ciencia de materiales. estructuras de materiales
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Ciencia de materiales. Estructuras de materiales. Estructuras cristalinas. Facultad de Ingeniería, UNAM.TRANSCRIPT
Ciencia de Materiales
Estructura de materialesM.C. Agustín Eduardo Bravo Bénard
Unidad de Investigación y Asistencia Técnica en Materiales
Departamento de Ingeniería Mecánica
Facultad de Ingeniería,
Universidad Nacional Autónoma de México
Celdas unidad en el sistema cristalino cúbico
Cúbica sencilla Cúbica centrada en el cuerpo
Cúbica centrada en las caras
Estructuras cristalinas
Body-Centered Cubic (BCC)
Face-Centered Cubic (FCC)
Hexagonal Close-Packed
Estructuras cristalinas
Empaquetamiento hexagonal compacto
ABABAB
ABCABCABCHCP
FCC
BCC
ABABAB
Estructuras cristalinas
Nº de coordinación
Hexagonal compacto
Cúbico compacto
(FCC)
• Coordination # = 12
• ABAB... Stacking Sequence
• APF = 0.74
• 3D Projection • 2D Projection
A sites
B sites
A sites Bottom layer
Middle layer
Top layer
Adapted from Fig. 3.3,Callister 6e.
Hexagonal Close-Packed Structure (hcp)
CristalesCristal = Red + Base Maurits Cornelius Escher (1898 – 1972)
Tipos de huecos
Huecos octaédricos
Huecos tetraédricos
Hueco trigonal
Estructuras cristalinas
Tipos de cristalesCrisitales iónicos:a) Estan formados de especies (átomos, moléculas) cargadasb) los aniones y cationes son por lo general de tamaño distintoCristales covalentes:a)Los atomos se mantienen unidos por enlaces covalentes (alótropos del carbono)Cristales MolecularesCristales Metálicos
Estructuras cristalinas
Cloruro de Cesio
- Celda Unitaria: cúbica simple (2 redes superpuestas)- Nº de coordinación para ambos iones es 8
Cloruro Sódico
Estructuras cristalinas
- C.U: cúbica centrada en las caras para los aniones- Nº de coordinación para ambos iones es 6- Los cationes ocupan todos los huecos octaédricos
ZnS (zinc blenda)
Estructuras cristalinas
- C.U: cúbica centrada en las caras para los aniones- Nº de coordinación para ambos iones es 4- Los cationes ocupan la mitad de los huecos tetraédricos
CaF2 (fluorita)
Estructuras cristalinas
- C.U: cúbica centrada en las caras para los cationes- Nº de coordinación para el catión y el anión son 8:4- Los aniones ocupan todos los huecos tetraédricos
TiO2 (rutilo)
Estructuras cristalinas
- C.U: hexagonal compacto para aniones- Nº de coordinación para el catión y el anión son 6:3- Los cationes ocupan la mitad de los huecos octaédricos
Estructura del diamante
Planos y direcciones cristalográficas
Direcciones: [100], [010], [001]Familia de direcciones: <100>
Planos: (110), (101), (011)Familia de planos: {110}
Direcciones cristalográficas
DeslizamientoEstructura cristalina
Plano de deslizamiento
Dirección de deslizamiento
Metalescon estructuraBCC
{110}{112}{123}
<111>
Metalescon estructuraFCC
{111} <110>
Metalescon estructurahexagonal
{0001}{1120}{1010}{1011}
<100><110><1120>
Ley de Bragg
Defectos cristalinos:
1) puntuales- vacantes- defectos intersticiales- defectos sustitucionales- defecto Frenkel- defecto Schottky
2) lineales (dislocaciones)- de tornillo- de borde
3) de superficie- superficie macroscópica- límites de grano- fallas de apilamiento- maclas
Dislocación de tornillo
b = vector de Burgers
Dislocación de borde
b = vector de Burgers
Deslizamiento
Ley de Schmidt
Dirección dedeslizamiento
λφ
Esfuerzo cortanteτr = Fr/A
A0
A
σ = F/A0
τr = σ cosφ cosλ
• Placa de Nb-Hf-W soldada por un haz de electrones.• Cada grano es un cristal. • Para un material policristalino con orientaciones variadas, las
propiedades direccionales se anulan.
1 mm
Límites de grano
Modelo de burbujas
Lattice defects in the soap bubbles model
substitutional smaller atom
interstitial atom
dislocation
vacancy
¿Cómo hacen las burbujas?
En el laboratorio...
Borde de macla
Cristalinidad en polímeros
Materiales Cuasicristalinos
Periodicidad atómica.Simetría de traslación distinta a cristales.
Cristales CuasicristalesSimetría de rotación 1, 2, 3, 4, 6 5, 8, 10, 12
Unidad estructural Celda unitaria Estructura unitaria
EstructurasCúbica, Hexagonal, Tetragonal, …
Icosaédrica, Octaédrica, Decagonal, Duodecagonal
Planos atómicos Periódicos Aperiódicos
Materiales Cuasicristalinos
Cuasicristales Icosaédricos:
Cuasicristales Icosaédricos
LC, 3.5 def
2 p, 5.17 def 10 p, 11.57 def
Amorfización En Estado SólidoColaminado acumulado de capas elementales.
Colaminado de Al-Sn