Defectos En Cristales

Apuntes de Ingeniería de Materiales – ESIME Ticomán IPN
Autores: Ing. Antonio Mosqueda Sánchez, Ing. Alfonso Espinosa Picazo

UNIDAD 2
2.1 DEFECTOS DE LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS
Los ordenamientos cristalinos no son perfectos ya que contienen varios tipos de defectos o imperfecciones que afectan a muchas de las
propiedades físicas y mecánicas, que a su vez afectan a muchas propiedades importantesde materiales para ingeniería como la
conformación en frío de aleaciones, la conductividad eléctrica de semiconductores, la velocidad de migración de átomos en aleaciones y la
corrosión de metales.
Estas imperfecciones solo representan “defectos” en, o desviaciones, respecto a los arreglos atómicos perfectos o ideales, en una
estructura cristalina dada. El material no se considera defectuosodesde un punto de vista de la aplicación. En muchas aplicaciones es útil
la presencia de esos defectos. Sin embargo, hay unas pocas aplicaciones en donde se trata de minimizar determinada clase de defecto. Por
ejemplo los defectos llamados dislocaciones son útiles para aumentar la resistencia de los metales y las aleaciones; sin embargo, en el
silicio monocristalino, que se usa para fabricar chips decomputadora, no es deseable la presencia de dislocaciones. Con frecuencia, se
pueden crear en forma intencional los defectos para obtener determinado conjunto de propiedades electrónicas, ópticas y mecánicas. Por
ejemplo el hierro puro es relativamente suave; sin embargo, cuando se le agrega una pequeña cantidad de carbono se crean defectos en el
arreglo cristalino del hierro y se convierte en unacero al carbono, que tiene una resistencia bastante mayor. De igual modo, un cristal de
alúmina pura (Al2O3) es transparente e incoloro, pero cuando se agrega una pequeña cantidad de cromo se crea un defecto especial que
produce un bello cristal de rubí rojo.
En el procesamiento de los cristales de silicio para microelectrónica, se agregan concentraciones muy pequeñas de átomos de fósforo o
boroal silicio. Estas adiciones producen defectos en el arreglo de los átomos del silicio. Esto, a su vez, nos permite obtener dispositivos
útiles, como los transistores, que son los bloques de construcción básicos que permitieron la revolución de las computadoras y la tecnología
de la información.
Casi siempre, pequeñas concentraciones de elementos elementos en un metal, por lo demás puro, bajan suconductividad eléctrica. Cuando
se desea usar cobre como conductor en microelectrónica, se usa la máxima pureza posible. Esto se debe a que aún cantidades pequeñas
de impurezas causan un aumento de varios ordenes de magnitud en la resistividad del cobre, por consiguiente, el efecto de los defectos
puntuales no siempre es deseable.
La presencia de límites de grano ayuda en realidad a endurecer losmateriales metálicos.
Las imperfecciones en la red cristalina se clasifican según su forma y geometría: 1) defectos puntuales, 2) defectos de línea, 3) defectos de
superficie y 4) defectos de volumen.
2.2 DEFECTOS PUNTUALES (VACANCIAS E INTERSTICIOS)
El defecto puntual más sencillo es la vacancia, que es un sitio atómico en el que ha desaparecido el átomo que lo ocupaba ( ver figura). Las
vacanciaspueden producirse durante la solidificación como resultado de perturbaciones locales durante el crecimiento de cristales, o
pueden ser debidas a reordenamientos atómicos en un cristal ya existente debido a la movilidad de los átomos. En los metales se pueden
introducir vacancias durante la deformación plástica, por enfriamiento rápido desde elevadas a bajas temperaturas y por bombardeo conpartículas energéticas como son los neutrones. Las vacancias pueden moverse cambiando su posición con sus vecinas. Este proceso es
importante en la migración o difusión de los átomos en estado sólido, particularmente a temperaturas elevadas donde la movilidad de los
átomos es mayor.
Otro defecto puntual son los átomos intersticiales, que ocurre cuando un átomo se introduce en un hueco o intersticio de...