Defectos Puntuales

Cuando el defecto ocurre en un sitio específico en la red cristalina, se le llama defecto puntual.

• Vacancias: Sitios atómicos vacantes en una estructura. Un punto de la red que no es ocupado por un átomo. Determina la rapidez con la que se mueven los átomos. Aumenta la estabilidad termodinámica de los cristales.
  • Aplicaciones: Se utilizan en procesos de difusión y en la fabricación de semiconductores.
  • Ejemplos: Cualquier metal con tratamientos térmicos pobres.
  • Ventajas: Pueden hacer que los materiales sean más baratos y, en algunos casos, menos densos.
  • Desventajas: Reducen la fuerza y la estabilidad de la red cristalina en su totalidad.
• Intersticiales: Es cuando un átomo extra se introduce en un lugar de la estructura cristalina donde no se encuentra normalmente. Se pueden introducir por irradiación.
  • Aplicaciones: Componentes de helicópteros y cubiertas de tanque. Tienen aplicación en las aleaciones de metales que se utilizan en todo tipo de instrumentos, componentes eléctricos, joyería, etc.
  • Ejemplos: Carburo de boro, soluciones sólidas saturadas.
  • Ventajas: El metal se vuelve impuro, lo cual le confiere cualidades de los átomos intersticiales que se agreguen; se vuelve más denso.
  • Desventajas: Se vuelve impuro y pierde algunas de sus propiedades originales; genera deformaciones en el enrejado de la estructura.
• Sustitucionales:
  • Aplicaciones: Elaboración de circuitos integrados, diodos y transistores.
  • Ejemplos: Aleaciones de metales en general, metales ferrosos.
  • Ventajas: Se incrementa la resistencia mecánica de un material; adición de nuevas propiedades.
  • Desventajas: Degradación de las propiedades originales presentes en el material.

Defectos Lineales (Dislocaciones)

Se denominan dislocaciones. Son defectos de línea en torno a átomos desalineados. Hay deslizamiento entre planos cristalinos cuando se mueve la dislocación. Produce deformación plástica permanente. Confiere a un metal ductilidad.

El proceso mediante el cual se mueve una dislocación causando que se deforme un material se conoce como deslizamiento. De no existir la posibilidad de deslizamiento, el material sería frágil.

• De arista o borde: Un semiplano extra de átomos se inserta en la estructura cristalina; b es perpendicular a la línea de la dislocación.
  • Aplicaciones: Yunques, martillos, mazos, bloques de motor.
  • Ventajas: Aumentan la dureza y la resistencia del material.
  • Desventajas: Pueden fragilizar el material si no se controlan adecuadamente.

La magnitud y la dirección de la distorsión reticular asociada a una dislocación se expresa en función del vector de Burgers.

Vector de Burgers (medida de la distorsión de la red): Es el vector necesario para cerrar una trayectoria alrededor de la línea de dislocación y volver al punto inicial, y es perpendicular a la línea de dislocación.

• De tornillo o helicoidal: Los planos atómicos trazan un camino espiral o helicoidal alrededor de la línea de dislocación.
  • Aplicaciones: Tornillos, turbos, supercargadores, hélices.
  • Ventajas: Permiten la deformación plástica a bajas temperaturas.
  • Desventajas: Pueden generar concentraciones de esfuerzos.

Defectos de Superficie

Son límites de grano que tienen dos direcciones y normalmente separan regiones del material que tienen diferente estructura cristalina u orientación cristalográfica.

• Superficies externas: Son de los más evidentes; delimitan la estructura cristalina. Los átomos superficiales no están enlazados con el máximo de vecinos, lo que aumenta la energía superficial.
  • Aplicaciones: Soldadoras de punto, lijas.
  • Ejemplos: Oxidación de los metales.
  • Ventajas: Permite reacciones, puesto que los átomos no están entrelazados con todos los vecinos.
  • Desventajas: Dejan que reacciones no deseadas sucedan, como la oxidación de los metales.
• Límites de grano: Separan dos pequeños granos o cristales que tienen diferente orientación cristalográfica. Ligero desorden. Hay densidad baja en las fronteras de grano, alta movilidad, alta difusividad y alta reactividad química.
  • Aplicaciones: Tratamientos térmicos, templado, forjados.
  • Ejemplos: Vidrio templado, acero de espadas de samurái.
  • Ventajas: Aumenta la movilidad y la difusividad.
  • Desventajas: Con reactividad aumentada, hay procesos químicos no deseados; alterar los límites de grano requiere de procesos extras, por lo tanto, de más presupuesto.
• Límites de macla: Límite de grano que tiene simetría de red especular: los átomos de un lado del límite son imágenes especulares de los átomos del otro lado.
  • Aplicaciones: Materiales que ocupen resistencia al desgaste, motores de autos, discos.
  • Ejemplos: Hierro dulce.
  • Ventajas: Se puede manipular el ángulo de la macla para dirigir o desviar energía; ángulo de resistencia.
  • Desventajas: Debilitación de ángulos no tomados en cuenta; aumenta el costo del material en cuestión.

Se generan por desplazamientos atómicos causados por fuerzas mecánicas cizallantes y por tratamientos térmicos.

Defectos de apilamiento: Cuando se interrumpe la secuencia de apilamiento. Límites de fase: En materiales polifásicos donde hay un cambio radical en las características físicas y/o químicas.

Defectos Volumétricos

• Poros, normalmente nocivos para la conductividad eléctrica y propiedades mecánicas tradicionales.
• Partículas de una segunda fase, diferente de la fase matriz.
• Ejemplos:
  • Inclusiones: Partículas indeseables, como óxidos o partículas de refractarios.
  • Precipitados: Partículas desarrolladas por tratamientos térmicos en aleaciones metálicas para endurecer, por ejemplo.
  • Macrodefectos: Defectos de gran tamaño, como grietas o cavidades.

Métodos de Creación de Cristales

En Soluciones Líquidas

• Nucleación Homogénea: Formación de núcleos estables a partir de fluctuaciones aleatorias en la solución líquida.
• Nucleación Heterogénea: Formación de núcleos estables sobre superficies preexistentes, como impurezas o paredes del recipiente.

En Soluciones Sólidas

• Ionización: Introducción de átomos ionizados en la red cristalina.
• Fundición: Proceso de solidificación de un material fundido para formar una estructura cristalina.