TALLER # 2 CIENCIA DE LOS MATERIALES

FUNDACION UNIVERSITARIA TECNOLOGICO COMFENALCO2015TALLER # 2 CIENCIA DE LOS MATERIALESIMPERFECCIONES EN EL ARREGLO ATMICO Y MECANISMO DE DIFUSIN ATMICAANDRES CABARCAS SANTOYA, JULIANA PEREZ PARRA, LILIBETH MENDOZA RODRIGUEZ, JOSE MIGUEL RODRIGUEZCARTAGENA - BOLIVAR

TRABAJO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES

Presentado a: ING. ELMER FAJARDO OSPINO

Presentado por:

ANDRES FRANCISCO CABARCAS SANTOYA (15110265)JULIANA PEREZ PARRA (14110014)LILIBETH MENDOZA RODRIGUEZ (14113052)JOSE MIGUEL RODRIGUEZ (12214117)

Aula:F- 404 (SECCION 10)

17/03/15

FUNDACION UNIVERSITARIA TECNOLOGICO DE COMFENALCO VII SEMESTRE DE INGENIERIA INDUSTRIAL

CARTAGENA-BOLIVAR

TALLER #2

IMPERFECCIONES EN EL ARREGLO ATMICO Y MECANISMO DE DIFUSIN ATMICA

Introduccin

En todos los materiales el arreglo de los tomos contiene imperfecciones que tiene efecto profundo sobre el comportamiento de los mismos. Mediante l control de esas imperfecciones se crean materiales ms resistente y con mejores prestaciones. El estudiante mediante este trabajo debe identificar los tipos bsicos de defectos de red, as como comprender el mecanismo de difusin en los materiales solidos como ayuda en la seleccin de materiales

Consulta

1. Qu son las dislocaciones? cul es la diferencia entre las dislocaciones de borde y de tornillo?2. Qu es una vacancia? En qu consiste un defecto intersticial? En qu consiste un defecto sustitucional?3. Qu es un defecto superficial? cules son los dos tipos ms importantes? Cules son sus caractersticas?4. En qu consiste el mecanismo de difusin? cules son las caractersticas de la difusin por vacancia y la difusin intersticial? describa la aplicacin industrial del fenmeno de difusin?

Entregable

El estudiante deber realizar una consulta ( libros y/o artculos cientficos de revistas indexadas) con el fin de dar respuesta a la pregunta de planteadas utilizando distintas fuentes bibliogrficas de apoyo, para posteriormente elaborar un Informe elaborado en Word, con normas Icontec y no debe deber extenderse de tres pginas como mximo y tendr la siguiente estructura ordinal: 1) Introduccin, 2) Anlisis (desarrollo de las preguntas) y 3) Conclusin , donde se sintetice los criterios a tener en cuenta en la seleccin de materiales

Valor del taller: 10%Grupos: Mximo 4 integrantes Forma de entrega: enviar a correo efajardo0304@gmail.com. Indicar en el archivo: Nombre de un integrante. Taller 1. Seccin. Semestre (ejemplo: Carlos diaz.taller2.seccion5. sem 2)

INTRODUCCION

El arreglo de los tomos o de iones de los materiales diseados tiene imperfecciones o defectos. Con frecuencia, estos defectos tienen un efecto profundo sobre las propiedades de los materiales. Estas imperfecciones solo representan defectos en, o desviaciones, respecto a los arreglos atmicos perfectos o ideales, en una estructura cristalina dada. El material no se considera defectuoso desde un punto de vista de la aplicacin. En muchas aplicaciones es til la presencia de esos defectos, sin embargo, hay unas pocas aplicaciones en donde se trata de minimizar determinada clase de defecto. Por ejemplo, los defectos llamados dislocaciones son tiles para aumentar la resistencia de los metales y las aleaciones, no obstante, en el cilicio mono cristalino, que se usa para fabricar chips de computadoras, no es deseable la presencia de dislocacin. Con frecuencia, se pueden crear en forma intencional los defectos para obtener determinado conjunto de propiedades electrnicas, pticas y mecnicas.

1. Qu son las dislocaciones? Cul es la diferencia entre las dislocaciones de borde y de tornillo?

DISLOCACIONESSon imperfecciones lineales en un cristal que de otra manera seria perfecto. Se suelen introducir en el cristal durante la solidificacin del material o cuando el material se deforma permanentemente. Aunque en todos los materiales, incluyendo cermicos y polmeros, hay dislocaciones, son especialmente tiles para explicar la deformacin y el endurecimiento de los materiales metlicos. Se pueden identificar tres (3) clases de dislocaciones: de tornillo, de borde y mixta.DISLOCACIONES DE TORNILLOSe puede ilustrar haciendo un corte parcial en un cristal perfecto, y a continuacin, torciendo ese cristal una distancia atmica. Si se sigue un plano cristalogrfico durante una revolucin respecto al eje de torcimiento del cristal, comenzando en el punto X y recorriendo distancias interatmicas iguales en cada direccin, se termina una distancia atmica abajo del punto de partida (en el punto Y). el vector necesario para terminar el circuito y regresar al punto de partida es el vector de Burgers. Si se continuara la rotacin, se describira una trayectoria espiral. El eje o lnea respecto al cual se traza la trayectoria es la dislocacin de tornillo. El vector de Burgers es paralelo a la dislocacin de tornillo.

DISLOCACIONES DE BORDESe puede ilustrar haciendo un corte parcial en un cristal perfecto, abriendo el cristal y llenando en parte el corte con un plano adicional de tomos. La orilla inferior de este plano insertado representa la dislocacin de borde. Si se describe un circuito en torno a la dislocacin de borde, en sentido de las manecillas del reloj comenzando en el punto X y recorriendo una cantidad igual de distancias atmicas en cada direccin, se terminara en el punto Y, a una distancia atmica del punto de partida. El vector necesario para cerrar el circuito es, de nuevo el vector de Burgers. En este caso el vector de Burgers es perpendicular a la dislocacin. A diferencia de una dislocacin de borde o arista, una de tornillo no se puede visualizar como un semiplano adicional de tomos.

2. Qu es una vacancia? En qu consiste un defecto intersticial? En qu consiste un defecto sustitucional?

VACANCIAUna vacancia se produce cuando falta un tomo o un ion en un sitio normal de la estructura cristalina. Cuando faltan tomos o iones, es decir cuando hay vacancia, aumenta el desorden normal o entropa del material, lo cual aumenta la estabilidad termodinmica de un material cristalino. Todos los materiales cristalinos tienen defectos de vacancia. Las vacancias se introducen a los metales y aleaciones durante la solidificacin, a temperaturas elevadas o como consecuencia de daos por radiacin. Las vacancias desempean un papel importante en la determinacin de la rapidez con que se pueden mover los tomos o los iones, es decir, difundirse, en un material solido, en especial en los metales puros.

DEFECTO INTERSTICIAL Se forma cuando se inserta un tomo o ion adicional en la estructura cristalina en una posicin normalmente desocupada. Los tomos o los iones intersticiales, aunque son muchos menores que los tomos o los iones que estn en los puntos de red, son mayores que los sitios intersticiales que ocupan; en consecuencia, la regin cristalina vecina esta comprimida y distorsionada.

DEFECTO SUSTITUCIONAL Es cuando un tomo o ion es sustituido con un tipo distinto de tomo o ion. Los tomos o iones sustitucionales ocupan el sitio normal en la red. Pueden ser mayores que los tomos o iones normales en la estructura cristalina, en cuyo caso se reducen los espacios interatmicos vecinos, o pueden ser menores, lo cual causara que los tomos vecinos tengan distancias interatmicas mayores. En ambos casos, los defectos sustitucionales perturban al cristal que los rodea.

3. Qu es un defecto superficial? cules son los dos tipos ms importantes? Cules son sus caractersticas?

DEFECTO SUPERFICIALLos defectos superficiales son los lmites o bordes o planos que dividen un material en regiones, cada una de las cuales tiene la misma estructura cristalina pero diferente orientacin.

La superficie del material: las dimensiones exteriores del material representan superficies en donde termina el cristal en forma sbita. Cada tomo en la superficie ya no tiene el nmero adecuado de coordinacin y se interrumpe el enlazamiento atmico. Limites de grano: la superficie que separa los granos individuales, es una zona angosta donde los tomos no tienen las distancias correctas. Es decir, los tomos estn tan prximos entre s en algunos lugares del lmite del grano, que producen una zona de compresin; y en otras areas estn tan alejados, que producen una zona de tensin.

4. En qu consiste el mecanismo de difusin? cules son las caractersticas de la difusin por vacancia y la difusin intersticial? describa la aplicacin industrial del fenmeno de difusin?

DIFUSION Indica el flujo neto de cualquier especie, como iones, tomos, electrones, vacancias y molculas. La magnitud de este flujo depende del gradiente inicial de concentraciones y de la temperatura. El proceso de la difusin es fundamental en una gran cantidad de tecnologas importantes de hoy. En las tecnologas de procesamiento de material, la clave es controlar la difusin de tomos, iones, molculas u otras especies. En los materiales existen defectos llamados vacancias. El desorden que crean esas vacancias, es decir, la mayor entropa ayuda a minimizar la energa libre y, en consecuencia, la estabilidad termodinmica de un material cristalino. Los materiales cristalinos tambin contienen otras clases de defectos. En materiales que contienen vacancias, los tomos se mueven o saltan de una posicin en la red a otra. Este proceso se llama autodifusion y se puede detectar con trazadores radiactivos. DIFUSION DE VACANCIAS En la autodifusion y en la difusin de tomos sustitucionales, un tomo deja su sitio de red y llena una vacancia cercana (con lo que se crea una vacancia nueva en el sitio de red original). Al continuar la difusin, se forman flujos de tomos y de vacancia a contracorriente. La cantidad de vacancias, que aumenta con la temperatura, ayuda a determinar el grado de autodifusion y tambin de difusin de tomos sustitucionales.

DIFUSION INTERSTICIALCuando en la estructura cristalina hay un tomo o ion intersticial pequeo, se mueve de un sitio intersticial a otro. En este mecanismo no se requieren vacancias. En parte porque hay mucho mas sitios intersticiales que vacancias, la difusin intersticial sucede con ms facilidad que la difusin de vacancias. Los tomos intersticiales que son relativamente ms pequeos se pueden difundir con mayor rapidez. APLICACIN INDUSTRIAL DEL FENOMENO DE DIFUSIONCromizacin del aceroEs un proceso de saturacin de las capas superficiales delaceroconcromopor medio de ladifusina alta temperatura. El proceso se facilita por la fcil formacin de soluciones slidas del hierro con el cromo. Una vez cromizado, el acero presenta una alta resistencia a la corrosin en cido ntrico, el agua marina, los gases sulfurosos y el sulfuro dehidrgenoentre otros. La termo resistencia aumenta hasta los 750-800C, a partir de estas temperaturas el cromo difunde dentro del acero y se empobrece la capa superficial con lo que disminuye su termo resistencia.

CONCLUSIONTodos los metales son cristalinos.las estructuras cristalinas que adoptan, as como las imperfecciones en el arreglo, determinan en buena medida muchas de sus propiedades ms relevantes. En particular, los defectos dislocaciones son responsables de la ductilidad de los metales. En una aleacin los elementos aleantes pueden existir como tomos aislados alojados en la red cristalina como intersticiales o sustitucionales, tambin pueden formar compuestos. El conocimiento de la estructura cristalina de los metales permite comprender mejor sus propiedades y su desempeo en aplicaciones prcticas.