Defectos e Imperfecciones en Sólidos Cristalinos

Introducción

Cuando un material presenta polimorfismo, la estructura más estable es la de mayor densidad.

Defectos Puntuales

Son alteraciones del orden de la red muy localizadas que afectan a un número reducido de átomos muy próximos.

Tipos de Defectos Puntuales

• Vacantes: Ausencia de un átomo en su posición de equilibrio. A mayor temperatura, mayor probabilidad de salto. La velocidad de movimiento de las vacantes es función creciente de la temperatura.
• Defecto Frenkel: Imperfección combinada vacante-intersticial. Se presenta en redes abiertas con bajos índices de coordinación.
• Defecto Schottky: Par de vacantes en un material con enlaces iónicos. Se presenta en redes con altos índices de coordinación. Para mantener la neutralidad, se debe perder un catión y un anión.
• Impurezas: Cuando átomos de diferente naturaleza se sitúan en los intersticios de la red o sustituyen a un átomo dado.

Defectos de Red

Cuando la imperfección se extiende sobre una porción microscópica del cristal.

Tipos de Defectos de Red

• Defectos Lineales (Dislocaciones): Son defectos de línea caracterizados por poseer una gran longitud en una dirección, midiendo únicamente unos cuantos diámetros atómicos en ambas direcciones perpendiculares a la primera. Su movimiento en el interior del cristal conduce a la deformación por deslizamiento.
  • Dislocación de Arista o Borde: El vector de Burgers es perpendicular a la dislocación.
  • Dislocación Helicoidal: El vector de Burgers es paralelo a la dislocación.
  • Vector de Burgers: Vector que se requiere para cerrar la trayectoria y volver al punto inicial cuando se recorre la dislocación.
• Defectos Superficiales: Son atómicos en una dirección y extensos en las otras dos.
  • Límites de Grano: Son las superficies que unen y separan a un material en regiones, cada una de ellas teniendo la misma estructura cristalina pero diferentes orientaciones.
  • Defectos de Apilamiento: Fallo en la secuencia de apilamiento.
  • Maclas: Una macla separa dos partes de un grano que tienen una pequeña diferencia en la orientación cristalográfica. Incrementan la resistencia del metal.

Difusión

Es el transporte de materia debido al movimiento de átomos en un material. Los átomos tratan de eliminar diferencias de concentración y producir una composición homogénea y uniforme.

Ecuación de Difusión

D (saltos/segundo) = D₀ e^(-Q/RT)

Ln D = Ln D₀ - (Q/RT)

La difusión se produce porque conduce a una disminución de la energía libre de Gibbs en el sistema.

Mecanismos de Difusión

Para que un átomo se mueva se deben de cumplir dos condiciones:

1. Debe haber un sitio adyacente vacío.
2. El átomo debe tener suficiente energía para romper los enlaces con los átomos vecinos.

Factores que Influyen en la Difusión

1. Temperatura
2. Concentración de soluto
3. En general, la difusión es más rápida en defectos que por la red.