DEFECTOS EN LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS

Un defecto en una estructura cristalina es cualquier perturbación en la periodicidad de la red de un sólido cristalino. El cristal perfecto es un modelo ideal, en el que las diferentes especies (ya sean moléculas, iones u átomos neutros) están colocados de forma periódica y regular, extendiéndose hasta el infinito. En la realidad, cualquier cristal presenta defectos en este modelo ideal, empezando por el hecho de que no hay cristales infinitos.

Son estos defectos cristalinos los que dan las propiedades más interesantes de la materia, como la deformación plástica, la resistencia a la rotura, la conductividad eléctrica, el color, la difusión. Los arreglos de estructuras cristalinas siempre tienen defectos y Se dividen en tres tipos: puntuales; lineales y superficiales.

DEFECTOS PUNTUALES:

Son interrupciones localizadas en arreglos atómicos o iónicos. Esta alteración afecta una región donde intervienen varios átomos o iones en una estructura cristalina. Hay seis tipos de defectos puntuales: vacancia; átomo intersticial, átomo de sustitución pequeño; átomo de sustitución grande; defecto de Frenkel y defecto de Scottky.

Vacancia.

• Es cuando faltan un átomo o ion en su sitio normal de la estructura cristalina.• Todos los materiales cristalinos tienen defecto de vacancia.• Se introducen a los metales y aleaciones durante a solidificación, a temperaturas

elevadas o como consecuencia de danos por la radicación.

Para calcular la cantidad de vacancia se tiene la siguiente formula:

nv=n−Q v

RT (1)

nves lacantidad devacancias por cm3

nesla cantidad deatomos por cm3

Qv es la energianecesaria para producir unmolde vacancias encalmol

o joulesmol

T es latemperatura en gradoskelvin

R es la constantede los gases

Intersticial:

• Se forma cuando se inserta un átomo o ion adicional en la estructura cristalina, normalmente una posición desocupada.

• Los átomos intersticiales son mucho menores que los átomos que están en los puntos de la red, pero son mayores que los sitios intersticiales que ocupa.

• En consecuencia, la región cristalina vecina esta comprimida y distorsionada.

Átomo De Sustitución Pequeño:

• Átomo/Ion es sustituido con un tipo distinto de átomo o ion.• Estos átomos sustituciones ocupan el sitio mayor de la red: cuando son mayores

se reducen los espacios interatómicos y viceversa cuando son menores.• Estos defectos pueden introducir de forma de una impureza, de una adición

deliberada en la aleación,• Una vez introducidos, la cantidad de defectos es relativamente independiente de la

temperatura.

Átomo De Sustitución Grande:

• Un átomo idéntico a los puntos normales de red está en una posición intersticial.• Es común en estructuras con bajo factor de empaquetamiento.

Defecto De Frenkel:

• Un par vacancia-intersticial cuando un ion salta de un punto normal de red a un sitio intersticial, dejando atrás una vacancia.

Defecto De Scottky:

• Las vacancias se presentan en un material con enlaces iónicos donde debe faltar un número estequiometrico de aniones y cationes en el cristal si se quiere conservar la neutralidad eléctrica.

DEFECTOS LINEALES:

Son imperfecciones lineales que  Afectan una fila de puntos de red en un cristal que de otra manera seria perfecto Se suelen introducir en cristal durante la solidificación del material o cuando el material se deforma permanentemente. Aunque en todos los materiales incluyendo cerámicos y polímeros, hay imperfecciones. Se pueden identificar tres clases de dislocaciones: de tornillo, borde y mixta.

De Tornillo.

• Se puede ilustrar haciendo un corte parcial en un cristal perfecto torciendo ese cristal una distancia atómica.

• El eje o línea respecto al cual se traza la trayectoria, es la dislocación de tornillo.

Fig. 1 ilustración de la dislocación de tornillo

De Borde O Arista:

• Se puede ilustrar haciendo un corte parcial en un cristal perfecto abriendo el cristal y llenando en parte el corte con un plano adicional de átomos.

• La orilla inferior de este plano insertado representa la dislocación de borde.• El vector necesario para cerrar el circuito es el vector de Burgers.

Fig. 2 ilustración de la dislocación De borde o arista

Mixtas:

• Tienen componentes de bordes y de tornillos con una región de transición entre ella.

• Cuando se aplica una fuerza cortante en la dirección del vector de Burgers a un cristal que contenga una dislocación, esta se puede mover rompiendo los enlaces de los átomos en un plano.

• El plano de cortes se desplaza un poco para establecer enlaces con el plano parcial de átomos originales.

Fig. 3 dislocación mixta

Defectos Superficiales:

Son imperfecciones de la estructura cristalina ubicadas en un área del material. Los principales defectos son la misma superficie y las fronteras de los granos. La superficie del material es un defecto de estructura porque se rompe con la simetría de los átomos entrelazados, estos átomos tienen enlaces químicos no completos, lo cual los hace más reactivos químicamente del resto de los átomos. Son límites o los planos que separan un material en regiones, cada región tiene la misma estructura cristalina, pero diferente orientación.

Las dimensiones exteriores del material representan superficies en donde termina el cristal en forma súbita. Cada átomo en la superficie ya no tiene el número adecuado de coordinación y se interrumpe el enlazamiento atómico. La superficie exterior también puede ser apera, contener muescas diminutas y ser mucho más reactiva que el interior del material

DENSIDAD LINEAL:

Cantidad de puntos de red por unidad de longitud a lo largo de una dirección específica. Las direcciones con alta densidad lineal indican direcciones de deformación.

⍴l=(numerode atomos sobre lalinea)

longitud de lalinea (2)

DENSIDAD PLANAR:

En los planos metalográficos se puede medir la cantidad de masa que ocupan los átomos con respecto al área del plano. Los procesos de deformación de los materiales se producen donde la densidad es alta, y se deforma por el deslizamiento de los átomos en ese plano.

⍴p=(numerode atomos)areadel plano (3)

VECTOR DE BURGERS:

El vector de Burgers asociado con una dislocación es una medida de la distorsión de celosía causada por la presencia del defecto de línea. El diagrama muestra el convenio para medir el vector de Burgers. Un circuito se hace en torno a una línea de dislocación en sentido horario (foto superior) con cada paso de los sitios de celosía de circuitos de conexión que están totalmente coordinados. Este circuito se transfiere entonces a una red perfecta del mismo tipo. Debido a la ausencia de una dislocación dentro de este circuito, no se cierra sobre sí misma, y el vector que une el extremo del circuito hasta el punto de partida es el vector de Burgers, b = QM.

El vector de Burgers definido de esta manera es un vector unitario de la red si la dislocación es una dislocación unidad, y un vector de traducción estable más corta de la red si la dislocación es una dislocación parcial.

Fig. 4 Vector de Burgers de una dislocación en arista

Fig. 5 vector de Burgers de una dislocación helicoidal

BIBLIOGRAFÍA

http://es.slideshare.net/corpi46/defectos-o-imperfecciones-en-los-sistemas-cristalinos

http://es.slideshare.net/laguado86/3-estructura-cristalina

http://www.esi2.us.es/IMM2/estructuras_cristalinas/concentracion_atomica.html

https://www.princeton.edu/~maelabs/mae324/glos324/burgersvector.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Vector_de_Burgers

http://3.bp.blogspot.com/_lkPAgLnhwz4/S_vySblUMVI/AAAAAAAAACc/RklZz1ZbrpE/s320/DislocM.JPG

http://www4.tecnun.es/asignaturas/estcompmec/documentos/Cap5_DISLOCACIONES.pdf