4. Imperfecciones En El Arreglo Atmico

4. Imperfecciones en el Arreglo AtmicoIng. Daniela CruzCIENCIA DE MATERIALES ITEMARIOIntroduccinDefectos puntualesDefectos lineales - dislocacionesLey de SchmidInfluencia de la estructura cristalinaDefectos superficiales y su importanciaEn todo material, el arreglo de sus tomos presenta IMPERFECCIONESToda imperfeccinInfluye en el comportamiento de los materialesSi logramos controlar las imperfecciones, podemos beneficiarnos, por ejemplo para obtener materiales:Ms resistentesCon mejores propiedadesCon mejor desempeoCon mejor aparienciaIntencionalmente podemos tener defectos o imperfecciones para mejorar las propiedaes fsicas y mecnicas de un material.Vamos a estudiar los 3 tipos bsicos de de imperfecciones de red: Defectos puntualesDefectos lineales o dislocacionesDefectos de superficie1. INTRODUCCINAl hablar de imperfecciones de red, hablamos de imperfecciones de la red cristalina, es decir solo con respecto al arreglo atmico, no a imperfecciones que se refieren a defectos del material como porosidad.3El ms sencillo es laVACANTEVACANTESitio atmico en el que ha desaparecido el tomo que lo ocupaba.

Pueden producirse durante la solidificacin debido a perturbaciones durante el crecimiento de los cristales .O por una reorden atmico en un cristal ya existente debido a la movilidad de los tomos.

Afectan un punto de la red.2. DEFECTOS PUNTUALES2. DEFECTOS PUNTUALES

En metales:Son defectos que se encuentran en equilibrio raramente exceden 1 tomo en 10 000 aproximadamente.Pueden deberse tambin por: deformacin plstica, por enfriamiento rpido, y por bombardeo con partculas de alta energa.Las vacantes que no estn en equilibrio tienden a formar aglomerados divacantes o trivacantes.Pueden moverseIntercambian su posicin con sus vecinos.Es importante en procesos de migracin o difusin de tomos en estado slido.VACANTEEsta migracin o difusin es sobre todo importante cuando el material est a elevadas temperaturas ya que all se tiene mayor movilida y por tanto se facilita la difusin de tomos y vacantes.5En cristales inicos (con cationes y aniones), este defecto es un poco ms complejo se requiere mantener la neutralidad elctrica.Cuando un anin y un catin faltan, se crea una divacante aninica-catinicaDefecto de SchottkySi un catin se mueve a un hueco intersticial, se crea una vacante catinica en la posicin abandonada por el catin.Defecto de Frenkel

Estos defectos en los cristales inicos aumentan su conductividad elctrica.

VACANTE2. DEFECTOS PUNTUALESEjemplo: si se tienen cantidades pequeas de impurezas atmicas sustitucionales en Si puro, se puede elevar la conductividad elctrica dispositivos electrnicos. Cuando un tomo adicional se introduce en un lugar de la estructura cristalina que normalmente no es ocupado por los tomos o iones propios del material (espacio intersticial). tomos comnmente intersticiales son los de C que se introducen en los intersticios del Fe para conformar el acero.TOMO O DEFECTO INTERSTICIALEstos defectos se pueden presentar en cristales con enlaces tanto metlicos como covalentesUn tomo de la estructura cristalina es sustituido por otro. El radio del nuevo tomo, no debe diferir en ms de 15% al radio del tomo original de lo contrario podran ocurrir perturbaciones en el material. TOMO O DEFECTO SUSTITUCIONALSi el radio es mayor compresin de los tomos vecinos. Si el radio es menor tensin en los tomos vecinos.

2. DEFECTOS PUNTUALES2. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONESUna combinacin de estos dos tipos de dislocaciones producen las dislocaciones mixtas, que tienen componentes de arista y helicoidales. Dislocacin es una imperfeccin lineal en una red cristalina.Generalmente se forman durante el proceso de solidificacin del material o cuando se lo deforma plstica o permanentemente.Existen en todos los materiales: cermicos, polmeros, metlicos (ayudan a explicar la deformacin y endurecimiento).Tipos principales:dislocacin de arista o borde, ydislocacin de tornillo o helicoidal.2. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONESDISLOCACIN DE ARISTA O BORDE.

Se la puede explicar de la siguiente manera:El borde inferior del plano adicional representa la dislocacin de borde.Si hacemos un corte parcial a un cristal perfecto, lo separamos en dos partes y se agrega en el corte un plano adicional de tomos.

Se crea en un cristal por la interseccin de un semiplano extra de tomos.

2. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONESDISLOCACIN DE ARISTA O BORDE.

El vector que se requiere para completar el circuito con la dislocacin, es denominado vector de Burgers. El cual es perpendicular a la dislocacin. Por la dislocacin, los tomos por encima de la lnea de dislocacin, se comprimen se acercan unos a otros. Los que quedan por debajo se estiran se alejan de sus posiciones de equilibrio.Por tanto, la red alrededor de la dislocacinn est distoricionada.2. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONESDISLOCACIN DE TORNILLO O HELICOIDAL.

Se crea una regin de esfuerzo cortante alrededor de la dislocacin helicoidal en la que se almacena energaEl deslizamiento o vector de Burgers de la dislocacin helicoidal es paralelo a la lnea de dislocacin.2. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONESDISLOCACIN DE TORNILLO O HELICOIDAL.El deslizamiento o vector de Burgers de la dislocacin helicoidal es paralelo a la lnea de dislocacin.

2. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONESDISLOCACIN DE TORNILLO O HELICOIDAL.DISLOCACIN DE ARISTA O BORDE.

2. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONESLa mayora de las dislocaciones en los cristales son mixtas.

En la figura:En la lnea de dislocacin curvada AB, la dislocacin es de tipo: helicoidal pura a la izquierda por donde entra en el cristal, yde borde pura a la derecha por donde deja al cristal.

En el interior del cristal, la dislocacin es de tipo mixto, con componentes de arista y helicoidales.

2. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONES

DeslizamientoProceso por el cual, una dislocacin se mueve dentro de un cristal o red cristalina, causando que se deforme un material.Cuando se aplica una fuerza cortante en la direccin del vector de Burgers a un cristal que ya contiene una dislocacin, la dislocacin se puede mover al romper los enlaces entre los tomos de un plano. El plano cortado se desplaza ligeramente para establecer enlaces con el plano parcial original de tomos. Este desplazamiento hace que la dislocacin se mueva un espacio de un tomo hacia un lado. Si este proceso contina, la dislocacin se desplaza dentro de la red cristalina hasta que el cristal queda deformado.152. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONESDeslizamientoProceso por el cual, una dislocacin se mueve dentro de un cristal o red cristalina, causando que se deforme un material.

162. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONESDeslizamientoProceso por el cual, una dislocacin se mueve dentro de un cristal o red cristalina, causando que se deforme un material.La direccin en la que se mueve la dislocacinDireccin de deslizamientoPlano formado por el barrido de la dislocacin en direccin del vector de Burgers o de la direccin de deslizamiento.Plano de deslizamiento

172. DEFECTOS LINEALES - DISLOCACIONESDeslizamientoLas dislocaciones no se mueven fcilmente en materiales como el Si, o polmeros debido a la resistencia y direccionalidad de estos enlaces. Estos materiales normalmente fallan antes de que la fuerza aplicada sobre ellos sea lo suficientemente grande para lograr un delizamiento de dislocaciones que sea apreciable.Como materiales cermicos. Hay resistencia al deslizamiento de dislocaciones, por tanto tambin a la deformacin del material. El deslizamiento de una dislocacin produce un rompimiento del equilibrio de cargas y del enlace entre cationes y aniones. Con lo cual, el material falla de forma frgil antes de producir un deslizamiento apreciable.En materiales con enlaces covalentes:En materiales con enlaces inicos:18