Defectos reticulares

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CAPITULO 2 2.3- DEFECTOS RETICULARES o IMPERFECCIONES EN SÓLIDOS
Hasta ahora hemos supuesto que los materiales cristalinos poseen un ordenamiento perfecto. Sin embargo, ese sólido ideal no existe; los materiales reales presentan diversos tipos de imperfecciones y defectos, que afectan a muchas de sus propiedades físicas y mecánicas, algunas veces de modo negativo y otras veces,beneficiosamente. Los defectos influyen sobre importantes características tecnológicas, como la capacidad de formación de aleaciones, la plasticidad, la conductividad eléctrica de los semiconductores, la velocidad de difusión de los átomos y la corrosión de los metales. Normalmente se los clasifica de acuerdo con su geometría y forma en: Vacancias Imperfecciones de Schottky y Frenkel Atomo sustitucional Atomointersticial Dislocaciones Bordes de grano Bordes de macla Fallas de apilamiento Poros, fisuras, Inclusiones, Precipitados

Puntuales Lineales DEFECTOS Superficiales

Volumétricos

2.3.1. Defectos puntuales
2.3.1.1. Vacancia
Es el más simple de los defectos puntuales, se trata de un hueco debido a la ausencia del átomo que se encontraba en esa posición de la red (Fig. 2.1a). Las vacanciasse pueden producir durante el proceso de solidificación debido a perturbaciones locales durante el crecimiento del cristal, o como resultado de vibraciones que facilitan el desplazamiento de los átomos de sus posiciones reticulares. En equilibrio el número de vacancias presentes es función de la temperatura a la que se encuentre el material:
N v = N .e k .T
− Qv

donde Nv = nº de vacancias N= nº de puntos reticulares Qv = energía de activación (energía vibracional T = temperatura absoluta K = cte. de Boltzmann1

requerida para la formación de una vacancia)

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K = 1,38. 10-23 J/átomo.K, o 8,62. 10-5 eV/átomo.K

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N  En la mayoría de los metales, la concentración de vacancias,  v  , es del orden de 10-4 a  N  temperaturas cercanas a la de fusión: 1 vacancia cada10000 puntos reticulares.
Vacancias adicionales pueden producirse por deformación plástica del metal, por rápido enfriamiento desde temperaturas altas, y por bombardeo con partículas energéticas (neutrones). Éstas, que no son de equilibrio, tienen tendencia a agruparse formando clusters, por ejemplo trivacancias. Las vacancias pueden trasladarse dentro del sólido, intercambiando sus posiciones conlos átomos vecinos; este mecanismo es una de las formas de difusión en el estado sólido, de gran importancia particularmente a altas temperaturas cuando la movilidad de los átomos es mayor.

Fig. 2.1: Defectos puntuales: vacancia y autointersticial; abajo, cristal iónico en el que se representan los defectos de Schottky y Frenkel

Cuando un átomo se ubica en uno de los huecos de su propia redcristalina, se constituye otro defecto puntual denominado autointersticial. Estos defectos no se encuentran espontáneamente en la naturaleza a causa de la tremenda distorsión estructural que ello produciría, pero pueden ser introducidos por irradiación. En cristales iónicos los defectos puntuales son más complejos, debido a la necesidad de mantener la neutralidad eléctrica. Cuando dos iones de cargaopuesta se pierden en un cristal iónico, se crea un par de huecos debidos al catión y al anión, lo que es conocido como imperfección de Schottky. Si un catión se mueve hacia una posición intersticial en un cristal iónico, una vacancia de catión se crea en la posición del ion. Esta dualidad vacancia-defecto intersticial se llama imperfección de Frenkel; sólo se da en estructuras relativamenteabiertas, como la del CaF2, que puede acomodar cationes sin que se genere un esfuerzo

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excesivo en la red. Estos defectos en un cristal iónico incrementan su conductividad e influyen en las propiedades ópticas.

2.3.1.2. Átomo sustitucional e intersticial.
Se trata de la presencia de átomos extraños (impurezas o aleantes) en puntos reticulares o en huecos de la estructura cristalina de un...