Mecanismos de difusión en sólidos: vacantes, intersticios y aplicaciones industriales

Mecanismos de difusión

Para que se produzca difusión, es decir, el movimiento de un átomo de un sitio a otro de la red (a una posición más estable), debe existir una posición reticular próxima y vacía, y el átomo debe tener suficiente energía térmica como para romper enlaces con sus átomos vecinos y distorsionar la red durante su desplazamiento.

Difusión sustitucional o por vacantes

Un átomo de la red abandona su posición para ocupar alguna vacante próxima, dejando a su vez una nueva, de manera que se crea una corriente de átomos en una dirección y de vacantes en sentido contrario.

Difusión intersticial

Los átomos en posiciones intersticiales se desplazan a otras posiciones intersticiales vacías sin desplazar permanentemente a ningún átomo de la red, creándose una corriente de átomos intersticiales y otra de puntos intersticiales vacíos en sentidos contrarios.

Energía de activación

Para que se produzca la difusión de los átomos, es necesario superar una barrera de energía, la cual es mucho mayor para las vacantes. Por esto, en la mayoría de los sólidos, la difusión intersticial ocurrirá con mayor facilidad que la difusión por vacantes, es decir, será más rápida, ya que los átomos intersticiales son más pequeños (tendrán mayor movilidad), los intersticios existen siempre y necesitarán menos energía para distorsionar la red durante su desplazamiento.

Aplicaciones industriales

➢ Endurecimiento superficial del acero

Destacan los siguientes procesos:

• Carburación o cementación: difusión de C en la austenita (FCC) para, después de un tratamiento térmico, conseguir en la superficie una estructura martensítica y en el interior una estructura bainítica o perlítica (dúctil y tenaz).
• Nitruración: difusión de nitrógeno para la formación de nitruros metálicos que endurecen la superficie. No se modifican las propiedades elásticas del acero.
• Cianuración y boruración: difusión de cianuros o boruros en los aceros para conseguir capas muy delgadas de cianuros y boruros metálicos (cerámicos muy duros que aumentan la resistencia al desgaste y a la fatiga).

➢ Fabricación de circuitos integrados

Se realiza la difusión de átomos de impurezas sobre obleas de silicio de muy alta pureza para modificar las características eléctricas del sustrato.