Configuracion Estructural

INTRODUCCIÓN

La ciencia y la ingeniería mecánica de loa materiales constituyen un campo interdisciplinario que ocupa el campo de inventar nuevos materiales y dispositivos y de mejorar los materiales que ya se conocen, desarrollando, una comprensión más profunda de las relaciones entre su microestructura composición, síntesis y procesamientos.

Muchas propiedades de los materiales dependen en gran parte de la estructura un cuando su composición sea la misma. Es la razón de la importancia extremadamente grande que tiene las relaciones entre estructuras y propiedades o microestructuras y propiedades.

Los materiales se clasifican en metales y alcalinos, cerámicos, vidrios y vitroceramicos, materiales compuestos, polímeros y semiconductores.

En la clasificación de los materiales según sus funciones, se incluyen los materiales aeroespaciales, biomédicos, electrónicos energéticos y ambientales, magnéticos, ópticos (fotonicos) y estructurales.

Los materiales también se pueden clasificar en cristalinos y amorfos. Los materiales cristalinos pueden ser monocristalinos o policristalinos.

Las propiedades de los materiales de los materiales dependen de la temperatura, nivel y tipo de esfuerzo aplicado, rapidez de deformación, oxidación y corrosión, y otros factores ambientales.

ESTRUCTURA ATÓMICA DE LOS METALES

Igual que la composición la estructura de una influencia profunda en sus propiedades.Las estructuras de los materiales se pueden comprender en varios niveles: estructura atómica arreglos atómicos de largo y corto alcances, autoestructuras, microestructuras y microestructuras. Los ingenieros que se ocupan de las aplicaciones practicas deben comprender la estructura a nivel tanto micro como macro. Como los átomos y los arreglos atómicos constituyen los bloques de construcción de los materiales avanzados, se necesita comprenderlos las estructuras a nivel atómico. Hay muchos dispositivos novedosos que están apareciendo, basados en sistemas microelectromecánicos y en la nanotecnología. En consecuencia también es muy importante, para algunas aplicaciones, comprender la estructura de los materiales a una nanoescala.

La estructura electrónica del átomo, que se describe con un conjunto de cuatro números cuánticos, ayuda a determinar la naturaleza del enlazamiento atómico y, en consecuencia las propiedades físicas y mecánicas de los materiales.

El entre átomos se determina en parte por la forma en que interaccionan los electrones de valencia asociados a cada átomos. Las clases de enlaces comprenden el metálico, el covalente, el iónico, y el de van der Waak. La mayoría de los materiales diseñados tienen enlaces mixtos, una mezcla de los anteriores.

La energía se relaciona con la resistencia o fuerza de los enlaces y es alta en especial en los materiales con enlaces iónicos y covalentes. Los materiales con energía de enlace grande y coeficiente de dilatación térmica pequeño.

ARREGLOS ATÓMICOS DE LOS METALES.

Los arreglos atómicos o iónicos de los materiales se describen con siete sistemas cristalinos generales, que comprenden 14 redes específicas de Bravais. Entre los ejemplos, se encuentran las redes cubicas simples, cubicas centradas en el cuerpo, cubicas centradas en la cara y hexagonal.

Una red es una colección de puntos organizados de manera única. La base o elementos recurrentemente, se refieren a uno o más átomos asociados con cada punto de red. La estructura cristalina se deriva sumando red y base. Aunque solo hay 14 redes de Bravais hay cientos de estructuras cristalinas.

Una estructura cristalina se caracteriza por los parámetros de red de la celda unitaria, que es la subdivisión más pequeña de las estructuras cristalinas que sigue describiendo la estructura general de la red. Entre otras características, están la cantidad de puntos de red y de átomos por celda unitaria, el numero de coordinación (o cantidad de vecinos mas cercanos) de los átomos en celda unitaria y el factor de empaquetamiento de los átomos en la celda unitaria. Estructura cristalina = red + base.

Los átomos de los metales que tiene estructura cubica centrada en la cara (FCC) y hexagonal de empaquetamiento compacto (HCP) están estrechamente atraídos, los átomos están dispuestos en una forma que ocupa la máxima fracción del espacio. Las estructuras FCC y HCP alcanzan estos empaquetamientos mediante distintas secuencias de apilamientos de planos atómicos compuestos. La fracción de empaquetamiento mas compacta, con esferas de un solo tamaño, es 0.74, y es independiente del radio de las esferas (es decir los átomos y los balones se empaquetan con la misma eficiencia, siempre que tenga el radio constante).

Las estructuras cristalinas de muchos materiales iónicos se forman por el empaquetamiento de aniones. Los cationes entran es lo poliedros de coordinación que forman los aniones. Estos poliedros suelen compartir los vértices produciendo estructuras cristalinas. Se deben equilibrar las condiciones de neutralidad de la carga y de estequiometria. Con estas consideraciones, se pueden explicar las estructuras cristalinas de muchos materiales cerámicos.

Las estructuras cristalinas de los materiales de enlace covalente tienden a ser abiertas. Entre los ejemplos están el diamante cubico (con Si, Ge).

1.1. IMPERFECCIONES CRISTALINAS.

Las imperfecciones o defectos es un material cristalino son de tres tipos generales defectos puntuales, defectos lineales o dislocaciones y defectos superficiales.

En términos “defectos” es un tanto engañoso. Hay una cantidad incontable de tecnología y aplicaciones que se basan en la utilización de los defectos.

Los defectos puntuales son interrupciones localizadas en arreglos atómicos que si no fueran ellos, seria perfectos en una estructura cristalina. Aun cuando se llaman defectos puntuales, la alteración afecta una región donde interviene varios átomos o iones. Estas imperfecciones se muestra en la figura y se puede introducir por el movimiento de los átomos o los iones al aumentar la energía por calentamiento, durante el procesamiento del material, por introducción de impurezas o por dopado. En el caso normal, las impurezas son elementos o compuestos presentes en la materia prima o en el procesamiento.

Un defecto puntual implica en general a uno o un par de átomos o iones y, en consecuencia, es distinto de los defectos extendidos, como dislocación, limites de grano, etc. Un “punto” importante acerca de los defectos es que, aunque se presentan en uno o dos sitios, su presencia es “sentida” en distancias muchos mayores en el material cristalino.

Vacancias: Una vacancia se produce

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