Ciencia de los Materiales2parcial

Ciencia de los Materiales: Segundo Parcial
Tema 11. Imperfecciones en redes cristalinas
11.1 Tipos de Imperfecciones en redes cristalinas
Cristal Perfecto: cristal infinito, con una estructura completamente simétrica y ordenada, con sus átomos en reposo (0K) y con los electrones distribuidos en sus estados energéticos más bajos.
Posibles tipos de defectos:
Vibraciones de los átomosImperfecciones en los niveles energéticos de los electrones
Defectos estructurales:
Defectos puntuales
Defectos lineales(dislocaciones)
Defectos superficiales
Defectos volumétricos(tridimensionales)
En las propiedades finales del material influyen: el tipo de enlace, la red cristalina y los defectos.
11.2 Defectos puntuales en redes metálicas
Origen de los defectos puntuales Estabilidadtermodinámica, estabilidad eléctrica, irradiación con partículas de alta energía, variaciones de estequiometría en los compuestos, deformación plástica.
b1) Tipos de defectos puntuales
Vacante: vacío creado por la pérdida de un átomo en una posición reticular.
Autointersticial: un átomo de la red se inserta en un hueco de la estructura cristalina.
Defectos extrínsecos:
Átomos intersticiales: átomoextraño en un hueco de la red.
Átomos sustitucionales: átomo extraño ocupando una posición del metal base.



Átomo Sustitucional
Las vacantes y los autointersticiales se forman principalmente durante la solidificación.
Los defectos extrínsecos pueden introducirse por:
Mezcla con el metal durante la solidificación
Difusión desde la superficie del sólido
Irradiación
Los defectos puntuales creancampos de tensiones locales a su alrededor.

b2) Vacantes
Formación de una vacante

Para crear una vacante se invierte una energía Ef.
Sumideros de átomos: Zonas de generación de vacantes
Superficie del cristal
Bordes de grano
Dislocaciones en arista
Efectos de la presencia de vacantes
La formación de una vacante hace aumentar el volumen del cristal
Vvacante= Vátomo – Vrelajación
La relajación de losátomos alrededor de una vacante disminuye localmente el parámetro de red.
Al crearse vacantes, disminuye la densidad.
b1) Concentración de vacantes en equilibrio
Un cristal está en equilibrio cuando la energía libre de Gibbs es mínima:

Variación de la energía libre(de Helmholtz) al generar n vacantes:

La presencia de vacantes en un cristal hace aumentar su entropía .Puede haber defectostermodinámicamente estables.
Para que haya equilibrio en el paso de una situación sin vacantes a una con n vacantes:

Así, la concentración de vacantes,Cv,varía exponencialmente con T:
Si T aumenta, aumentará el nº de vacantes en equilibrio, favoreciendo procesos como la difusión.
Al aumentar la Ef disminuyen las vacantes en equilibrio.
Al disminuir la T, se reducirá el nº de vacantes en el cristal.

b2)Eliminación de vacantes en el enfriamiento
Si T disminuye, Cv disminuye también en equilibrio, por lo que el exceso debe eliminarse a través de procesos que implican difusión: emigración al borde de grano o a dislocaciones, formación de bucles de dislocación y formación de microvacíos (favorecido si hay gases disueltos).

b3) Modos de generar un exceso de vacantes respecto del equilibrio
Al enfriarde forma rápida desde una T elevada, no habrá tiempo para la difusión, por lo que se retiene la concentración de equilibrio a T alta.
Por irradiación con partículas de alta energía, que pueden generar también autointersticiales.
Deformación plástica, ya que aumenta el nº de vacantes.

b4) Importancia de las vacantes
Son imprescindibles para que haya difusión atómica y para que se puedan producirtransformaciones de fase. Sin vacantes no habrá precipitación(agrupación de soluto para formar partículas)
b5) Vacantes en soluciones sólidas
Las vacantes se comportan de forma distinta al añadir soluto a la aleación, formándose pares soluto-vacante, ya que así disminuye la distorsión global en la red.
Aparece una “energía de enlace” ,Ee,soluto-vacante:
Epar= Eátomo + Evacante – Eenlace
A una...