Defectos Cristalinos (Recopilación)

Defectos cristalinos.
Origen y descripción

Realmente no existen cristales perfectos sino que contienen varios tipos de imperfecciones y defectos, que afectan a muchas de sus propiedades físicas y mecánicas y también influyen en algunas propiedades de los materiales a nivel de manufasctura tal como la capacidad de formar aleaciones en frío, la conductividad eléctrica y la corrosión.

Lasimperfecciones se clasifican según su geometría en:

· Defectos puntuales o de dimensión cero
· Defectos lineales o de una dimensión llamados también dislocaciones
· Defectos de dos dimensiones

También deben incluirse los defectos macroscópicos tales como fisuras, poros y las inclusiones extrañas.

Los defectos cristalinos son alteraciones de la regularidad de la estructuracristalina originadas por la presencia de impurezas en la materia prima y condiciones de trabajo, afectando las propiedades físicas del material (mecánicas, eléctricas, magnéticas).

Los defectos de punto o dimensión cero son (figura 1):

Vacancia: Es un hueco en la red creado por la pérdida de un átomo que se encontraba en esa posición. Puede producirse durante la solidificación, por perturbacioneslocales durante el crecimiento de los cristales o por un reordenamiento de un cristal ya formado al aplicarle energía (por medio de un golpe, un láser, una plancha, radiación, campo eléctrico, campo electromagnético, etc). Figura 1.


Figura 1. Vacancia, vacante o laguna en un cristal.

El número de vacantes en equilibrio Nv para una cantidad dada de material, se incrementa con latemperatura de acuerdo a la ecuación:



Donde Nv es el número de vacantes por metro cúbico.
N es el número de puntos en la red por metro cúbico.
Q es la energía requerida para producir una vacancia (J/átomo).
T es la temperatura en °K.
K es la constante de Boltzmann de los gases (1.38 x 10-23J/átomo°K) ó
8.62 x 10-5 eV/átomo°K

Son las imperfecciones más comunes en los cristales. Se danhasta una por cada 10000 átomos.

Las vacantes de no equilibrio tienen tendencia a agruparse formando clusters (conglomerados), que forman divacantes o trivacantes.

Las vacantes pueden transladarse cambiando su posición con sus vecinos. Este proceso es importante en la migración o difusión de los átomos en el estado sólido, sobre todo a altas temperaturas donde la movilidad de los átomos esmayor. En la figura 2 a la vacancia le llaman laguna.

Defectos intersticiales: Algunas veces, un átomo extra se inserta dentro de la estructura de la red en una posición que normalmente no está ocupada formando un defecto llamado “Defecto intersticial”. Generalmente este tipo de defecto introduce relativamente grandes distorsiones en los alrededores puesto que normalmente el átomo essustancialmente más grande que la posición intersticial en la que se sitúa. Consecuentemente la formación de este defecto no es muy probable. Se pueden introducir en una estructura por radiación, figura 2 y 6.

Figura 2. Defecto intersticial.

Defecto de Frenkel: Es una imperfección combinada Vacancia – Defecto intersticial. Ocurre cuando un ion salta de un punto normal dentro de la red a un sitiointersticial dejando entonces una
Vacancia, figura 3 y 6.


Figura 3. Defecto frenkel.
Defecto de Schottky: Es un par de vacancias en un material con enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad, deben perderse de la red tanto un catión como un anión, figura 4.


Figura 4. Defecto Schottky

Otro defecto puntual importante ocurre cuando un ion de una carga reemplaza otro ion dediferente carga. Por ejemplo un ion de valencia +2 reemplaza a un ion de valencia +1. En este caso una carga extra positiva se introduce dentro de la estructura. Para mantener un balance de carga, se debe crear una vacante de una carga positiva (Enlaces iónicos), figura 5.


Figura 5. Defecto por reemplazamiento por iones de diferente carga.

Figura 6. Defectos puntuales.

Defectos de línea o de...