Estructuras Cristalinas

Capítulo 3

ESTRUCTURAS CRISTALINAS

La importancia en la Ingeniería de la estructura física de los materiales sólidos depende de la disposición de los átomos, iones o moléculas que constituyen el sólido y de las fuerzas de enlace entre ellos.

La mayoría de los materiales, su estructura a escala atómica es cristalina y los átomos del material están dispuestos de forma regular y repetitiva.

Los sólidos pueden ser cristalinos o amorfos (no cristalinos). Un sólido cristalino es un sólido cuyos átomos, iones o moléculas están arreglos en forma regular y repetitiva. Esta característica (conjunto ordenados de partículas) provoca que los sólidos tengan formas muy regulares (cuarzo, diamante). Un sólido cristalino funde a una temperatura específica.

El orden característico de los sólidos cristalinos es semejante a una pared que se forma apilando ladrillos individuales idénticos.

Los sólidos amorfos son sólidos cuyas partículas no tienen una estructura ordenada, carecen de caras y formas definidas. Muchos sólidos amorfos son mezclas que no se empacan bien ente sí, en cambio hay otros compuestos de moléculas grandes y complicadas (caucho, vidrio).

CELDAS UNITARIAS

La unidad que se repite en un sólido se conoce como celda unitaria, patrón geométrico, tridimensional, pequeño y repetido, que tiene la simetría y características del cristal y es la menor subdivisión de una red.

Un sólido cristalino se puede representar como un arreglo tridimensional ordenado, también conocido como retículo cristalino o red cristalina. La característica principal es que son regulares, repetitivas y contiene todas las características geométricas del cristal total.

Se identifican 7 sistemas cristalinos y 14 redes denominadas Redes de Bravais en honor al físico francés Auguste Bravais

Cada celda unitaria se puede describir en términos de la longitud de los vértices o lados a, b, c y los ángulos entre los vértices a, b, c

El cristal entero está formado por celdas unitarias ordenadas como bloques de construcción. Los cristales se forman con los átomos de un metal líquido que se solidifica. Los átomos se unen para formar celdas unitarias. Todas las celdas unitarias están orientadas en la misma orientación.

La mayoría de las estructuras de los metales (90%) corresponden a los siguientes tipos:

CELDA UNITARIA CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO (BBC)

9 átomos

Cada átomo es compartido por las 8 celdas unitarias adyacentes (2 átomos / celda unitaria)

Factor de empaquetamiento 0.68

Fe, Ti, Nb, Ta, K, Na, Zr, V, Cr, Mo y w

Duros y Fuertes

CELDA UNITARIA CUBICA CENTRADA EN LAS CARAS (FCC)

14 átomos

4 átomos/ celda unitaria

Factor de empaquetamiento 0.74

Fe~c, Al, Ni, Cu, Ag, Pt, Pb, Au

Dúctiles y Maleables

CELDA UNITARIA HEXAGONAL COMPACTA (HC)

17 átomos

6 átomos/ celda unitaria

Be, Mg, Ti~a, Zn, Zr, Co, Cd

Carecen de Ductilidad y acepta poco trabajo en frio sin falla

Los cristales de un metal cambian su forma cuando se someten a esfuerzos y calor. El trabajo en frio alarga, distorsiona y fragmenta los granos. Las propiedades de un metal se afectan mucho por los tamaños y orientación diversa de los granos. Un metal de grano fino tiene una resistencia mayor a la cedencia, dureza, resistencia a la fatiga y resistencia de impacto.

POLIFORMISMO Y ALOTROPIA

La alotropía es la propiedad de los materiales de poseer diferentes estructuras cristalográficas ante cambios de temperatura o presión. Los metales que existen en 2 o más redes cristalinas, son alotrópicos y el cambio de una

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