Ingenieria de materiales

Ingeniería de materiales metálicos

Unidad 1

Configuraciones estructurales

Índice

1 Configuraciones estructurales

1.1Fuerzas de unión

Fuerzas que mantienen a los átomos unidos formando moléculas.

• Enlace iónico: Resulta de la atracción mutua de las cargas positivas (+) y negativas (-). Elementos como el sodio (Na) y el calcio (Ca), que contienen uno o dos electrones de sus capas de valencia, tienden a soltar estos electrones de valencia con facilidad y entonces están cargados positivamente. Cuando un átomo pierde (o gana) electrones, y por es consecuencia, adquiere una carga eléctrica, decimos que se ha ionizado

• Enlace covalente: La estructura electrónica de un átomo es especialmente  estable si contiene 8 electrones. Algunas veces, un átomo compartirá electrones de valencia con un átomo vecino con el objeto de satisfacer esa configuración estable. Este compartir de electrones produce fuerzas de atracción entre los átomos involucrados y se denomina enlace covalente.

• Enlace metálico: Este proceso resulta de un corazón cargado positivamente de un átomo; en donde el corazón del núcleo mas los electrones extranucleares y los electrones disociados de ese átomo particular. Los electrones de valencia desligados en esta estructura metálica, son libres de derivar por ahí y asociarse con varios corazones de iones positivos. Por esta razón constituyen lo que con frecuencia se describe como una nube o gas electrónico. Es esta combinación de corazones con carga positiva y de la nube electrónica  que los rodea, lo que produce las fuerzas de atracción del enlace metálico.

• Fuerzas de van der Waals: La atracción atómica interatómica de van der Waals es relativamente débil y por lo tanto no se considera extremadamente importante con respecto a los materiales de ingeniería. A veces las fuerzas de van der Waals  son las únicas fuerzas que operan entre átomos. La condensación o atracción entre los átomos de los gases nobles demuestran que existen fuerzas interatómicas débiles que unen a los átomos. Estas fuerzas que consisten de una interacción coulombica débil son las fuerzas de van der Waals.

1.2 Cristalografía

Estructuras cristalinas

La mayor parte de los materiales estructurales y tecnológicos, son de naturaleza cristalina. Esto es, poseen un arreglo ordenado o repetitivo o periódico de átomos (iones) enlazados en las tres dimensiones. Existen  7 tipos de sistemas cristalinos.

El arreglo espacial de los puntos equivalentes en un sistema de cristal se llama latice espacial; en un sólido cristalino, estos puntos son las posiciones de los átomos en un latice espacial.  Cuando este arreglo comprende el entramado repetitivo más pequeño de sitios en el cristal se le llama celda unitaria.

• Cubica simple: Básicamente, el cristal cubico consta de una “caja cuadrada” con los centros de los átomos ubicados en las ocho esquinas. Los ocho átomos localizados en las esquinas se ubican de modo  que la distancia entre sus centros sea a, que es la constante de latice o parámetro del latice. [pic 1]

• Numero de coordinación: Otro índice de la eficiencia de la condensación atómica es la cantidad de átomos vecinos más próximos que se tiene. La cantidad de estos átomos circundantes se llama número de coordinación y mientras más alto sea, el arreglo de la condensación atómica en un cristal será más eficiente y la estructura será más estable.

• Cubica de cuerpo centrado: Un átomo esta en el centro de la estructura cubica y es equidistante de los ocho átomos de las equinas. Este átomo central está contenido totalmente dentro de las fronteras de la celda unitaria, de donde el nombre de “cuerpo centrado”.

[pic 2]

• Arreglo cubico de faz centrada: Difiere de las estructuras cristalinas que se vieron antes, porque en cada faz del cubo existe un átomo colocado en ella. De nuevo se separo mucho al arreglo de la celda, con la intención de que la localización de los átomos sea clara. El parámetro o constantes del latice se representa con a.

[pic 3]

• Hexagonal de empaque cerrado: Presenta un arreglo de alta densidad de los átomos, semejante al de cfc; este sistema difiere del arreglo de cfc por que los átomos de la tercera capa o plano encuentran directamente por encima de los átomos del primer plano. La  inspección de este cristal revela siete átomos  en cada plano de las bases más tres átomos entre los planos de las bases, ubicados en ejes a 120°.

[pic 4]

• Cristales polimórficos: Alguno materiales presenten más de un tipo de estructura cristalina, dependiendo principalmente de la temperatura y algunas veces de la presión y de la deformación severa. Se dice que estos materiales son polimórficos. Estas transformaciones tienen lugar en muchos elementos y materiales con estructuras cristalinas de tipos muy diferentes.

1.3 Imperfecciones Cristalinas

Las imperfecciones cristalinas se conocen como defectos puntuales por que comprenden sitios aislados en el latice espacial. Estas imperfecciones en el latice espacial cubren necesariamente un volumen o áreas finitas, su extensión se limita a un desorden local y en consecuencia, su extensión se limita a un desorden local y en consecuencia, se tratan como si se comportaran como un punto.

• Vacantes: Un defecto puntual importante es el que se conoce como una vacante. Es simplemente un sitio vacante en el latice en donde falta un átomo o unión de su posición normal en el cristal.

• Defecto Schottky: Esta imperfección se produce por la migración de un par de iones hasta una posición en la superficie libre  o a una frontera cristalina. Es el resultado neto es una vacante de par de iones, que se encuentra en materiales como la cerámica que deben mantener una carga balanceada.

1.4 Defectos lineales

Esta categoría de imperfecciones cristalinas consta de defectos que son considerablemente mayores. Se pueden extender a través del cristal en muchas distancias atómicas, con frecuencia se conoce a estas imperfecciones como defectos lineales.

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