TEMA 2 DEFECTOS

Tema 2
Imperfecciones y Difusión en
sólidos
CIENCIA DE LOS MATERIALES:
CONCEPTOS ESTRUCTURALES
BÁSICOS

Tema 2
Imperfecciones en sólidos
• 1. Defectos de punto
• 1.a Vacantes y
autointersticiales
• 1.b Impurezas
• 2. Imperfecciones
• 2.a Dislocaciones.
Defectos lineales

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•

2.b Defectos interfaciales
Superficies externas
Límites de grano
Límites de macla
Otros defectos
interfaciales
•2.c Defectos de volumen
• 2.d Vibraciones
interatómicas/Difusión

• DEFECTOS PUNTUALES: Asociados a
una o dos posiciones
• DEFECTOS
LINEALES:
De
una
dimensión
• DEFECTOS INTERFACIALES o DE
LÍMITE DE GRANO: De dos dimensiones

1. Defectos puntuales
• Alteraciones
o
discontinuidades
puntuales
de
la
red
cristalina
provocadas por uno o varios átomos.
• Origen: movimiento de átomos durante
elcalentamiento o el procesado del
material, introducción de impurezas o
por aleación.

1.a Vacantes y autointersticiales

1.a Vacantes y autointersticiales
• Vacantes: un átomo falta de su sitio normal en la red
cristalina
• Origen: durante la solidificación a alta temperatura o
como consecuencia de los daños provocados por la
radiación (intencionados)
• Las vacantes se producen durante el proceso desolidificación también como consecuencia de las
vibraciones, que desplazan a los átomos de sus
posiciones reticulares normales

1.a Vacantes y autointersticiales
• Número de vacantes Nv = N exp (-Qv/K T)
• N=nº total de lugares ocupados por átomo
• Qv=Energía de activación (energía vibracional
requerida para la formación de una vacante)
• T=Temperatura absoluta en grados Kelvin
• K=Constante deBoltzman o de los gases
– 1.38 . 10-23 J/átomos K
– 8.62 . 10-5 eV/ átomos K

Ejemplo: Metales/ Temperatura de fusión
Fracción de vacantes Nv/N  10-4
1 vacante/10.000 lugares ocupados

1.a Vacantes y autointersticiales
– Un defecto autointersticial es un átomo de
un cristal que se ha desplazado a un lugar
intersticial, un espacio vacío pequeño que
ordinariamente no está ocupado
– Los átomosintersticiales son mayores que
los huecos intersticiales que ocupan y
menores que los átomos reticulares que los
rodean (distorsión de la red)
– Número: prácticamente constante con la
temperatura

1.a Vacantes y autointersticiales
• Otras combinaciones
– Defecto
Frenkel:
par
de
defectos
(intersticial + vacante). En un cristal iónico,
un ion salta su sitio normal a un sitio
intersticial dejando unavacante

1.a Vacantes y autointersticiales
• Otras combinaciones
– Defecto Schottky: par de defectos (vacante
+ vacante). En un cristal iónico, faltan
simultáneamente un anión y un catión

1.b Impurezas en sólidos
– No es posible conseguir un metal puro,
consistente en átomos exclusivamente de
un solo tipo. Las impurezas siempre están
presentes y, a veces, existen como
defectos cristalinos puntuales.
–La mayoría de los metales no son
altamente puros, sino aleaciones en las
cuales se añaden intencionadamente
átomos extraños para conseguir un metal
con características específicas.

1.b Impurezas en sólidos
– Adicionando átomos de impurezas a un
metal se forma una DISOLUCIÓN SÓLIDA
y/o una nueva SEGUNDA FASE,
dependiendo del tipo de impureza, de su
concentración y de la temperatura de laaleación.

1.b Impurezas en sólidos
Disoluciones sólidas
– Al hablar de aleaciones, se utilizan los
términos SOLUTO y DISOLVENTE.
– “Disolvente” Representa el elemento o
compuesto presente en mayor cuantía.
– “Soluto” Designa el elemento o compuesto
presente en menor concentración

1.b Impurezas en sólidos
Disoluciones sólidas
– Una
disolución
sólida
es
composicionalmente
homogénea;
los
átomos deimpurezas se dispersan libre y
uniformemente dentro del sólido.
– Aparecen dos tipos de defectos puntuales
debidos a las impurezas:
• Sustitucionales
• Intersticiales

1.b Impurezas en sólidos
Disoluciones sólidas/ Defecto
puntual sustitucional
Átomos de impurezas o soluto reemplazan
o sustituyen a los átomos del disolvente
Factores determinantes del grado
solubilidad
1) Factor tamaño
2) Factor...