Materiales De Ingenieria

CONFERENCIA Nº3 Ciencia de los Materiales.

1.- Fenómeno de la difusión en los sólidos. Tipos de difusión en los sólidos.

2.- Leyes de la difusión.

3.- Diferentes mecanismos en la difusión.

Bibliografía:

P. A. Thornton Ciencia de Materiales para Ingeniería.


Introducción:

La difusión es uno de los procesos más importantes de latransferencia de sustancia en los materiales sean éstos de diferentes naturaleza. La teoría de la difusión tiene su base en la Cinética Física y la Termodinámica en desequilibrio, además de estar estrechamente relacionada con el estudio de los defectos en los materiales cristalinos y es por eso una parte importante de la física de los cuerpos sólidos.
Veremos más adelante en el curso laexpresión: "La velocidad del proceso es controlada por la difusión" dado el papel que ésta desempeña en los procesos de: cristalización de las diferentes aleaciones, tratamientos térmicos y termoquímicos, recristalización, crecimiento del grano, procesos de corrosión, soldadura, fundición,entre otras.
La difusión desempeña un papel rector en muchos procesos que determinan la estructura y las propiedadesde los materiales. Entre éstos pueden nominarse la cristalización, las conversiones de fase, los procesos de generación en las soluciones sólidas y la coagulación, la aglutinación de los materiales en polvo, muchos procesos específicos en los semiconductores ( uniones p - h ), etc. Se debe destacar especialmente la importancia de la difusión en la deformación plástica a temperaturas altas y ladestrucción de los metales, debido al aumento de los requisitos de la pirorresistencia de los materiales.
La Difusión en el Estado Sólido es el proceso por el cual los átomos, moléculas o iones, emigran o se mueven a través de las redes de las estructuras cristalinas de los diferentes materiales.

Difusión, generalmente se denomina al proceso de nivelación espontanea de la concentraciónde un elemento dentro del material. Recordando lo que se estudió en Fisica con relación a los fenómenos de transporte, allí se estudió que la transferencia de diferentes "magnitudes" se realiza de acuerdo a qué magnitud se transporte. Citemos:

Magnitud transportada | Fenómeno |
1. masa | Difisión. |
2. energía (calor) | Conductividad Térmica. |
3. cantidad demovimiento | Viscosidad. |
4. portadores de carga | Conductividad eléctrica. |


Todos estos fenómenos se caracterizan por tener una ecuación general del tipo:
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1




en el cual:
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2

, Es la densidad de flujo de la magnitud transportada.


A Cantidad de la magnitud transportada.
S Elemento de área perpendicular a la dirección de mov.
T Intervalo de tiempo.
Contante del proceso.
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3

Gradiente causante del proceso.Para el caso que nos ocupa la ecuación de la difusión se escribe:


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4





M Cantidad de masa transportada.
D Constante de difusión.



Fig. 1.32 La densidad de flujo durante la difusión se define como
el número de átomos que pasan a través deun plano de área unitaria
por unidad de tiempo.





En todos los casos, el signo (-) significa que el transporte de la magnitud ocurría en sentido contrario al sentido del gradiente de concentración del elemento a transportar. Por ejemplo, en el caso que nos ocupa, la difusión, que en esencia es un fenómeno de transporte de sustancia, de masa, es causado por la existencia...