difucion materiales

Mecanismos de Difusión > Propiedades de Materiales I

Erika Nohemí Delgadillo Bañales

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Contenido

> Difusión

> Mecanismos

• Difusión por intercambios directos

• Difusión por vacancias

• Difusión intersticial

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Arreglo de átomos en

un material en una red

repetitiva regular.

Fig.1. Representación Esquemática de

una estructura cristalina

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Donde

Nv: Número de vacantes

N: Número de sitios

Qv: Energía de activación

(energía vibracional requerida

para la formación de una

vacancia)

K: Cte de Boltzman o de los gases

(1.38 10-23 J/átomos-K)

T: Temperatura absoluta

Nv/N: 10-4 (T=Tm)

1 vacancia cada 10000 lugares

ocupados

Se produce cuando un

átomo o ion esta ausente de

su sitio normal en la

estructura cristalina

Fig.2. Representación Esquemática de

una vacancia

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Se produce cuando se

inserta un átomo o ion

adicional en la estructura

cristalina en una posición

por lo general desocupada

Fig.3. Representación Esquemática de

espacios intersticiales

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• Flujo neto de átomos, iones u otras especies dentro de

un material causado por gradiente de temperatura y

concentración.

Es un mecanismo por el que la materia se transporta a través de la

materia.

Gases ⇒ movimiento de átomos/moléculas muy rápido

Líquidos ⇒ movimientos más lentos ⇒ ↑↑Interacciones atómicas

Sólidos ⇒ SÓLO vibraciones térmicas en posiciones equilibrio

Difusión en sólidos ⇒ movimientos de átomos dentro de la red cristalina

Fig.4.

Representación

de una difusión

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> El fenómeno de difusión se puede demostrar mediante el par

difusor formado por la unión de dos metales puestos en

contacto (Cu-Ni).

> Transporte de átomos desde las regiones de elevada

concentración a baja concentración. Este par se calienta a

elevada temperatura durante un largo período de tiempo y

luego se enfría.

Fig.5. Simulación de una difusión atómica

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Fig.6. Mechanisms of diffusion in crystals, after ADDA and F’HILIBERT [1966]:

(1) direct exchange, (2) cyclicexchange, (3) vacancy, (4) interstitial, (5) interstitialcy,

(6) crowdion.

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Átomos del mismo tipo intercambian posiciones.

Fig.7. Representación gráfica de un

intercambio directo

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Cada átomo “empujando” a su vecino en el curso de

una permutación circular. Sin embargo este mecanismo

requiere la coordinación de varios saltos atómicos, lo

que hace que su ocurrencia sea improbable.

Fig.8. Representación gráfica de un

intercambio directo en forma de anillo

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> Un átomo deja si sitio de red y llena una

vacancia cercana, al continuar con la

difusión se forman flujos de átomos.

> El numero de vacancias aumenta con la

temperatura.

> El movimiento de los átomos van en

sentido opuesto al de las vacantes.

Fig.9. Representación gráfica de mecanismos de

difusión por vacancias

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• Mínima cantidad de energía para iniciar una reacción

• El átomo debe tener suficiente energía como para

romper los enlaces con átomos vecinos y distorsionar la

red durante el desplazamiento.

• La rapidez del movimiento de un átomo en relación con

la temperatura se expresa con la ecuación de Arrhenius.

𝐷 = 𝐶 𝑒−

𝑄𝑅𝑇

Donde Q Energía de Activación J/mol R Constante molar de los gases

8.314 J/(mol· K) T Temperatura K C Constante de velocidad,

independiente de la temperatura.

Fig.10. Energía de activación requerida para desplazar un átomo

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> Consiste en trasladar de un espacio intersticial a otro. Estos

átomos suelen ser pequeños (C,H,N y O), difundiéndose

mediante este mecanismo.

> Es generalmente más rápido debido a la vinculación de

espacios intersticiales dentro de la red; el enlace

normalmente es más débil existiendo muchos más

sitios intersticiales de los sitios vacantes para saltar.

Fig.11. Representación gráfica de mecanismos de difusión por espacios

intersticiales

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Se requiere mas energía para un átomo

sustitucional que para uno intersticial.

Fig.12. Esquema de energía de activación entre un

especio intersticial y una vacancia.

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Endurecimiento superficial del acero

Engranajes o ejes

Fabricación de circuitos electrónicos integrados

Descarburación

Sinterización

Soldadura por difusión