Defectos

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DEFECTOS E IMPERFECCIONES CRISTALINAS 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 aplicación ingenieril tal como la capacidad de formar aleaciones en frío, la conductividad eléctrica y la corrosión. Lasimperfecciones se clasifican según su geometría y forma así: • 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. DEFECTOS PUNTUALES VACANTE Constituye el defecto puntual más simple. Es un hueco creado por laperdida de un átomo que se encontraba en esa posición. Puede producirse durante la solidificación por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales. También puede producirse por reordenamientos atómicos en el cristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los átomos. (Figura 1) El número de vacantes en equilibrio Nv para una cantidad dada de material, se incrementa con latemperatura de acuerdo a la ecuación: N v = N KT
−Q

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 10-23 J/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, 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 es mayor.

Figura 1.Vacante DEFECTOS INSTERSTICIALES 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 es sustancialmente más grande que la posición intersticial enla que se sitúa. Consecuentemente la formación de este defecto no es muy probable. Se pueden introducir en una estructura por radiación. (Figura 2)

Figura 2. Defecto Intersticial IMPUREZAS EN SÓLIDOS Este defecto se introduce cuando un átomo es reemplazado por un átomo diferente. El átomo sustituyente puede ser más grande que el átomo original y en ese caso los átomos alrededor están acompresión ó puede ser más pequeño que el átomo original y en este caso los átomos circundantes estarán a tensión. Este defecto puede presentarse como una impureza o como una adición deliberada en una aleación. (Figura 3)

Figura 3. Impurezas o reemplazamientos Dependiendo de la clase de impureza que se halle en el cristal, de su concentración y de la temperatura se formará en el cristal una SOLUCIÓNSÓLIDA. Cuando se habla de solución sólida hay que hacer claridad sobre algunos términos:

Soluto: Es el elemento o compuesto dentro de la solución sólida, que se encuentra en menor concentración - Solvente: Es el elemento dentro de la solución sólida, que se encuentra en mayor concentración. Una solución sólida se forma cuando átomos de soluto se adicionan al material y la estructura cristalinaoriginal se mantiene. Se puede asimilar a una solución líquida en la que también los átomos que constituyen las impurezas (soluto) están distribuidos al azar y uniformemente dispersos dentro del sólido. Los defectos puntuales de impurezas dentro de las soluciones sólidas pueden generarse por dos mecanismos: - Sustitución: Aquí el soluto o las impurezas reemplazan a átomos originales. Esto se da...
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