Configuraciones Estructurales

1.1. Imperfecciones Cristalinas

Realmente no existen cristales perfectos sino que contienen varios tipos de imperfecciones y defectos, que afectan a muchas de sus propiedades físicas y mecánicas y también influyen en algunas propiedades de los materiales a nivel de aplicación ingenieril tal como la capacidad de formar aleaciones en frío, la conductividad eléctrica y la corrosión.

Las imperfecciones se clasifican según su geometría y forma así:

• Defectos puntuales o de dimensión cero

• Defectos lineales o de una dimensión llamados también dislocaciones

• Defectos de dos dimensiones

DEFECTOS PUNTUALES

VACANTE

Constituye el defecto puntual más simple. Es un hueco creado por la pérdida de un átomo que se encontraba en esa posición. Puede producirse durante la solidificación por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales. También puede producirse por reordenamientos atómicos en el cristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los átomos.

Las vacantes pueden trasladarse cambiando su posición con sus vecinos. Este proceso es importante en la migración o difusión de los átomos en el estado sólido, sobre todo a altas temperaturas donde la movilidad de los átomos es mayor.

DEFECTOS INSTERSTICIALES

Algunas veces, un átomo extra se inserta dentro de la estructura de la red en una posición que normalmente no está ocupada formando un defecto llamado “Defecto intersticial”. Generalmente este tipo de defecto introduce relativamente grandes distorsiones en los alrededores puesto que normalmente el átomo es sustancialmente más grande que la posición intersticial en la que se sitúa. Consecuentemente la formación de este defecto no es muy probable. Se pueden introducir en una estructura por radiación.

IMPUREZAS EN SÓLIDOS

Este defecto se introduce cuando un átomo es reemplazado por un átomo diferente. El átomo sustituyente puede ser más grande que el átomo original y en ese caso los átomos alrededor están a compresión o puede ser más pequeño que el átomo original y en este caso los átomos circundantes estarán a tensión. Este defecto puede presentarse como una impureza o como una adición deliberada en una aleación.

Impurezas o reemplazamientos

Dependiendo de la clase de impureza que se halle en el cristal, de su concentración y de la temperatura se formará en el cristal una SOLUCIÓN SÓLIDA. Cuando se habla de solución sólida hay que hacer claridad sobre algunos términos:

- Soluto: Es el elemento o compuesto dentro de la solución sólida, que se encuentra en menor concentración

- Solvente: Es el elemento dentro de la solución sólida, que se encuentra en mayor concentración

Solución sólida por sustitución de Cobre y Níquel

Impurezas intersticiales de Carbón en hierro

1.2 Defectos Lineales

DEFECTO FRENKEL

Es una imperfección combinada Vacancia – Defecto intersticial. Ocurre cuando un ion salta de un punto normal dentro de la red a un sitio intersticial dejando entonces una vacancia.

DEFECTO SCHOTTKY

Es un par de vacancias en un material con enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad, deben perderse de la red tanto un catión como un anión.

DEFECTO POR REEMPLAZAMIENTO POR IONES DE DIFERENTE CARGA

Mientras que la base puede estar formada por uno o más átomos, la red cristalina es un conjunto in nito de puntos matemáticos ordenados de forma periódica a lo largo del espacio. En 1948, el físico francés Auguste Bravais demostró que tan solo existen 14 tipos de redes cristalinas en tres dimensiones con distintas propiedades simétricas, desde entonces, dichas redes son conocidas como redes de Bravais. Cualquier red de Bravais está completamente de unida por los llamados vectores primitivos de la red, es decir, que cualquier punto de la red se puede escribir mediante una combinación lineal de dichos vectores (e1, e2 y e3):

R = n1e1 + n2e2 + n3e3

Entre las distintas redes de Bravais cabe citar la SC (cubica simple), la BCC (cubica centrada en el cuerpo) y la FCC (cubica centrada en las caras):

Redes de Bravais

•Aunque existen 14 posibles celdas cristalinas, Existen siete combinaciones diferentes en las cuales están agrupadas en dependencia de los parámetros de red. Cada una de esas combinaciones constituye un sistema cristalino

1.3 Defectos Superficiales

DISLOCACIONES

Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea. Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por condensación de vacantes.

Hay dos tipos de dislocaciones, las de cuña y las helicoidales. También puede darse una combinación de ambas, denominada dislocación mezcla

DISLOCACIÓN DE CUÑA

Se crea por inserción de un semiplano adicional de átomos dentro de la red. Los átomos a lado y lado del semiplano insertado se encuentran distorsionados. Los átomos por encima de la línea de dislocación, que se encuentra perpendicular al plano de la página, en el punto donde termina el semiplano insertado, se encuentran comprimidos y los que están por debajo se encuentran apartados. Esto se refleja en la leve curvatura de los planos verticales de los átomos más cercanos del extra semiplano. La magnitud de esta distorsión decrece con la distancia al semiplano insertado.

DISLOCACIÓN HELICOIDAL

Esta

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