Los defectos extendidos y los puntuales desempeñan una función importante en la determinación de las propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas y magnéticas de los materiales diseñados.

IMPORTANCIA DE LOS DEFECTOS 

QBA MIGUEL ANGEL CASTRO RAMIREZ

TIPOS DE ENDURECIMIENTO:

c)CONTROL DE DESLIZAMIENTOd) POR DEFORMACIÓNe) POR SOLUCIÓN SÓLIDAf) POR TAMAÑO DE GRANO

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SONORA

En esta sección, recapitularemos acerca de la importancia de los defectos sobre las propiedades de los materiales. Insistiremos en que el efecto de las dislocaciones solo tiene la máxima importancia de los materiales metálicos.

Efecto sobre las propiedades mecánicas a través del control de deslizamiento:

Toda imperfección en el cristal aumenta la energía interna en el lugar de la imperfección. La energía local aumenta por que, cerca de la imperfección, los átomos están muy comprimidos y cercanos entre si o muy apartados.

Una dislocación en un cristal metálico que por lo demás seria perfecto, se puede mover con facilidad por el cristal si el esfuerzo cortante resuelto es igual al esfuerzo constante critico resuelta. En los materiales los defectos como las dislocaciones, defectos puntuales y límites de grano sirven como obstáculos alas dislocaciones.

Es posible controlar la resistencia de un material metálico controlando la cantidad y el tipo de las imperfecciones. Hay tres mecanismos comunes de endurecimiento que se basan en las tres categorías de defectos en los cristales.

 

Como el movimiento de dislocaciones es relativamente más fácil en los metales y alecciones, estos, mecanismos suelen funcionar mejor en los materiales metálicos. Con frecuencia, los polímetros son amorfos y por tanto las dislocaciones desempeñan un papel muy pequeño en su comportamiento mecánico. La resistencia de los vidrios inorgánicos depende de la distribución de diminutas fallas sobre la superficie.

Endurecimiento por deformación

Las dislocaciones interrumpen la perfección de la estructura cristalina. Al aumentar la cantidad de dislocaciones, sigue aumentando la resistencia del material, por que al aumentar la densidad de las dislocaciones se produce más obstáculos al movimiento de las dislocaciones.

Se puede demostrar que la densidad de dislocaciones aumenta en formas notable a medida de que se deforma un material. Este mecanismo se llama endurecimiento por deformación. También podemos demostrar que es posible reducir la densidad de dislocaciones en forma apreciable, calentando un material a una temperatura alta y manteniéndola en ella durante largo tiempo. A ese tratamiento se le llama recocido y se usa para impartir ductilidad a los materiales metálicos.

Endurecimiento por solución sólida.

Cualquiera de los defectos puntales también interrumpe la perfección de la estructura cristalina. Cuando la estructura cristalina del material anfitrión asimila por completo los átomos y los iones de un elemento o compuesto huésped, se forma un a solución sólida. Esto ocurre de forma parecida a la forma en que la sal o el azúcar se disuelven en agua, en bajas concentraciones.

Si en forma intencional se introducen átomos sustitucionales o intersticiales se produce un endurecimiento por solución sólida. Este mecanismo explica por que el acero al carbón es más resistente que el Fe puro o por que las aleaciones de cobre con pequeñas concentraciones de Be son mucho más resistentes que el Cu puro.

El oro y la plata puros que son metales FCC con mucho sistema de

deslizamiento activo, son demasiados suaves mecánicamente.

Endurecimiento por tamaño de grano.

Las imperfecciones de la superficie tales como los límites de grano, perturban el arreglo de los átomos en los materiales cristalinos. Al aumentar la cantidad de granos o reducir el tamaño del grano, se produce un endurecimiento por tamaño de grano en los materiales metálicos.

Hay otros dos mecanismos para endurecer los metales y las aleaciones. Se conocen como endurecimiento por segunda fase y endurecimiento por precipitación.

Efecto sobre las propiedades eléctricas, ópticas y magnéticas.

Toda la industria de microeléctrica depende en forma critica del éxito de incorporar dopantes sustitucionales como P, As, B, Al y en otros semiconductores. Estos átomos dopantes permiten ejercer un control apreciable sobre las propiedades eléctricas de los semiconductores.

Los dispositivos fabricados con Si, Ga, silicio amorfo dependen en forma determinante de la presencia de átomos dopantes. Se puede obtener Si tipo N introduciendo átomos de P en el Si. Se puede preparar Si tipo P usando átomos de B. En forma parecida, varios enlaces, que de otro modo quedarían sin satisfacer en el silicio amorfo, se llenan incorporando átomos de H.

La influencia de defectos tales como dislocaciones sobre las propiedades de los semiconductores suelen ser perjudicial. Las dislocaciones y otros defectos pueden interferir con el movimiento de portadores de cargas en semiconductores.

Es la razón por la cual nos aseguramos de que sean muy pequeñas las densidades de dislocaciones en el silicio monocristalino y en otros materiales que se usan en aplicaciones ópticas y eléctricas. Los defectos puntuales también causan mayores valores de resistividad en los metales.

En algunos casos, los defectos pueden amplificar ciertas propiedades. Esto tiene un efecto benéfico sobre la conductividad y permite usar esas formulaciones en censores de oxigeno gaseoso y en celdas de combustibles de oxido sólido.

Los defectos pueden convertir muchos materiales que de otro modo serian aislantes, en semiconductores útiles, estos semiconductores se usa en muchos censores.

Mediante la dicción de aproximadamente 1% de oxido de cromo ala alúmina, se producen efectos que hacen rojo al rubí. De igual modo al incorporar Fe y Ti al alúmina se forma el zafiro azul.

Los nanocristales de materiales como el sulfuro de cadminio en vidrios inorgánicos producen cristales con colores brillantes. Los nanocristales de Halogenuro de plata y otros mas permiten la preparación de vidrios fotocromitos y fotosensibles.

Muchos materiales magnéticos se pueden procesar de tal forma que los límites de grano y otros defectos hagan más difíciles de invertir la magnetización en ellos.

Las propiedades magnéticas de muchas ferritas comerciales que se usan en imanes para alto parlantes y dispositivos en redes de comunicación inalámbricas dependen en forma crítica de la distribución de iones diferentes en distintos sitios cristalográficos en la estructura cristalina.