difusion

BLOQUE II.- ESTRUCTURA

Tema 4.- Solidificación y Difusión
* William F. Smith
“Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales”. Tercera Edición. Ed.
Mc-Graw Hill
* James F. Shackerlford
“Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros”. Cuarta edición. Ed.
Prentice Hall (1998)
W. D. Callister
“Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Libro I (Capítulo 7)Ed. Reverté (2000)

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Objetivos
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Tema 4.Solidificación y Difusión

Conocer el fenómeno de la solidificación
– Nucleación
– Crecimiento de grano
Describir la influencia del tamaño de granos sobre las propiedades de los
materiales
Analizar la influencia de los defectos
Conocer los procesos y reacciones basados en la transferencia de masa
– Dentro delmismo sólido
– Desde un líquido, gas u otro sólido
Entender el concepto de difusión: fenómeno de transporte por movimiento
atómico
Conocer y entender los diferentes mecanismos atómicos de la difusión
Comprender las leyes de la difusión
Influencia de las factores que influyen en la difusión
Conocer algunas aplicaciones industriales del fenómeno de la difusión

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Tema 4.Solidificación yDifusión

Solidificación

Proceso desde el estado fundido (líquido) a un estado sólido. Es un importante
proceso industrial ya que muchos metales se funden para moldearlos hasta darles
una forma acabada o semiacabada.
Etapas de la Solidificación
1.
2.

NUCLEACIÓN ⇒ Formación de núcleos/semillas (partículas sólidas) estables
en el fundido.
CRECIMIENTO ⇒ hasta la formación de cristalesy la formación de una
estructura granular
Límites /Fronteras
de grano

Líquido

Núcleos

Cristales que formarán granos

Granos
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Mecanismos de Nucleación

Tema 4.Solidificación y Difusión

⇒ Formación de núcleos/semillas sólidos ESTABLES en el medio fundido (líquido)

Homogénea
Durante el enfriamiento de un
fundido puro ⇒ Movimiento lento de
los átomos: se forman núcleoshomogéneos con un tamaño superior
al tamaño crítico

Heterogénea
Durante el enfriamiento de un
fundido ⇒ Formación de núcleos
sobre la superficie de un agente de
nucleación sólido (superficie del
recipiente, impureza insoluble, …)

Material Policristalino: sólido con muchos monocristales/granos y límites de grano
⇒”Estruct. Granular”
Crecimiento de grano (“⇒ ordenados regularmente”)pero con diferente orientación
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Materiales Sólidos

Policristalinos:

⇒Estruct. Granular

Granos ordenados atómicamente “in situ”
Diferente orientación entre granos ⇒
“Límite de grano”

Monocristales:
⇒Único Cristal/grano

Disposición atómica perfecta
Celdillas enlazadas misma orientación

Tema 4.Solidificación y Difusión

Grano fino: ∃n muchos puntos de
nucleación ylímites de grano.
(⇒Metales y aleaciones con aplic.
en Ingeniería)
Grano Grueso: ∃n pocos puntos
de
nucleación.
(⇒
peores
propiedades)

Sólo debe haber un único punto de
nucleación.
Componentes
electrónicos y microelectrónica
(monocristales
de
silicio,
transistores, semiconductores y
algunos tipos de diodos (no deben
existir límites de grano para no
afectar las prop.)
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Tema4.Solidificación y Difusión

Difusión

Mecanismo por el que la materia se transporta a través de la materia.
Fenómeno de transporte por movimiento atómico
Gases ⇒ mov. átomos/moléculas muy rápido
Líquidos ⇒ mov. más lento ⇒ ↑↑Interacciones atómicas
Sólidos ⇒ SÓLO vibraciones térmicas en posiciones equilibrio
Difusión en sólidos ⇒ mov. átomos dentro de la red cristalina
Tipos de difusión:Autodifusión.- Difusión de átomos a través de un sólido
constituido por átomos de su misma naturaleza.
Ejemplo: movimiento de iones en un conductor iónico
Difusión de solutos o impurezas.- átomos de
soluto/impurezas se desplazan en una matriz de átomos
diferentes.
Ejemplo: difusión de C o N en matriz de Fe (procesos de
cementación y nitruración)
J.F. SHACKELFORD. “Introducción a la...