Defectos de redes cristalinasIntroduccin: Todos los materiales tienen irregularidades o defectos en el arreglo de los tomos en los cristales, las cuales tienen efectos en el comportamiento del material. Controlando las irregularidades reticulares se hacen ms resistentes los metales y sus aleaciones, se producen imanes ms potentes, transistores y foceldas solares ms eficientes, vidriera de vivos colores y muchas otras caractersticas de los materiales de importancia prctica. Las imperfecciones en la red cristalina se clasifican segn su forma y geometra: y y y Defectos puntuales o de dimensin cero. Dislocaciones, defectos de lnea o defectos de una dimensin. Defectos de Superficie.

Defectos puntuales:Los defectos puntuales de punto son discontinuidades de la red que involucran uno o varios tomos. Vacante: Se produce un hueco o vacante cuando se pierde un tomo en un nodo normal. Las vacantes o huecos se producen cuando se realiza la solidificacin a elevadas temperaturas, o como consecuencia de un dao por radiacin. Normalmente, menos de un punto de la red por cada milln contiene un hueco a temperatura ambiente. En los metales pueden introducirse vacantes adicionales durante la deformacin plstica, por enfriamiento rpido desde elevadas a bajas temperaturas y por bombardeo con partculas de alta energa, como son los neutrones. Las vacantes que no estn en equilibrio tienen tendencia a formar aglomerados, formando divacantes o trivacantes. Defecto intersticial: Se forma cuando se inserta un tomo adicional en la estructura de la red en un lugar que no es un nodo normal, o sea en un intersticio. Defecto sustitucional: Este tipo de defecto se produce cuando un tomo de la red es reemplazado por un tipo diferente de tomo. El tomo sustitucional se aloja en el nodo normal original. Tanto en los defectos intersticiales como en los sustitucionales se presentan en los materiales como impurezas e inclusive pueden ser intencionalmente introducidos con propsitos de aleacin. Por ejemplo: Cantidades muy pequeas de impurezas atmicas sustitucionales en silicio puro, pueden afectar mucho su conductividad elctrica para su uso en dispositivos electrnicos.

Dislocaciones.Las dislocaciones son defectos que provocan una distorsin de la red centrada en torno a una lnea. Se crean durante la solidificacin de los slidos cristalinos. Tambin se pueden formar en la deformacin plstica o permanente de los slidos cristalinos, por condensacin de vacantes y por desajuste atmico en las disoluciones slidas. Las dislocaciones son defectos de no equilibrio y almacenan energa en la regin distorsionada de la red cristalina alrededor de la dislocacin. Los dos principales tipos de dislocaciones son las de tipo helicoidal, alabeo o de tornillo y las de tipo arista. Aunque la mayora de las dislocaciones son de tipo mixto, compuestas por aristas y helicoidales. Dislocacin helicoidal, alabeo o de tornillo: Puede formarse en un cristal perfecto aplicando esfuerzos cortantes hacia arriba o hacia abajo en las regiones del cristal perfecto que han sido separadas por un plano cortante. Estos esfuerzos cortantes introducen en la estructura cristalina una regin de distorsin en forma de una rampa en espiral de tomos distorsionados o dislocacin helicoidal. La regin distorsionada del cristal no est bien definida y tiene cuando menos varios tomos de dimetro. De esta manera se crea una regin de esfuerzo cortante alrededor de la disolucin helicoidal en la que se almacena energa. Puede representarse mediante un corte parcial a travs de un cristal perfecto y volvindolo a unir desvindolo un espacio atmico. Dislocacin de borde o de arista: Puede ilustrarse dividiendo parcialmente un cristal perfecto, separando el cristal y llenando el corte con un plano adicional de tomos. El borde inferior de este plano insertado representa la dislocacin de borde. El proceso por el cual se mueve una dislocacin se llama deslizamiento. Aunque el deslizamiento puede ocurrir en algunas cermicas y polmeros, el proceso de deslizamiento es particularmente til para comprender el comportamiento mecnico de los metales: El desplazamiento explica por qu la resistencia de los metales es ms baja que el valor calculado a partir de unin metlica. El deslizamiento proporciona ductilidad a los metales. Se controlan las propiedades mecnicas de un metal o aleacin interfiriendo el movimiento de las dislocaciones.

Defectos de superficie:Los defectos de superficie son los lmites que separan a un material en regiones, cada una de ellas teniendo la misma estructura cristalina pero diferentes orientaciones. La mayor energa asociada con los tomos de la superficie de un material hace a la superficie susceptible a la erosin y a reaccionar con elementos del ambiente. Bordes de grano: Es la superficie que separa los granos individuales, siendo una zona estrecha donde los tomos no se encuentran espaciados de manera apropiada. Los tomos se aproximan bastante en ciertos sitios del lmite de grano ocasionando una regin de comprensin, mientras que en otras reas los tomos estn muy separados originando una regin de traccin. Los bordes de grano disminuyen la plasticidad dificultando el movimiento de dislocacin en la regin del lmite de grano.

Se pueden controlar las propiedades de un metal a travs del endurecimiento por tamao de grano. Reduciendo el tamao de grano se incrementa el nmero de granos por unidad de volumen, y por consiguiente la cantidad de fronteras o bordes de grano. Cualquier dislocacin encontrar un lmite de grano solo al moverse un poco, incrementndose la resistencia del metal al obstaculizar el movimiento de las dislocaciones. Bordes de grano de ngulo pequeo: Es un arreglo de dislocaciones que produce una pequea desorientacin entre redes contiguas. Debido a que la red circunvecina no es discontnua como en un borde de grano normal, los bordes de ngulo pequeo no son tan efectivos para impedir el deslizamiento. Los bordes de ngulo pequeo formados por dislocaciones de borde son llamados bordes inclinados y los producidos por dislocaciones de tornillo se llaman bordes de torcidos Fallas de apilamiento: Ocurren en los metales CCC y HC y representan un error en la secuencia de apilamiento en los planos compactos. Normalmente se produce una secuencia de apilamiento ABCABCABC en una red CCC perfecta. Bordes de macla: Es un plano que separa dos partes de un grano que tienen una pequea diferencia en la orientacin de sus planos. Estas partes de la red parecen formar una imagen especular en el plano del borde de macla. Las maclas o gemelos se producen cuando una fuerza cortante que acta a lo largo del borde de grano, hace que los tomos abandonen su posicin. Ocurre durante la deformacin o tratamiento trmico de ciertos metales. Estos bordes de macla interfieren el proceso de deslizamiento e incrementan la resistencia del metal. El movimiento de los bordes de macla ocasiona tambin que un metal se deforme. La efectividad de los defectos de superficie para interferir con el proceso de deslizamiento puede juzgarse a partir de las energas superficiales. Los bordes de granos de alta energa son mucho ms efectivos en el bloqueo de dislocaciones que cualquier falla de apilamiento o borde de macla. Los especialistas emplean diversos instrumentos para estudiar y entender el comportamiento de los materiales. Los instrumentos revelan informacin sobre la constitucin y estructura interna de los materiales a varias escalas de longitud que varan en el intervalo de micro a nano. Puede estudiarse la estructura de los granos, los bordes de grano, las diversas microfases, los defectos lineales los defectos de superficie y su efecto sobre el comportamiento de los materiales. Las tcnicas aplicadas son metalografa ptica, microscopa electrnica de barrido, microscopa electrnica de transmisin, microscopa electrnica de transmisin de alta resolucin y la microscopa de sondeo de barrido.

Bibliografa: 985674321 MXICO, Sneca 53 col. Polanco. 1998. Tercera Edicin. Askeland, Donald R. Ciencia e ingeniera de los materiales, Editorial ITP. Smith, Hashemi. Fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales. Mc Graw Hill. 2006. Cuarta Edicin.