Imperfecciones Cristalinas

NTRODUCCION
El auge que ha alcanzado la ciencia de los materiales en los últimos tiempos ha motivado un desarrollo acelerado en el estudio de los sistemas cristalinos y no cristalinos. Es por ello que en el siguiente trabajo abordamos tópicos como:
Defectos puntuales.
Defectos lineales.
Defectos superficiales.
Sistemas no cristalinos.
Buscando proporcionar mejores ideas, conceptos clarosy precisos que esperamos nos lleven a una comprensión integral.

IMPERFECCIONES CRISTALINAS
En realidad, no existen cristales perfectos y contienen varios tipos de defectos o imperfecciones que afectan a muchas propiedades importantes físicas y mecánicas, de los materiales para ingeniería como la conformación en frio de aleaciones, la conductividad eléctrica de semiconductores, la velocidadde migración de átomos en aleaciones y corrosión de metales.
Las imperfecciones en la red cristalina se pueden clasificar, en tres grupos principales:
1. Defectos puntuales o de dimensión cero.
2. Defectos de línea o de una dimensión (dislocaciones).
3. De dos dimensiones que incluyen superficies d limite de grano.
Los defectos macroscópicos tridimensionales o de volumen tambiénpueden incluirse. Ejemplos de estos defectos son: poros, fisuras e inclusiones.
1. Defectos puntuales
Se denomina así debido a que su ubicación es en sitios aislados dentro de la red cristalina. A pesar de que estas imperfecciones en la red cristalina ocupan un volumen, su extensión se limita a un desorden local y en consecuencia se les considera como puntos.
Entre los principales defectospuntuales tenemos:
2.1 Vacante
Son las imperfecciones más comunes en los cristales. Esta imperfección es originada por un sitio vacante en la red cristalina en donde hace falta un átomo, como se muestra en la figura 1.1. Las vacantes son defectos termodinámicamente estables. Las vacantes pueden producirse durante la solidificación, durante el crecimiento de cristales, o pueden ser debidasa reordenaciones atómicas en un cristal ya existentes debido a la movilidad de los átomos. El número de vacantes en equilibrio Nv para una cantidad dada de material, depende de la temperatura como se muestra en la ecuación 1.1.

Figura 1.1 Defecto de Vacancia
(http://132.248.12.175/mbizarro/4-Defectos%20cristalinos.pdf)



Nv=ANe-QKT(Ec. 1.1)
Donde:
Nv : número de vacantes por metro cúbico.
N : número de puntos en la red por metro cúbico.
Q : energía requerida para producir una vacancia (J/átomo).
T : temperatura en °K.
K : constante de Boltzmann de los gases (1.38 x 10-23J/átomo °K)
A: constante de proporcionalidad.

Las vacantes pueden trasladarse cambiando su posición con susvecinos. Este proceso es importante en la migración o difusión de los átomos en el estado sólido, sobre todo altas temperaturas donde la movilidad de los átomos es mayor.
Ejemplo 1.1: En el Iridio, la fracción de vacantes, Nv/N, es 3,091 × 10-5 a 1234°C y 5,26×10-3 en el punto de fusión. Calcular la entalpía de formación de vacantes, (ΔHv).
Solución

2.2 Defecto Schottky
En estedefecto se presenta en cristales iónicos, y se produce por la migración de un par de iones (positivos y negativos). Generando de esta manera la asociación de dos vacancias una aniónica y otra catiónica, como se muestra en la figura 1.2. Es necesario la ausencia del par de iones para mantener localmente le neutralidad de cargas dentro de la estructura del cristal.
Figura 1.2 Defecto de Schottky(http://www.unalmed.edu.co/~cpgarcia/Defectos1.pdf)

2.3 Defecto Intersticial
Este tipo de imperfección cristalina se origina cuando un átomo pequeño ocupa un lugar intersticial en la red cristalina de átomos relativamente grande, tiende a producir grandes distorsiones alrededor de los átomos.

Figura 1.3. Defecto Intersticial
(Introduction to materials science for engineer’s seventh...