unidad 2-4 imperfecciones en solidos

IMPERFECCIONES EN SLIDOS

Materiales de Ingeniera

Defectos cristalinos

Defectos puntuales o de dimensin cero

Defectos lineales o de una dimensin

llamados tambin dislocaciones

Defectos de dos dimensiones

Se pueden presentar numerosas imperfecciones en los cristales, estas se deben principalmente a:

Ausencia de tomos

tomos adicionales

Ausencia de planos

Planos extra

Los tomos extra pueden ser del mismo tipo o diferentes a los de la red, pueden ocupar sitios de red o sitios intersticiales.

Imperfecciones en solidos


Las vacantes se producen durante la solidificacin y tambin como consecuencia de las vibraciones, que desplazan los tomos de sus posiciones.


En el equilibrio, el nmero de vacante Nv, de una cantidad determinada de material depende de la temperatura y aumenta con ella de acuerdo con:

= n exp (-

)

n : Nmero total de lugar ocupados por tomos. n=(6.023 X 10 23)*Densidad/(Peso atmico) Qv: Es la energa requerida para la formacin de una vacante K : Contaste de Boltzman= 1.38 X 10 -23 J/tomos.K 8.62 X 10 -5 eV/tomoK.

Las vacantes se producen durante la solidificacin y tambin como consecuencia de las vibraciones, que desplazan los tomos de sus posiciones.


Calcule en nmero de vacantes por metro cbico en el cobre, en equilibrio, a 1000C. La energa necesaria para la formacin de vacantes es de 0.9 eV/tomo; el peso atmico del cobre (a 1000C) es 63.5 g/mol y la densidad es 8.4 g/cm3

= n exp (-

)

n : Nmero total de lugar ocupados por tomos (cm3). n=(6.023 X 10 23)*Densidad/(Peso atmico) Qv: Es la energa requerida para la formacin de una vacante K : Contaste de Boltzman= 1.38 X 10 -23 J/tomos.K 8.62 X 10-5 eV/tomoK.


Defectos puntuales

Dislocaciones

Maclas

Lmites de granos

Tipos de defectos


Tipos de defectos


Impureza substitucional: Un tomo que ha sido reemplazado por un tomo diferente

Esfuerzos de tensin Esfuerzos

compresivos


Impureza intersticial: Una pureza intersticial se refiere a un tomo de tamao pequeo ocupando el espacio entre los atmos parentales.

Compressive

Stress

Fields

Relative

size

a

b

d

a) Vacancia

b) tomo intersticial

c) tomo sustitucin grande

d) tomo sustitucin pequeo

e

e) tomo intersticial igual

c



Disolucin slida:

Factor de tamao atmico Cantidades apreciables de soluto pueden acomodarse en este tipo de disolvente slido nicamente cuando la diferencia entre los radios atmicos de ambos tipos de tomos es menor de 15 %. De lo contrario, los tomos del soluto crearn grandes distorsiones en la red y se formar una nueva fase.

Estructura cristalina Para lograr una solubilidad apreciable en estado slido, las estructuras cristalinas de los metales de ambos tipos de tomos deben ser las mismas

Electronegatividad Cuanto mas electro positivo es un elemento y mas electronegativo es el otro, mayor es la probabilidad de que formen un compuesto intermetlico en lugar de una disolucin slida sustitucional.

Valencias Si los dems factores permanecen iguales, un metal tiene ms tendencia a disolver otro metal de valencia mas elevada que uno de valencia menor.


Imperfeccin Frenkel: Un in que es desplazado de un sitio regular a un sitio intersticial.

Imperfeccin Schottky: Un par de cationes y aniones que estn ausentes del cristal inico resultando en un par de sitios vacantes.


Defectos en estructuras inicas

- - - -

- - - -

- - - -

- - - -

+ + +

+ + +

+ + +

Frenkel

- - - -

- - - -

- - - -

- - - -

+ + +

+ + +

+ + +

Schottky


Defectos cristalinos

Defectos lineales o de una dimensin

llamados tambin dislocaciones

Dislocacin borde Imperfecciones en solidos

Movimiento dislocacin borde Imperfecciones en solidos

Presencia de un plano extra

Dislocacin borde


Desplazamiento de un plano respecto a la red original

Dislocacin helicoidal


Dislocacin simultanea de borde e helicoidal.

Dislocacin mixta


Movimiento defecto mixto


Permiten el movimiento de tomos por difusin .

Permiten la deformacin aplicando menor esfuerzo.

Modificacin de las propiedades pticas, elctricas,

trmicas, mecnicas, etc.

Importancia de los defectos y las dislocaciones


Hace que la resistencia de los metales sea de 100 a

1000 veces menor.

El deslizamiento le otorga ductilidad a los metales.

Se controla las propiedades mecnicas de un metal o

aleacin al interferir el movimiento de las

dislocaciones.

Importancia de los defectos y las dislocaciones


Vector de Burgers

En una red sin defectos, se

puede trazar una red rectangular

donde el punto de partida y final

son el mismo.

Si se repite el proceso en una red con

defectos no se obtiene un circuito cerrado,

el vector necesario para cerrar el circuito

es el vector de Burgers.

4

4

4 4

4

3

4 4


Vector de Burgers dislocacin helicoidal


Dos regiones cristalinas iguales, pero que son imgenes especulares una de otra

Maclas


Dos regiones cristalinas iguales, pero que son imgenes especulares una de otra, esta deformacin se puede producir por deformacin por recocido.

Maclas


Maclas


Una macla es un crecimiento conjunto de dos o mas cristales de la misma sustancia.

Los componentes que forman la macla estn relacionados por un elemento de simetra.

Maclas Imperfecciones en solidos

Fuente: fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales 4ta edicin. William f smith-javad-hashemi (1)

Maclas en la estructura de grano del latn

Maclas


(Fe2+,Mg,Zn)2Al9(Si,Al)4O22OH2

CaF2

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Imperfecciones en solidos Maclas de pirita

Macla de aragonita

Limites de grano

Muy importante en los diagramas de fase, y en la obtencin de las propiedades deseadas en un material



ASTM E112 - 12 Standard Test Methods for Determining Average Grain Size

unidad 2-4 imperfecciones en solidos

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