Defecto de materiales

BLOQUE II.- ESTRUCTURA

Tema 3.- Defectos-Imperfecciones
* James F. Shackerlford
“Introducción a la Ciencia de Materiales
para Ingenieros”. Cuarta edición. Ed.
Prentice Hall (1998)

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Objetivos

Tema 3.-Defectos

• Comprender la existencia de Cristales Imperfectos: Realizar un Análisis
termodinámico de los defectos
• Conocer los tipos de defectos
– Puntuales
– Lineales
–Superficiales
• Entender la influencia de los defectos en las propiedades de los
materiales.
• definir que es una Solución Sólida.
• Conocer los tipos de Soluciones sólidas:
– Intersticiales
– Sustitucionales
• Entender que son los compuestos intermetálicos
• Entender que son los compuestos no estequiométricos
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Cristales perfectos e Imperfectos

Tema 3.-Defectos

Cristal perfecto: -Todos átm en posiciones reticulares ideales. (Sólo a 0K).
Cristal real :
- átomos vibrando en sus posiciones atómicas

- ∃ posiciones no ocupadas (⇒ vacantes)
- átomos desplazados de posiciones atómicas ideales
∃n de defectos “modifica las propiedades” y “regularidad estructural” del material

Todos Sólidos ⇒ ∃n Imperfecciones o Defectos
Termodinámica ⇒ Justifica ∃ de defectos, ya que↓∆Gcristal
Creación defectos (proc. endot) ⇒ ∆H > 0 y ∆S > 0
∆G= ∆H - T∆S

N!
W =
( N − n )! n!

(S: entropía configuracional)
S = k×ln W
(W: todas las posibles maneras de distribuir n defectos entre las
N posibles posiciones al azar, W ∝ 1023)
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Imperfecciones/Defectos Cristalinas

Tema 3.-Defectos

∆G= ∆H - T∆S
al ↑[□] ⇒ ↓W ⇒ ∆S↓
⇒ ∆H puede ser ≥ ∆S ⇒ ∆G>0 ⇒ Proc. no favorable
∃[□]óptima (en eq.) ⇒ todos sólidos presentan
defectos

[defectos]eq

dG
⇒
=0
dn

al ↑T ⇒ ↑[defectos] (de manera exponencial)
A.R. West “Solid State Chemistry and its applications”.
Wiley (1992)

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Clasificación de Defectos: según Composición

Tema 3.-Defectos

o Estequiométricos o intrínsecos: los defectos no modifican la
composición
o Schottky: vacantes de la red
oFrenkel: un átm se traslada a una posición intersticial creando
una vacante
o No-estequiométricos o extrínsecos: cambios en la composición ⇒
aparición de defectos
o se crean cuando un atm. extraño se inserta dentro de la red
Ej.- NaCl: dopado con CaCl2:: cada atm Ca2+ reemplazará 2 atm Na+

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Clasificación Defectos: según DIMENSIÓN

• Puntuales

Tema 3.-Defectos

o Vacantes
Un soloátomo o una posición de red
o Intersticiales
o Schottky (⇒ sol. iónicos)
o Frenkel (⇒ sol. iónicos)
o Desorden Antiestructural (Sol. Sólidas)
o Centros de Color

• Lineales-Dislocaciones

o Arista
o Hélice
o Mixtas

• Complejos

o Estructurales

Superficie
Bordes de grano
Planos de macla
Falta de apilamiento

o Composicionales

Planos
Cizalladura
cristalográfica
Planos maclaquímica

o Clusters

o Extensos o planares

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Defectos puntuales (I)
Vacantes:

Tema 3.-Defectos

Falta de un átomo en una posición donde debiera estar.

Intersticiales: Un átomo ocupa un lugar intersticial (menos abundantes)
⎛ − EF ⎞
N v = N exp ⎜
⎟
RT ⎠
⎝
Nv y N= nº vacantes y puntos red por cm3
EF= Energía de formación
Nv
≈ 10 − 4 (como max)
N
SHACKELFORD, J.F.:"Introducción a la Ciencia de Materiales
para ingenieros", Prentice Hall, 4ª Edición, Madrid, 1998.

Se producen: ⇒ en procesos de solidificación (impurezas, aleaciones)
⇒ por bombardeo de partículas de ↑E
⇒ en procesos de deformación plástica (⇒procesado)
⇒ al ↑T ⇒ ↑vibraciones térmicas ⇒ ↑Nv
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Defectos puntuales (II)

Tema 3.-Defectos

Defectos intrínsecos: ∃n siempre
DefectoFRENKEL

Balance de Carga:
ELECTRONEUTRALIDAD

Vacante + Catión Intersticial*

Defecto SCHOTTKY
(Xtal iónico)

⇒∃n Vacantes Aniónicas y Catiónicas
Modificación ρ

Sin Modificación ρ

≈ Iones peq. (H y Li)
Ej: haluros de plata
(Ag+ en h.o. ⇒ “h.t.”)

∃ [□] ⇒ “σiónica”
Ej: haluros alcalinos (1:1)

*: Posición normalmente no ocupada
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Defectos puntuales: Concentración...