DIFUSIÓNY PROCESADO DE

MATERIALES

GENERALIDADES

• Difusión: movimiento de átomos en un material tratando de eliminar diferencias de concentración y de llegar a una composición homogénea y uniforme. Movimiento necesario para:

• Procesado de cerámicos

• Solidificación de materiales

• Fabricación de transistores y células solares

• Conductividad electrónica de muchos cerámicos.

GENERALIDADES• Mecanismos de difusión:

• Autodifusión: movimiento de átomos idénticos entre posiciones reticulares.

• Heterodifusión:intercambio de posiciones en red por átomos distintos

• Difusión por vacantes: Átomo abandona su posición en red para ocupar vacante próxima dejando una nueva. T metal más vacantes, más E térmica, y mayor grado de difusión.

GENERALIDADES

• Difusión intersticial: los átomos van desde una posición intersticial a otra vecina sin desplazarse permanentemente a ninguno de los átomos de la red cristalina matriz. Mecanismo más rápido y fácil porque los intersticios existen siempre.

• La velocidad de difusión aumenta de manera exponencial con T.

• La energía de activación Q indica la facilidad con la que los átomos difunden. Si Q es pequeña la difusión es rápida.

GENERALIDADES• Existen 3 tipos principales de difusión:

• Difusión volumétrica. Los átomos se mueven a través del cristal, de una posición reticular, a otra.

• Difusión en los bordes de grano.

• Difusión en superficies. Es más fácil porque existen muchas menos restricciones.

PROCESADO DE MATERIALES• La difusión atómica es importante a

temperaturas elevadas, como la sinterización, la metalurgia de polvos y la soldadura por difusión.

• Muchos de los tratamientos térmicos y de los mecanismos de endurecimiento usados para controlar la estructura y propiedades de los materiales están controlados por difusión.

PROCESADO DE MATERIALES

• Dentro del procesado de materiales destacamos:

• Crecimiento de grano

• Soldadura de difusión

• Sinterización

CRECIMIENTO DE GRANO• Un material constituido por gran número de

granos tiene muchos bordes de grano, que representan áreas de alta energía, debido a una compactación de los átomos ineficiente.

• Si se reduce el área total de bordes de grano mediante el crecimiento de los mismos, el material tendrá una energía global inferior.

• El crecimiento de los granos implica el desplazamiento de los bordes de grano, permitiendo que algunos granos crezcan a costa de otros.

CRECIMIENTO DE GRANO

CRECIMIENTO DE GRANO• En este caso los átomos se difunden a través

de los bordes de grano y el crecimiento de los granos está relacionado con la Q necesaria para que un átomo salte a través del borde de grano.(difusión en los bordes de grano).

T o Q incrementan el tamaño de los granos

• Muchos tratamientos térmicos de metales, donde el metal permanece mucho tiempo a T, deben controlarse cuidadosamente, a fin de evitar un crecimiento excesivo de los granos.

CRECIMIENTO DE GRANO

• A T los átomos se encuentran térmicamente excitados y su movilidad

• En la industria interesan tamaños de grano pequeños, que limiten el movimiento de las dislocaciones en el interior del grano y contribuyen así a un de la resistencia mecánica.

• Los materiales podrían soportar grandes tensiones sin llegar a romperse sufriendo tan sólo una pequeña deformación.