INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA
MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD CULHUACAN
CIENCIA DE MATERIALES I
DEFECTOS CRISTALINOS
Profesor: Acevedo Trejo Jesús Manuel
Integrante:
JIMENEZ SANCHEZ ANGEL JAIR
Grupo: 3MV2
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Defectos en Materiales Cristalinos: Importancia y Tipos, Apuntes de Ciencias
Este documento de la Unidad Culhucan de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional, imparte conocimientos sobre los defectos en sistemas cristalinos, su importancia y tipos. Se abordan defectos puntuales, como vacancias y dislocaciones, y defectos lineales. la importancia de estos defectos en la resistencia mecánica y la deformación plástica de los metales.
Tipo: Apuntes
2019/2020
1 / 6
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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA
MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD CULHUACAN
CIENCIA DE MATERIALES I
DEFECTOS CRISTALINOS
Profesor: Acevedo Trejo Jesús Manuel
Integrante:
JIMENEZ SANCHEZ ANGEL JAIR
Grupo: 3MV
Defectos o imperfecciones en los sistemas cristalinos IMPORTANCIA DE LOS DEFECTOS DE SUPERFICIE En todos los casos provocan irregularidades en la red cristalina del material. Importancia de los defectos puntuales: Se incrementa la resistencia mecánica del material. Importancia de las dislocaciones (defectos lineales): es un mecanismo para la deformación plástica de los metales, ya que el esfuerzo aplicado causa el movimiento de las dislocaciones. 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. Se pueden introducir por ello movimiento de los átomos o iones al aumentar la energía por el calentamiento, por el procesamiento, por la introducción de impurezas o por dopado. 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. Recordemos que cuando faltan átomos o iones aumenta el desorden normal o entropía del material ya que, a su vez, aumenta la estabilidad termodinámica de un material cristalino. 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. Juegan un papel importante en la determinación de la rapidez con la que se pueden mover los átomos o iones. Fórmula para calcular vacancia. Intersticial: se forma cuando se inserta un átomo o ion adicional de un tipo distinto en la estructura cristalina, normalmente en una posición desocupada. Cuando estos átomos son mayores que los normales de la red, los átomos circundantes se comprimen; si son más pequeños, los átomos circundantes se quedan en tensión. En consecuencia, la región cristalina vecina esta comprimida y distorsionada. Sustitucional: Átomo/Ion es sustituido con un tipo distinto de átomo o ion. Estos átomos sustitucionales 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. Intersticialidad (Defecto auntointersticial). Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un átomo adicional en una posición normalmente
Schmid para pronosticar el comportamiento mecánico de los materiales poli cristalinos. 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. Ejemplo: la oxidación de metales, ya que estos presentas estructuras poli cristalinas los átomos no llegan a completar sus enlaces. Defecto cristalino Un defecto cristalino 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... Clasificación Según sean intrínsecos o extrínsecos En primer lugar, se clasifican en intrínsecos y extrínsecos: Intrínsecos : naturales, propios del material, salto de los propios átomos. Extrínsecos : impurezas, precipitados.
Según su dimensión Se distinguen 4 tipos de defectos: Puntuales: de 0 dimensiones, afectan a un punto de red, perturbando únicamente a vecinos más próximos: Vacante o Vacancia. El defecto vacante es cuando un átomo que se encuentra normalmente en la red cristalina deja de estarlo, dejando así un espacio vacío. Átomo intersticial. El defecto intersticial es cuando un átomo extra se introduce en un lugar de la estructura cristalina donde no se encuentra normalmente. Átomo sustitucional. En este defecto se sustituye un átomo de la estructura cristalina por otro. Se debe tomar en cuenta que el radio del átomo no debe ser diferente de un 15% ya sea en mayor o menor proporción ya que podrían ocurrir perturbaciones en el material. Un átomo de mayor radio hará que los átomos vecinos sufran una compresión, y un átomo sustituido de menor radio hará que los átomos vecinos sufran una tensión. Átomo sustitucional grande. Defecto Frenkel. Este defecto es una combinación entre el defecto de vacancia e intersticial, donde un átomo que se encuentra en un lugar normal de la estructura cristalina salta hacia un lugar intersticial dejando así una vacancia. Defecto Schottky o de par iónico. En una de las vacancias donde ocurren en los enlaces iónicos, donde se debe mantener en equilibrio la estructura cristalina cuando se deja una vacancia de un anión también debe dejarlo un catión. para lo dicho anterior mente un equilibrio en la red. igual debe encontrarse la misma cantidad de aniones como de cationes. Impurezas. Defectos de antiestructura. Defectos lineales: se extienden en una dirección, y afectan a una fila de puntos de red: Dislocaciones Defectos de superficie: se extienden en dos dimensiones: