Ch4 Imperfeccion

CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES

CAPÍTULO 4 – IMPERFECCIONES EN LOS
ARREGLOS ATOMICOS Y IONICOS

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Objetivos del capítulo 4




Introducción a los tres tipos básicos de
imperfecciones: Defectos
puntuales,Dislocaciones o defectos lineales
y defectos superficiales.
Analizar la naturaleza y efectos que
producen los diferentes tipos de defectos.

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Contenido del Capítulo 4









4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9

Defectos puntuales
Otros defectos puntuales.
Dislocaciones
Analisis de las dislocaciones
Importancia de las dislocaciones
Ley de Schmid
Influencia en la estructura cristalina
Defectos superficiales
Importancia de los defectos.
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Sección 4.1 Defectos puntuales










Defectos Puntuales – Son interrupciones localizadas en
arreglos atómicos oiónicos, sin ellos serian arreglos
perfectos.Ejemplos tenemos vacancias, átomo
intersticial, átomo de sustitución, defecto de Frenkel y
defecto de Schottky
Defectos Extendidos - Son defectos que se presentan en
varias partes del cristal, como dislocaciones, límites de
grano etc.).
Vacancia – Se produce cuando falta un átomo o un ion en
su sitio normal de la estructura cristalina.
DefectoIntersticial - Se forma cuando se inserta un
átomo o ión adicional en la estructura cristalina.
Defecto sustitucional – Cuando un átomo o ion es
sustituido por un tipo distinto de ion o átomo.
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(c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

Figura 4.1 Defectos puntuales: (a) vacancia, (b) átomo intersticial,
(c) átomo de sustitución pequeño, (d) átomo de sustitución grande,
(e) defecto Frenkel,(f) Defecto de Schottky. Defectos que perturban
el arreglo perfecto de los átomos que lo rodean.

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Ejemplo 4.1 Efecto de la temperatura
sobre las concentraciones de vacancias.
Calcule la concentración de vacancias en cobre a temperatura
ambiente (25oC). ¿A que temperatura será necesario calentar
el cobre para que la concentración de vacancias obtenidas sea
1000 veces mayor que la que setiene a 25ºC ?. Suponga que
se requiere de 20,000 cal para producir un mol de vacancia.
SOLUCION
El parámetro de red para el cobre FCC es 0.36151 nm. La base
es 1, entonces el número de átomos o puntos de red por cm 3
es:

4 atoms/celd
22
3
n

8
.
47

10
atoms
de
cobre/cm
(3.615110  8 cm) 3
6

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Ejemplo 4.1 SOLUCION (Continuación)
A temperatura ambiente, T = 25 + 273 = 298 K:

 Q 
n nexp

 RT 
cal



20,000



22 atoms 
mol

 8.47 10
. exp
3 
cm 
 1.987 cal 298K 



mol  K


1.815 108 vacancias/cm 3
Deseamos calcular la temperatura de tratamiento térmico
que produzca 1000 veces esa vacancia:
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n  1.815 10

 Q 
 n exp

 RT 

22

o

 (8.47 10 ) exp( 20,000 /(1.987  T )), T  102 C
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Ejemplo 4.2
Concentraciones de vacancia en elhierro
Determine la cantidad necesaria de vacancias para que un
cristal de hierro BCC tenga una densidad de 7.87 g/cm3. El
parámetro de red es is 2.866  10-8 cm.
SOLUCION
Calculando la densidad teórica del hierro.

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Ejemplo 4.2 SOLUCION (Continuación)
Deseamos hierro con menor densidad para ello se debe
generar vacancias para llegar a una densidad de 7.87
g/cm3:

Es decir habría, 2.00 – 1.9971 =0.0029 vacancias por
celda unitarial. El número de vacancias por cm 3 es:

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Ejemplo 4.3 Sitios para el carbón en el hierro
En el hierro FCC, Los átomos de carbón estan en sitios
octaédricos en el centro de cada arista de la celda unitaria
(1/2, 0, 0) y el centro de la misma es (1/2, 1/2, 1/2). En el
hierro BCC, los carbones entran en sitios tetraédricos como
1/4, 1/2, 0. El parámetro paraFCC es 0.3571 nm y para BCC
es 0.2866 nm. Suponga que los átomos de carbón tienen un
radio de 0.071 nm.
(1) ¿Cabe esperar una mayor distorsión del cristal por un
átomo de carbono intersticial en el hierro FCC o BCC?
(2) ¿Cual sería el porcentaje atómico de carbono en cada
clase de hierro si se llenaran los sitios intersticiales?

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(c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson
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