metalurgia cristalografia
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Unidad 2 CRISTALOGRAFÍA1 Estructura cristalina
Celda unitaria: es el agrupamiento más pequeño de átomos que conserva la geometría de la estructura cristalina
Unidad 2 CRISTALOGRAFÍAQue es un Cristal?
Un cristal debe ser definido como un compuesto solidó de átomos,dispuestos en un patrón periódicoen tres dimensiones
No todos los sólidos son cristalinos, algunos son amorfos como el vidrio, y no tienen ningún arreglo regular de átomos.
2 Estructuras cristalinas de los metales
Factor de empaquetamiento atómico (FEA), es la fracción de volumen en una celda unidad que está ocupada por átomos. Este factor es adimensional y siempre menor que la unidad
Índice de Coordinación (IC), se define como el número de átomos de su misma naturaleza que equidistan de él y que son sus vecinos más próximos. Cuanto más alto el IC, más estable
Estructura cúbica de cuerpo centrado BCC
CromoUn trozo de pirita, mineral rico en hierro.
Tungsteno
El cromo, el hierro y el tungsteno son BCC.
Ejemplo: Determinar el FEA para una estructura cúbica centrada en el cuerpo BCC
D d
a
aa
a
aa
a
aa
a
d
La celda para la estructura BCC, contiene 2 átomos. Si r es el radio de un átomo:
El volumen de una esfera es:
El FEA es:
de donde
Estructura cúbica centrada en las caras FCC
Cristal de sulfato de cobre
Cristal de oro
Nitrato de niquelPlomo
El aluminio, el cobre, el oro, el níquel, el platino, la plata y el plomo son FCC
Estructura hexagonal de empaquetamiento cerrado
Son metales HC el cadmio, magnesio, titanio y zinc.
Cadmio
Magnecio
Titanio
Zinc
La longitud de un lado del hexágono es a, y su altura es c
Ejemplo: Detrerminar el FEA para una estructura exagonal
El mineral berilo es un cristal
hexagonal
Cálculo de la densidad
El conocimiento de la estructura cristalina de un sólido metálico permite el cálculo de su densidad mediante la siguiente relación:
EjemploEl Cu posee una estructura FCC y un radio atómico de 0.1278 nm. Considerando que los átomos son esferas sólidas que contactan a lo largo de las diagonales de la celdilla unidad FCC. ¿ Cuál es el valor teórico de la densidad del Cu ?
Masa atómica del cobre:
Volumen de la celda
Densidad volumétrica
Densidad real
Ejemplo.- El aluminio tiene una masa atómica de 26.97 (g/mol). Sabiendo que cristaliza en el sistema FCC y que la dimensión de su celda unidad es 4.049 A. ¿Cuál será su densidad?
Densidad
Densidad para BCC
El radio es:
Ejemplo.- La densidad de wolframio es 19,3 g/cm3 con masa atómica de 183,9 g/mol. Si cristaliza en una red de tipo BCC, calcular su radio atómico.
Densidad para BCC
Para FCC
Corresponde a BCC
Ejemplo.- La masa atómica de un determinado elemento es 55,8 (g/mol). Sabiendo que su radio atómico es 1,24 A y su densidad, 7,9 g/cm. En qué red cristaliza en una BCC o FCC?
Ejemplo.- ¿Cual es el Factor de empaquetamiento atómico en el sistema cristalino hexagonal simple?
Total de átomos 3Altura = 2rEL volumen es:
El FEA es:
Para plantearse el problema tenemos que pensar en el número de celdas que hay en 1 mm3 .Para un cristal BCC, el volumen de una celdilla es:
El número de celdillas es:
En cada celdilla hay 2 atomos
Ejemplo.- Un metal cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo BCC. Si su radio atómico es 1.24 manómetros. ¿Cuántos átomos existirán en 1 cm3?
Algunos metales y no metales pueden tener más de una estructura cristalina: un fenómeno conocido como polimorfismo. Si este fenómeno ocurre en un sólido elemental se denomina alotropía. La existencia de una estructura cristalina depende de la presión y de la temperatura exterior. El ejemplo más familiar es el carbono: el grafito es estable en condiciones ambientales, mientras que el diamante se forma a presiones extremadamente elevadas
4 Polimorfismo y alotropía
5 Imperfecciones en sólidos
Defectos de punto
PuntualesVacantesIntersticialesImpurezas
Se fomentan por la acción de:CalentamientoRadiación con partículasDeformación plásticaDesviación de la composición química
5 Imperfecciones en sólidos
Defectos de línea. Dislocaciones y disclinaciones El deslizamiento proporciona ductilidad al material
5 Imperfecciones en sólidos
Defectos superficiales
Límites de granoMaclasParedes de dominio
Defectos superficiales
5 Imperfecciones en sólidos
Defectos de volumen
Vacíos microscópicosInclusiones de otras fasesDefectos de apilamiento
Defectos de volumen
Porosidad
6 Difución
Importancia tecnológica en: Tratamientos térmicos: cementación,
nitruración de aceros, control microestructura
Homogenización de impurezas Microelectrónica: Dopado de
semiconductores Modificación de vidrios y cerámicas Sinterización