Defectos Cristalinos

Defectos cristalinos

Introducción a la
Ciencia de Materiales

M. Bizarro

Monocristal
• Cuando el arreglo de un sólido cristalino es
perfecto o se extiende completamente a lo largo
del sólido sin interrupción, se dice que es un
monocristal.
• Todas las celdas unitarias están unidas de la
misma manera y tienen la misma orientación.
• Pueden ser naturales o artificiales.Introducción a la
Ciencia de Materiales

M. Bizarro

Monocristal de calcita, Nuevo México

Monocristal de granate, China
Introducción a la
Ciencia de Materiales

M. Bizarro

• Algunas aplicaciones en ingeniería requieren monocristales:
--monocristales de diamante
para abrasivos

--aspas de turbinas

• Las propiedades de los materiales
cristalinos se relacionan con su
estructura.
--Ej:El cuarzo se fractura más
fácilmente a lo largo de algunos
planos que de otros.

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Ciencia de Materiales

(Courtesy P.M. Anderson)

M. Bizarro

Policristal
• La mayoría de los sólidos cristalinos están
formados por muchos cristalitos o granos,
llamados materiales policristalinos.
• Cada grano tiene orientación distinta
• La región donde 2 granos se encuentran
sellama frontera de grano.
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M. Bizarro

Policristal de Ce:GdO

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M. Bizarro

Policristales
• La mayoría de los materiales en ingeniería son policristales.
Anisotrópico

1 mm

•
•
•
•

Isotrópico
Placa de Nb-Hf-W vista con un haz de electrones.
Cada “grano” es un cristal individual.
Los granospueden estar orientados al azar.
El tamaño de grano típico está entre 1 nm y 2 cm

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M. Bizarro

Monocristales vs Policristales
• Monocristales

E (diagonal) = 273 GPa

-Las propiedades cambian con
la dirección: anisotrópicos.
-Ejemplo: el módulo elástico
(E) en el hierro BCC

• Policristales

E (borde) = 125 GPa

-Las propiedadespueden o no
variar con la dirección.
-Si los granos están orientados
al azar: isotrópicos.

200 µm

(Epoly iron = 210 GPa)

-Si los granos están texturizados:
anisotrópicos.
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M. Bizarro

Polimorfismo
• Cuando hay dos o más estructuras cristalinas
distintas para el mismo material  polimorfismo o
alotropía.
Sistema Hierro
titanio
α, β-Tilíquido
BCC

carbono
diamante, grafito

1538ºC
δ-Fe

FCC

1394ºC
γ-Fe
912ºC

BCC
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α-Fe
M. Bizarro

Imperfecciones en sólidos
 No existen cristales perfectos
 Muchas de las propiedades de los
materiales se deben a las imperfecciones.
Ej. Fe + C → ACERO

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M. Bizarro

Tipos deimperfecciones
• Vacancia de átomos
• Átomos intersticiales
• Átomos substitucionales

Defectos puntuales

• Dislocaciones

Defectos de linea

• Fronteras de grano

Defectos de área

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M. Bizarro

Defectos puntuales
• Vacancias:
-Sitios atómicos vacantes en una estructura.

Vacancia
distorción
de planos

• Autointersticiales:
-átomos"extra" se posicionan entre los sitios atómicos.

Autointersticial
distorción
de planos

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M. Bizarro

Concentración de
defectos puntuales
• La concentración de equilibrio varía con la temperatura!
No. de defectos
No. Total de sitios
ocupados por átomos

Energía de activación

 −Q
v

Nv = N exp 
 kT





TemperaturaConstante de Boltzmann
(1.38 x 10 -23 J/atom-K)
(8.62 x 10 -5 eV/atom-K)
Cada sitio de la red
es un sitio potencial
de vacantes
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Ciencia de Materiales

En la mayoría de metales, al llegar a la
temperatura de fusión la fracción de
vacantes es de Nv/N= 10-4
1 vacante por cada 10000 lugares ocupados

M. Bizarro

Medición de la energía de
activación
• Se puede...