos se mueven de una manera predecible, tratando de eliminar diferencias de concentración y de producir una composición homogénea y uniforme. El movimiento de los átomos es necesario para muchos de los tratamientos que llevamos a cabo sobre los materiales. Es necesaria la difusión para el tratamiento térmico de los metales, la manufactura de los cerámicos, la solidificación de los materiales, la fabricación de transistores y celdas solares y la conductividad eléctrica de muchos cerámicos. Si comprendemos cómo se transfiere la masa mediante la difusión, podremos diseñar técnicas de procesamiento de materiales, dispositivos a prueba de fugas, e incluso equipo de purificación.

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Difusión

La difusión es el mecanismo por el cual la materia se transporta a través de la materia. Los átomos en los gases, líquidos y sólidos están en constante movimiento y emigran después de un periodo. En los gases, el movimiento atómico es relativamente rápido, prueba de ello es la aparición inmediata de olores al cocinar o las partículas de humo. El movimiento atómico en los líquidos en general es más lento que en los gases, como puede observarse cuando se vierte un colorante en agua líquida. El movimiento atómico en los sólidos está limitado por su enlace con posiciones de equilibrio. Sin embargo, las vibraciones térmicas que tienen lugar en los sólidos permiten que algunos átomos se muevan. La difusión de los átomos en los metales y aleaciones es particularmente importante, ya que, en su mayoría, las reacciones en estado sólido conllevan movimientos atómicos. Ejemplos de reacciones en estado sólido son la precipitación de una segunda fase a partir de soluciones sólidas y la nucleación y crecimiento de nuevos granos en la recristalización de un metal trabajado en caliente.

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Mecanismos de la difusión

Existen dos principales mecanismos de la difusión de los átomos en una red cristalina:

1) mecanismo sustitucional o por vacantes

2) mecanismo intersticial.        

1. Mecanismo de difusión sustitucional o por vacantes. Los átomos pueden moverse en la red cristalina de una posición atómica a otra si tienen suficiente energía de activación procedente de sus vibraciones térmicas y si existen vacantes u otros defectos cristalinos en la red hacia las que los átomos puedan desplazarse. Las vacantes en los metales y aleaciones son defectos en equilibrio, y por ello siempre hay algunas presentes que posibilitan la  difusión sustitucional de los átomos. Cuando se aumenta la temperatura del metal, hay más vacantes y más energía térmica disponible y por tanto la velocidad de difusión es superior a temperaturas más elevadas.

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1. Mecanismos de difusión intersticial. La  difusión intersticial de los átomos en las redes cristalinas tiene lugar cuando los átomos se mueven de un sitio intersticial a otro intersticio vecino sin desplazar de manera permanente a ninguno de los átomos de la red cristalina de la matriz. Para que el mecanismo intersticial sea operativo, el tamaño de los átomos que se difunden debe ser relativamente pequeño comparado con el de los átomos de la matriz. Los átomos pequeños como el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y carbono se pueden difundir intersticialmente en algunas redes metálicas cristalinas. Por ejemplo, el carbono puede difundirse intersticialmente en hierro a BCC y en hierro γ FCC. En la difusión intersticial del carbono en hierro, los átomos de carbono deben pasar entre los átomos de la matriz de hierro.

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Leyes de Fick

1° Ley de Fick (Velocidad de Difusión): la velocidad a la cual se difunden los átomos en un material se puede medir mediante el flujo J, que se define como el número de átomos que pasa a través de un plano de superficie unitaria por unidad de tiempo. La primera Ley de Fick determina el flujo neto de átomos.

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2° Ley de Fick:

En materiales de ingeniería, generalmente no se presenta el estado estacionario en que las condiciones no cambian con el tiempo. En la mayoría de los casos tiene lugar la difusión en estado no estacionario, en la cual la concentración del soluto varía con el tiempo de un punto a otro en el material. Por ejemplo, si se difunde carbono en la superficie de un árbol de levas de acero para endurecerla, la concentración del carbono bajo la superficie cambiará de un punto a otro con el tiempo a medida que el proceso de difusión avance.

Esta ley establece que la velocidad del cambio de composición es igual al coeficiente de difusión multiplicado por la velocidad de cambio del gradiente de concentración. Una solución particular de esta ecuación para un gas que se difunde en un sólido es de gran importancia en algunos procesos de difusión en ingeniería y se utilizará para resolver algunos problemas de difusión industrial que se dan en la práctica.

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Los griegos llamaron cristal al cuarzo, κρνσταλλοσ (crystallos = frío + goteo), es decir, carámbanos de extraordinaria dureza y muy fríos. Pero la formación de cristales no es exclusiva de los minerales, y los encontramos también (aunque no necesariamente de modo natural) en los compuestos llamados orgánicos, e incluso en los ácidos nucleicos, en las proteínas, en los virus…

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