Cap Tulo 5

Capítulo 5.- Movimiento de los átomos en los materiales.
Índice
5-1 Introducción 105
5-2 Estabilidad de los átomos 105
5-3 Mecanismos de difusión 107
5-4 Energía de activación para la difusión 108
5-5 Velocidad de la difusión (primera ley de Fick) 109
5-6 Perfil de composición (segunda ley de Fick) 118
5-7 Difusión y el procesamiento de los materiales 121Resumen 123
Glosario 124













Diagramas y tablas
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Resumen
Los átomos se mueven mediante mecanismos de difusión a través de un material sólido, particularmente a temperaturas elevadas yestando presente un gradiente de concentración. Algunas relaciones clave que implican difusión son las siguientes:
• Dos mecanismos de importancia para el movimiento de los átomos son la difusión por vacancias y la difusión intersticial. Los átomos sustituciones se mueven en la red gracias al mecanismo de difusión por vacancias.
• La velocidad de difusión se rige por larelación de Arrhenius, esto es, la difusión aumenta de manera exponencial al incrementarse la temperatura. La difusión es importante a temperaturas superiores a 0.4 veces la temperatura de fusión del material (en grados Kelvin).
• La energía de activación Q representa la facilidad con la cual los átomos se difunden, ocurriendo una difusión rápida si la energía deactivación es reducida. Se tiene una baja energía de activación y una rápida velocidad de difusión en el caso de ( 1) difusión intersticial en comparación con la difusión por vacancias, (2) estructuras cristalinas con bajo factor de empaquetamiento, (3) materiales de baja temperatura de fusión o con enlaces atómicos débiles, y ( 4) difusión a lo largo de bordes osuperficies de grano.
• El flujo total de átomos, aumenta cuando se incrementan el gradiente de concentración y el coeficiente de difusión.










5-1 Introducción
La difusión es el movimiento de los átomos en un material. Los átomos se mueven de una manera predecible, tratando de eliminar diferencias de concentración y de producir una composición homogénea y uniforme.
5-2Estabilidad de los átomos

donde ca es una constante, Res la constante de los gases (1.987 cal/mol· K), Tes la tempera- tura absoluta (K) y Q la energía de activación (cal/mol) requerida para que una imperfección se mueva.
5-3 Mecanismos de difusión
Incluso en materiales sólidos absolutamente puros, los átomos se mueven de una posición en la red a otra. Esteproceso, que se conoce como autodifusión, puede detectarse utilizando traza- dores radioactivos.
Conforme continúa la difusión, se tiene un flujo de vacancias y átomos en sentidos opuestos conocido como difusión por vacancia. El número de vacancias, que se incrementa al aumentar la temperatura, ayuda a determinar la extensión tanto de la autodifusión como de la difusión delos átomos sustitucionales.
Difusión intersticial Cuando en la estructura cristalina está presente un pequeño átomo intersticial, este átomo pasará de un sitio intersticial a otro.
5-5 Velocidad de difusión (primera ley de Fick)
La velocidad a la cual se difunden los átomos en un material se puede medir mediante el flujo 1, que se define como el número deátomos que pasa a través de un plano de superficie unitaria por unidad de tiempo (figura 5-5). La primera ley de Fick determina el flujo neto de átomos:

Donde J es el flujo (átomos/cm". s), Des la difusividad o coeficiente de difusión (cmvs), y ticli'ix es el gradiente de concentración (átomos/cm). cm). Durante la difusión varios factores afectan el flujo de los átomos....