Grano cristalino

GRANO CRISTALINO

Antonio García Vaamonde
El grano cristalino hace referencia a la estructura cristalina de los materiales y por tanto a un nivel microscópico. Los cristales se forman como consecuencia del proceso de enfriamiento de la masa líquida de los metales. Este proceso se puede dividir en dos etapas: una primera etapa sería la de nucleación y la segunda, la etapa de cristalización o decrecimiento.
La primera etapa comienza con la aparición de un primer germen o núcleo que actúa como creador del cristal durante el proceso de cristalización. Es necesario que presente un número determinado de átomos (25-100), la cifra varía en función de la temperatura ya que a altas temperaturas se necesitan más átomos para consolidar el núcleo, al cual se van añadiendo nuevos átomos y así seproduce el crecimiento progresivo. Hay gérmenes que se redisuelven, otros pueden ir a la superficie o al fondo dependiendo de la densidad y otros permanecen estables pero se puede decir que existe equilibrio dinámico en relación a los gérmenes que existen en la masa líquida.
El número de núcleos por unidad de tiempo y unidad de volumen es lo que se conoce como velocidad de nucleación. Cada núcleosuele tener una orientación de crecimiento aleatoria salvo que las causas de provocación del germen incidan en una dirección preferente de crecimiento como puede ser la existencia de un gradiente térmico. Se puede hablar de dos tipos de nucleación: la homogénea y la heterogénea. La primera se produce cuando todos los gérmenes que se forman lo hacen a partir de los átomos del material en estadolíquido. En la heterogénea la formación de gérmenes se ve favorecida por la presencia de átomos extraños, normalmente añadidos intencionadamente actuando sobre la velocidad de nucleación y seleccionando un tamaño de grano determinado. El tipo de nucleación condiciona la facilidad de la nucleación y su consolidación. En la homogénea para consolidar los núcleos es necesario someterlo a unsubenfriamiento que consiste en enfriar de manera rápida por debajo de la temperatura de solidificación del material para consolidar los núcleos. En el caso de la heterogénea también se dá el subenfriamiento pero el grado del mismo es menor que el caso anterior.
En la segunda etapa, la de cristalización, al ir disminuyéndose progresivamente la temperatura la cristalización avanza paulatinamente aumentando eltamaño de grano, más aumentará el tamaño cuanto más lento sea este enfriamiento. Esta etapa viene caracterizada por la velocidad de crecimiento que representa el aumento de peso del cristal por unidad de tiempo. Mientras exista fase líquida pueden producirse fenómenos de desplazamiento de los cristales es decir, si los cristales son menos densos que la fase líquida flotarán y habrá mayor número deellos en la superficie mientras que si la densidad de los cristales es mayor que la de la fase líquida los cristales se hundirán y habrá por tanto mayor número de ellos en el fondo.
En cuanto al crecimiento de los cristales pueden darse situaciones límite:
Todos los gérmenes se desarrollan creciendo de forma idéntica en las tres direcciones del espacio, tendiendo a presentar una forma regular,acoplándose perfectamente. Se dice que la forma perfecta de un cristal sería un volumen que diese lugar a un crecimiento por igual en las tres direcciones del espacio, originándose un cristal con forma de octaedro de vértices truncados, esta forma sería capaz de llenar todo el espacio.
Los cristales tienen una única dirección de crecimiento, el cristal se desarrolla de forma acicular.
Pero loque realmente suele suceder es que los cristales no crecen por igual en las tres direcciones del espacio, tienen una dirección predilecta que no tiene porqué coincidir con la de otros cristales, dando lugar a una estructura que se conoce como dentrítica. Esta estructura se caracteriza porque las zonas de unión de los cristales tienen formas muy variopintas. Esto es debido a que los cristales...