UPmh

Ciencia de los Materiales

Imperfecciones en los arreglos atómicos

Sylvia Damarisse Villeda Chávez

28/02/2014

M. en C. Cecia Zendejas Morales || 5° B || Ing. Aeronáutica

Imperfecciones en los arreglos atómicosEn todos los materiales el arreglo de los átomos contiene imperfecciones que tienen un efecto profundo sobre el comportamiento de los materiales. Afectan las propiedades electrónicas, ópticas y mecánicas de los materiales.

Las imperfecciones se clasifican en tres tipos:

Defectos puntuales.

Defectos lineales (o dislocaciones).

Defectos superficiales.

Dislocaciones

Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una red que de otra forma seria perfecta. Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificación del material o al deformarlo. Existen dos tipos de dislocaciones:

Dislocación de tornilloEl cristal perfecto es cortado y deformado una distancia igual a un espaciamiento atómico. La línea a lo largo de la cual ocurre este corte es una dislocación de tornillo. Se requiere de un vector de Burgers “b” para cerrar la trayectoria de espaciamientos

atómicos alrededor de la dislocación de tornillo.

Figura 1: Diagrama de dislocación de tornillo.

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Dislocación de borde o aristaEl cristal perfecto es cortado y un plano adicional de átomos es insertado. EI borde inferior del plano adicional es la dislocación de borde. Se requiere de un vector de Burgers “b” para cerrar un círculo de igual cantidad de espaciamientos atómicos alrededor de la línea de dislocación.

Figura 2: Diagrama de dislocación de borde.

Dislocaciones mixtas

Las dislocaciones mixtas tienen componentes tanto de borde como de tornillo, con una región de transición entre ambas. El vector de Burgers se conserva igual para

todas las porciones de la dislocación mixta.

Figura 3: Dislocación mixta. La dislocación de tornillo en la cara frontal del cristal gradualmente se convierte en dislocación de borde en el costado del cristal.

Defectos Puntuales

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizá varios átomos. Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material

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mediante el movimiento de los átomos al ganar energía por calentamiento; durante el procesamiento del material; mediante la introducción de impurezas; o intencionalmente a través de las aleaciones.

Figura 4: Defectos puntuales: (a) vacancia; (b) pequeño átomo intersticial; (c) átomo sustitucional; (d) átomo sustitucional grande; (e) defecto Frenkel y (f) defecto Schottky.

VacanciaUna vacancia se produce cuando falta un átomo en un sitio normal. Las vacancias se crean en el cristal durante la solidificación a altas temperaturas o como consecuencia de daños por radiación.

Defectos IntersticialesSe forma un defecto intersticial cuando se inserta un átomo adicional en una posición normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina.

Defectos SustitucionalesSe crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un átomo por otro de un tipo distinto.

IntersticioSe crea un intersticio cuando un átomo idéntico a los de los puntos normales de la red se coloca en un lugar intersticial.

Defecto FrenkelEl defecto Frenkel es un par de defectos, intersticio-vacancia formado cuando un ion salta de un punto normal de la red a un sitio intersticial, dejando detrás una vacancia.

Defecto SchottkyUn defecto Schottky es un par de vacancias en un material de enlace iónico; deben faltar tanto un anión como un catión de la red si se ha de preservar la neutralidad eléctrica del cristal.

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Defectos Superficiales

Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalográficas distintas.

Superficie del materialEn las superficies externas del material la red termina de manera abrupta.

Fronteras de GranoLa frontera de grano, que es la superficie que separa los granos, es una zona estrecha en la cual los átomos no están correctamente espaciados. Esto quiere decir que, en algunos sitios, los átomos están tan cerca unos de otros en la frontera de grano que crean una región de compresión y en otras áreas están tan alejados que crean una región de tensión.

Figura 5: Frontera de grano.

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