Imperfecciones cristalinas
Páginas: 9 (2153 palabras)
Publicado: 1 de mayo de 2011
INTRODUCCIÓN:
Imperfecciones Cristalinas.
En realidad, no existen cristales perfectos pues contienen varios tipos de defectos que afectan a muchas de las propiedades físicas y mecánicas, que a su vez afectan a muchas propiedades importantes de los materiales para ingeniería, como la conformación en frío de aleaciones, la conductividad eléctrica de semiconductores, la velocidad de migraciónde los átomos en aleaciones y la corrosión de los metales.
Las imperfecciones en la red cristalina se clasifican según su forma y geometría.
Los tres grupos principales son:
1) defectos puntuales o de dimensión cero,
2) defectos de línea o de una dimensión (dislocaciones) y
3) defectos de dos dimensiones que incluyen superficies externas y superficies de límite de grano.
Los defectosmacroscópicos tridimensionales o de volumen también pueden incluirse. Ejemplos de estos defectos son: poros, fisuras e inclusiones.
DEFECTOS PUNTUALES.
El defecto puntual más sencillo es la vacante, un sitio atómico en el que ha desaparecido el átomo que lo ocupaba (figura a). Las vacantes pueden producirse durante la solidificación como el resultado de perturbaciones locales durante elcrecimiento de los cristales, o por las reordenaciones atómicas en un cristal ya existente debido a la movilidad de los átomos. En los metales, la concentración de vacantes en el equilibrio, raramente excede de aproximadamente 1 átomo en 10 000. Las vacantes en metales son defectos en equilibrio y su energía de formación es aproximadamente de 1 eV.
En los metales pueden introducirse vacantes adicionalesdurante la deformación plástica, por enfriamiento rápido desde elevadas a bajas temperaturas y por bombardeo con partículas de alta energía, como los neutrones. Las vacantes que no están en equilibrio tienen tendencia a formar “aglomerados”, formando divacantes o trivacantes. Las vacantes pueden moverse intercambiando su posición con sus vecinas. Este proceso es importante en la migración odifusión de los átomos en estado sólido, particularmente, a temperaturas elevadas donde la movilidad de los átomos es mayor.
Algunas veces un átomo de cristal puede ocupar un hueco intersticial entre los átomos de su entorno que ocupan posiciones atómicas normales (figura b). Este tipo de defectos puntuales se llaman autointersticial o intersticialidad. Estos defectos no ocurren generalmente de formanatural por la distorsión estructural que provocan, pero se pueden introducir en la estructura por irradiación.
En cristales iónicos los defectos puntuales son más complejos debido a la necesidad de mantener la neutralidad eléctrica. Cuando dos iones de carga opuesta faltan en un cristal iónico, se crea una divacante aniónica-catiónica que se conoce como defecto de Schottky. Si un catión se muevea un hueco intersticial del cristal iónico, se crea una vacante catiónica en la posición inicial del catión. Este par de defectos vacante- intersticio se llama Defecto de Frenkel (figura c). La presencia de estos defectos en los cristales iónicos, aumenta su conductividad eléctrica.
Los átomos de impurezas de tipo sustitucional o intersticial son también defectos puntuales y se pueden presentaren cristales con enlaces metálicos o covalentes. Por ejemplo, cantidades muy pequeñas de impurezas atómicas sustitucionales en silicio puro, puede afectar mucho su conductividad eléctrica para su uso en dispositivos electrónicos. Las impurezas iónicas son también defectos puntuales en cristales iónicos.
“Figura a”“Figura b”
“Figura c”
Defectos superficiales
Los defectos superficiales son los límites o los planos que separan un material en regiones; cada región tiene la misma estructura cristalina, pero distinta orientación.
Los defectos de superficie o planares incluyen...
Imperfecciones Cristalinas.
En realidad, no existen cristales perfectos pues contienen varios tipos de defectos que afectan a muchas de las propiedades físicas y mecánicas, que a su vez afectan a muchas propiedades importantes de los materiales para ingeniería, como la conformación en frío de aleaciones, la conductividad eléctrica de semiconductores, la velocidad de migraciónde los átomos en aleaciones y la corrosión de los metales.
Las imperfecciones en la red cristalina se clasifican según su forma y geometría.
Los tres grupos principales son:
1) defectos puntuales o de dimensión cero,
2) defectos de línea o de una dimensión (dislocaciones) y
3) defectos de dos dimensiones que incluyen superficies externas y superficies de límite de grano.
Los defectosmacroscópicos tridimensionales o de volumen también pueden incluirse. Ejemplos de estos defectos son: poros, fisuras e inclusiones.
DEFECTOS PUNTUALES.
El defecto puntual más sencillo es la vacante, un sitio atómico en el que ha desaparecido el átomo que lo ocupaba (figura a). Las vacantes pueden producirse durante la solidificación como el resultado de perturbaciones locales durante elcrecimiento de los cristales, o por las reordenaciones atómicas en un cristal ya existente debido a la movilidad de los átomos. En los metales, la concentración de vacantes en el equilibrio, raramente excede de aproximadamente 1 átomo en 10 000. Las vacantes en metales son defectos en equilibrio y su energía de formación es aproximadamente de 1 eV.
En los metales pueden introducirse vacantes adicionalesdurante la deformación plástica, por enfriamiento rápido desde elevadas a bajas temperaturas y por bombardeo con partículas de alta energía, como los neutrones. Las vacantes que no están en equilibrio tienen tendencia a formar “aglomerados”, formando divacantes o trivacantes. Las vacantes pueden moverse intercambiando su posición con sus vecinas. Este proceso es importante en la migración odifusión de los átomos en estado sólido, particularmente, a temperaturas elevadas donde la movilidad de los átomos es mayor.
Algunas veces un átomo de cristal puede ocupar un hueco intersticial entre los átomos de su entorno que ocupan posiciones atómicas normales (figura b). Este tipo de defectos puntuales se llaman autointersticial o intersticialidad. Estos defectos no ocurren generalmente de formanatural por la distorsión estructural que provocan, pero se pueden introducir en la estructura por irradiación.
En cristales iónicos los defectos puntuales son más complejos debido a la necesidad de mantener la neutralidad eléctrica. Cuando dos iones de carga opuesta faltan en un cristal iónico, se crea una divacante aniónica-catiónica que se conoce como defecto de Schottky. Si un catión se muevea un hueco intersticial del cristal iónico, se crea una vacante catiónica en la posición inicial del catión. Este par de defectos vacante- intersticio se llama Defecto de Frenkel (figura c). La presencia de estos defectos en los cristales iónicos, aumenta su conductividad eléctrica.
Los átomos de impurezas de tipo sustitucional o intersticial son también defectos puntuales y se pueden presentaren cristales con enlaces metálicos o covalentes. Por ejemplo, cantidades muy pequeñas de impurezas atómicas sustitucionales en silicio puro, puede afectar mucho su conductividad eléctrica para su uso en dispositivos electrónicos. Las impurezas iónicas son también defectos puntuales en cristales iónicos.
“Figura a”“Figura b”
“Figura c”
Defectos superficiales
Los defectos superficiales son los límites o los planos que separan un material en regiones; cada región tiene la misma estructura cristalina, pero distinta orientación.
Los defectos de superficie o planares incluyen...
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