Solidificación Y Difusion

BLOQUE II.- ESTRUCTURA

Tema 4.- Solidificación y Difusión
* William F. Smith “Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales”. Tercera Edición. Ed. Mc-Graw Hill * James F. Shackerlford “Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros”. Cuarta edición. Ed. Prentice Hall (1998) W. D. Callister “Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Libro I (Capítulo 7) Ed.Reverté (2000)

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Objetivos
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Tema 4.Solidificación y Difusión

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Conocer el fenómeno de la solidificación – Nucleación – Crecimiento de grano Describir la influencia del tamaño de granos sobre las propiedades de los materiales Analizar la influencia de los defectos Conocer los procesos y reacciones basados en la transferencia de masa – Dentro del mismo sólido – Desdeun líquido, gas u otro sólido Entender el concepto de difusión: fenómeno de transporte por movimiento atómico Conocer y entender los diferentes mecanismos atómicos de la difusión Comprender las leyes de la difusión Influencia de las factores que influyen en la difusión Conocer algunas aplicaciones industriales del fenómeno de la difusión

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Solidificación

Tema 4.Solidificación y DifusiónProceso desde el estado fundido (líquido) a un estado sólido. Es un importante proceso industrial ya que muchos metales se funden para moldearlos hasta darles una forma acabada o semiacabada. Etapas de la Solidificación 1. 2. NUCLEACIÓN ⇒ Formación de núcleos/semillas (partículas sólidas) estables en el fundido. CRECIMIENTO ⇒ hasta la formación de cristales y la formación de una estructuragranular Límites /Fronteras de grano

Líquido

Núcleos

Cristales que formarán granos

Granos
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Mecanismos de Nucleación

Tema 4.Solidificación y Difusión

⇒ Formación de núcleos/semillas sólidos ESTABLES en el medio fundido (líquido)

Homogénea
Durante el enfriamiento de un fundido puro ⇒ Movimiento lento de los átomos: se forman núcleos homogéneos con un tamaño superior al tamañocrítico

Heterogénea
Durante el enfriamiento de un fundido ⇒ Formación de núcleos sobre la superficie de un agente de nucleación sólido (superficie del recipiente, impureza insoluble, …)

Material Policristalino: sólido con muchos monocristales/granos y límites de grano ⇒”Estruct. Granular” Crecimiento de grano (“⇒ ordenados regularmente”) pero con diferente orientación
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MaterialesSólidos
⇒Estruct. Granular

Tema 4.Solidificación y Difusión

Policristalinos:

Grano fino: ∃n muchos puntos de
nucleación y límites de grano. (⇒Metales y aleaciones con aplic. en Ingeniería) Grano Grueso: ∃n pocos puntos de nucleación. (⇒ peores propiedades)

Granos ordenados atómicamente “in situ” Diferente orientación entre granos ⇒ “Límite de grano”

Monocristales:
⇒ÚnicoCristal/grano

Disposición atómica perfecta Celdillas enlazadas misma orientación

Sólo debe haber un único punto de nucleación. Componentes electrónicos y microelectrónica (monocristales de silicio, transistores, semiconductores y algunos tipos de diodos (no deben existir límites de grano para no afectar las prop.)
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Difusión

Tema 4.Solidificación y Difusión

Mecanismo por el que la materia setransporta a través de la materia. Fenómeno de transporte por movimiento atómico Gases ⇒ mov. átomos/moléculas muy rápido Líquidos ⇒ mov. más lento ⇒ ↑↑Interacciones atómicas Sólidos ⇒ SÓLO vibraciones térmicas en posiciones equilibrio Difusión en sólidos ⇒ mov. átomos dentro de la red cristalina Tipos de difusión: Autodifusión.- Difusión de átomos a través de un sólido constituido por átomos desu misma naturaleza. Ejemplo: movimiento de iones en un conductor iónico Difusión de solutos o impurezas.- átomos de soluto/impurezas se desplazan en una matriz de átomos diferentes. Ejemplo: difusión de C o N en matriz de Fe (procesos de cementación y nitruración)
J.F. SHACKELFORD. “Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros”. Ed. 6 Prentice Hall

Ejemplo de difusión
2 metales...