TEMA 11: IMPERFECCIONES EN REDES CRISTALINAS
11.2 TIPOS DE IMPERFECCIONES EN REDES CRISTALINAS
Definíamos Un cristal perfecto, como un cristal infinito, con una estructura completamente Simétrica y ordenada, con sus átomos en reposo (0 K) y con los electrones Distribuidos en sus estados energéticos más bajos.
Hay varios Posibles de defectos: • Vibraciones de Los átomos • Imperfecciones en los Niveles energéticos de los electrones • Defectos estructurales: o Defectos puntuales o Defectos lineales (dislocaciones) O Defectos superficiales o Defectos volumétricos (tridimensionales)
En las Propiedades finales del material influyen: el tipo de enlace, la red cristalina Y los defectos.
11.2. DEFECTOS PUNTUALES EN REDES METÁLICAS
Origen: Estabilidad termodinámica, Estabilidad eléctrica, Irradiación del material con Partículas de alta energía, Variaciones de estequiometría en compuestos, Deformación plástica del material.
TIPOS:
Vacante
Espacio creado por la pérdida de un átomo en una posición reticular.
– El átomo autointersticial:
se forma cuando un
átomo de la propia red se inserta en un hueco de la estructura cristalina.
– Los defectos puntuales extrínsecos se deben a la presencia de otros átomos diferentes al Metal base. Pueden producirse por la mezcla con el metal durante la Solidificación, difusión desde la superficie del sólido o irradiación. Hay dos Tipos: –Se habla de átomos intersticiales cuando existe un átomo extraño Situado en un hueco de la red. –Se habla de átomos sustitucionales cuando un átomo del metal base es reemplazado por otro átomo extraño.
Las vacantes Y los autointersticiales se forman principalmente durante la solidificación
Los defectos Puntuales crean campos de tensiones locales a su alrededor
VACANTES:
Para crear una vacante se invierte
Una energía EF.
Sumideros de átomos: son zonas de generación de vacantes, se suelen producir en la Superficie del cristal, los bordes de grano o dislocaciones en aristas.
La formación De una vacante hace aumentar el volumen del cristal (Vvacante= Vatomo-Vrelajación)
La Relajación de los átomos alrededor de la vacante disminuye localmente el Parámetro de red de la celda unidad, Al crearse vacantes, disminuye la densidad Del material.
Concentración De Vacantes en equilibrio:
-Un cristal Está en eq. Cuando la energ libre de gibbs es mínima
La presencia De vacantes en un cristal hace aumentar su entropía
-Para que Haya eq en el paso de una situación sin vacantes a una con n vacantes: DF/dn=0 por tanto n/N=exp(-Ef/KT)
-La Concentración de vacantes en eq a una T, Cv aumenta exponencialmente con la T–> Cv=Aexp(-Ef/KT)
Eliminación De Vacantes en el Enfriamiento: • Emigrar al borde de grano, o a Dislocaciones. • Formación de bucles de dislocación. • Formación de Microvacíos.
Modos de Generar un Exceso de Vacantes: • Enfriamiento rápido desde temperatura Elevada. • Irradiación con partículas de alta energía (pueden generar también Autointersticiales). • Deformación plástica lo que conllevará que el nº de vacantes aumenta al Aumentar la deformación.
Importancia De las vacantes: • Son imprescindibles para que haya difusión atómica. • Son imprescindibles para que se puedan producir la mayoría de las Transformaciones de fase. • Sin vacantes, no habrá precipitación, es decir, Agrupación de soluto para formar partículas.
AUTOINTERSTICIALES
Se crean Tomando un átomo de la superficie del cristal e insertándolo en una posición Intersticial de la red. El tamaño de los huecos de la red es muy inferior al Del átomo, por lo que los autointersticiales introducen una fuerte distorsión Al sacar a los átomos de su posición de equilibrio. Autointersticiales En Consecuencia, la energía de formación E´f En el equilibrio la concentración de Estos es: es muy alta. Además, su capacidad de difusión es muy pequeña, debido A la gran distorsión que irían produciendo en la red en su avance. Tienen Escasa influencia en las propiedades y el comportamiento de los materiales Cristalinos.
Cuando un Material cristalino se bombardea con partículas con alta energía se generan Defectos puntuales adicionales en la red.
La formación Simultánea de una vacante y un autointersticial que tiene lugar se conoce como defecto de Frenkel, producida por un choque elástico entre la partícula y un átomo.
Los átomos Desplazados por choques elásticos con las partículas pueden, a su vez, chocar Con otros átomos y generar nuevos defectos, producíéndose un efecto cascada. Tras este proceso, en el interior del material quedarán zonas ricas en vacantes Y otras ricas en intersticiales.
La presencia De una alta proporción de átomos autointersticiales provoca una gran distorsión De la red y conduce a un aumento del límite elástico y de la resistencia del Material, y un deterioro de la tenacidad.
En metales Cúbicos centrados en el cuerpo (BCC), esta disminución de la tenacidad se Traduce en que la irradiación con partículas eleva la temperatura de transición Dúctil-frágil.