Tipos E Imperfecciones Cristalinas

Tipos de estructuras cristalinas

En los metales son comunes tres tipos de estructuras de red: 1) cúbica centrada en el

cuerpo (BCC), 2) cúbica centrada en las caras (FCC), y 3) hexagonal de empaquetamiento

compacto (HCP), como se ilustra en la figura 2.8. En la tabla 2.1 se presentan las estructuras

cristalinas de los metales comunes a temperaturas diferentes. Por ejemplo, a temperatura

ambiente el hierro es BCC; cambia a FCC por arriba de los 912 ºC (1 674 ºF) y regresa a

BCC a temperaturas superiores a 1 400 ºC (2 550 ºF). Cuando un metal (u otro material)

cambia su estructura según lo descrito, se le conoce como alotrópico.

Imperfecciones en cristales

Hasta este momento se han estudiado las estructuras cristalinas como si fueran perfectas, la

celda unitaria repetida en el material una y otra vez en todas direcciones. En ocasiones, para

satisfacer propósitos estéticos o de ingeniería se prefiere un cristal perfecto. Por ejemplo,

un diamante perfecto (sin defectos) es más valioso que otro que tenga imperfecciones. En

la producción de chips para circuitos integrados, los cristales grandes y únicos de silicio

poseen características de procesamiento deseables para formar los detalles microscópicos

del patrón del circuito.

Sin embargo, hay varias razones por las que una estructura de red cristalina puede

no ser perfecta. Es frecuente que surjan imperfecciones de manera natural debido a la

incapacidad del material que se solidifica para continuar sin interrupción la repetición de la celda unitaria en forma indefinida. Un ejemplo de esto son los límites de grano de los

metales. En otros casos, se introducen imperfecciones a propósito durante el proceso de

manufactura, por ejemplo cuando se agrega a un metal un elemento de aleación para incrementar

su resistencia.

Las distintas imperfecciones en los sólidos cristalinos también se denominan defectos.

Ambos términos, imperfección o defecto, se refieren a las desviaciones en el patrón

regular de la estructura de red cristalina. Se catalogan como 1) defectos puntuales, 2) defectos

lineales y 3) defectos superficiales.

Los defectos puntuales son imperfecciones en la estructura cristalina que involucran

ya sea un solo átomo o varios de ellos. Los defectos adoptan varias formas, entre las cuales

están las que se ilustran en la figura 2.9: a) vacancia, es el defecto más simple, que involucra

la falta de un átomo dentro de la estructura de red; b) vacancia por par de iones,

también llamado defecto Schottky, que incluye un par faltante de iones de carga opuesta

en un compuesto que tiene un balance de carga conjunta; c) intersticios, distorsión de la

red producida por la presencia de un átomo adicional en la estructura; y d) desplazamiento

iónico, conocido como defecto Frenkel, que ocurre cuando un ion se retira de una posición

regular en la estructura de red y se inserta en una posición intersticial cuya ocupación no

es normal por parte de dicho ion.

Un defecto lineal es un grupo conectado de defectos puntuales que forman una línea

en la estructura de red. El defecto lineal más importante es la dislocación, que adopta dos

formas: a) dislocación de borde y b) dislocación de tornillo. Una dislocación de borde es

la arista de un plano adicional que existe en la red, como se ilustra en la figura 2.10a). Una

dislocación de tornillo, véase la figura 2.10b), es una espiral dentro de la estructura de red

alabeada alrededor de una línea de imperfección, como un tornillo está alabeado alrededor de su eje. Ambos tipos de dislocaciones surgen en la estructura cristalina durante la solidificación

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