defectos cristalinos 2015 1
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DEFECTOS CRISTALINOS
1Profesora: Clara Turriate.
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DEFECTOS DE LA ESTRUCTURACRISTALINA
Los slidos reales contienen imperfecciones cuyo
nmero y tipo juega un papel importante en la
determinacin de las propiedades del slido.
Muchas de sus propiedades fsicas y mecnicas de los
materiales pueden ser afectados, tales como:
- la capacidad de formar aleaciones en fro,
- la conductividad elctrica
- la corrosin etc.
Clara Turriate 2
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!ormacin de un cristal
Clara Turriate 3
Indeendiente!ente del !e"anis!o a!#iental $ue %a
ori&inado un "ristal' este si&ue dos etaas: nucleacin( crecimiento.1. N)CLEACI*N.+ Co!ien,a "on la for!a"i-n de un
n"leo o art/"ula ini"ial' a artir de la "ual 0ste (auede "re"er ( uede ser:
Homognea: mismacomposicin del cristal
Heterognea: diferente
composicin.Las partculas extraasquedan incluidas dentro delnuevo cristal.
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2. CRECIIENTO.+ A artir de los n"leos se ini"ia elcrecimiento de los "ristales sie!re $ue las"ondi"iones del !edio lo er!itan tie!o'
esta#ilidad' et".
La "ristali,a"i-n nun"a es erfe"ta. 4aria"iones en el"olor o la for!a de los "ristales
El "re"i!iento real de los "ristales se seara de este
!odelo ideal' rodu"i0ndose los defectos cristalinos.Clara Turriate 5
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DEFECTO C!"T#L"$O
Clara Turriate 6
Son discontinuidades en la organizacin espacial del cristal.
Influyen en las propiedades mecnicas, fsicas y qumicas de
los materiales cristalinos.
%ueden ocurren por:
- el movimiento t&rmico de lasunidades que forman la red'
- tensiones impuestas so(re elslido desde el exterior'
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dislocacin de arista'- defectos macroscpicos talescomo fisuras' poros ) lasinclusiones extraas.
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" DEFECTO T*!+"CO: Dilatacin t&rmica por
vi(racin." DEFECTO ELECT!,$"CO: "mpure-as atmicas.
" +#TE!"#LE E+"CO$DCTO!E
" DEFECTOS ATMICOS: Fallos en la estructura
cristalina
" %$T#LE' L"$E#LE O %E!F"C"#LE
Clara Turriate 7
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DEFECTOS PUNTUALES
"ATMOS INSTERSTICIALES:
"tomo en un intersticio."Espontneo."L! concentr!ci"n !ument! conTemper!tur!.
"LU#ARES $ACANTES: En %os &ue no'!( tomos"TOMO E)TRA*OS:
tomos +i,erentes &ue se sit-!n en %ospuntos reticu%!res o en %os 'uecos.Espontneo.
L! concentr!ci"n sue conTemper!tur!.
Clara Turriate8
A B
C##$ LOEFECTO DE
D"F",$.
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" Vacanciaes un hueco creadopor la perdida de un tomo #ue
se encontra$a en esa posicin
dejando un lugar vacante." %istorsionan la red.
" &l nmero de vacantes en
e#uili$rio se incrementa con latemperatura.
Clara Turriate 9
%ue"oDEFECTOSPUNTUALES
Esp!cios/!c0os en %!
re+
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DEFECTOS PUNTUALES
&ste defecto ocurre cuando untomo del slido es reempla'adopor un tomo diferente.
&l tomo sustituyente puede serms grande o ms pe#ue(o #ue eltomo original.
&ste defecto puede presentarsecomo una impure'a o como unaadicin deli$erada en una aleacin.
Las impure'as dan lugar a la formacin
de cristales no este#uiomtricos.Clara Turriate
ATOMOS E)TRA*OSEN LA RED
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DEFECTOS PUNTUALES
)curre cuando un ion salta de un
punto normal dentro de la red a un
sitio intersticial dejando entonces
una vacancia. *cristales inicos+
Clara Turriate 1;
.
DEFECTO SC1OTT23
O"urre "uando un i-n !i&ra a lasuer
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ermiten:
La difusin en el estado slido
!ormacin de soluciones slidas *aleaciones+
lta conductividad trmica y elctrica de losmetales
Modifican las propiedades del cristal
IPORTANCIA DE LOS DEFECTOS P)NT)ALES
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Identi
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Son defe"tos $ue dan lu&ar a
una distorsi-n de la red"entrada en torno a unal/nea. Se "rean durante lasolidisti"a' or "ondensa"i-n de4a"antes.
DEFECTOS DE I!EA
Clara Turriate 13
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IMPORTANCIA DE LAS
DISLOCACIONES
" roveen ductilidad en los metales. i no estuvieranpresentes las dislocaciones, una $arra de hierro sera frgil y
los metales no podran ser moldeados por varios procesos
tales como forjado.
" &l desli'amiento atmico e/plica el por#ue de la baja
resistencia de los metales respecto al valor terico
predicho por los enlaces metlicos
" &s posi$le controlar las propiedades mecnicas de un
metal o aleacin inter!iriendo con el mo"imiento de las
dislocaciones
Clara Turriate 15
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DEFECTOS BIDI"E!SIO!AES
RED de "ristaldefe"tuosoRED de "ristal ideal
!ronteras superficiales, interfases o planos #ue separan un
material en regiones de la misma estructura cristalina perocon distintas orientaciones *material policristalino+. 0ipos:$orde de grano*limite entre cristales+, superficies li$res * encontacto con el am$iente+y planos de macla*cam$io de
orientacin del grano+.
Clara Turriate 16
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I"ITES DE#$A!O
e puede definir como lasuperficie que separa los 0ranosindividuales de diferentesorientaciones cristalo0r1ficas en
materiales policristalinos. e puede controlar las
propiedades de un materialmediante el endurecimiento por
tamao de 0rano de(ido a que loslmites de 0rano act2an como
(arreras al movimiento dedislocaciones.
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Li!itede
&rano
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El %orde de macla es un lano$ue seara dos artes de un &rano$ue tienen una e$ue?a diferen"iaen la orienta"i-n "ristalo&r>
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"onocristales
/ El ordenamiento atmico es perfecto/ $o 3a) interrupciones a lo lar0o de todo el material/ $o 3a) cam(ios en la orientacin de la red/ La forma macroscpica de un monocristal puede refle4ar o no la
simetra de la estructura cristalina
#l0una aplicaciones in0enieriles precisan monocristales:
El i en la microelectronica5afiro 6#l7O89para la industria del l1serEl diamante en a(rasivosEl $i en superaleaciones para 1la(es de tur(inas
Las propiedades cam(ian con la direccin: anisotrpicos.
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Clara Turriate 1
&olicristales
La ma)ora de los slidos cristalinos est1n
formados por pequeas cristalitas;La estructura del cristal es la misma en cada una
de las cristalitas' pero la orientacin de la red varade unas a otras
Estas cristalitas se denominan 0ranos. La re0indonde dos 0ranos se encuentran se llama fronterade 0rano.
L!s propie+!+es pue+en o no /!ri!r con %! +irecci"n.# causa de las imperfecciones est1n mas cerca de alcan-ar laresistencia mec1nica ideal.
La ma)ora de los materiales en in0eniera son policristalinos.
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Aplicaciones de los cristales
Clara Turriate 2;
&aneles fotovoltaicos
n panel fotovoltaico consta de un cristal de slice que' al serestimulado por un fotn' es capa- de desprender electrones 4e,ecto,otoe%5ctrico6 que son reco0idos por un material conductor. Lafa(ricacin de paneles fotovoltaicos tiene la necesidad de
o(tencin de cristales planos' a un (a4o coste.
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Aplicaciones de los cristales
Clara Turriate 21
Cristales l'uidosLos crist!%es %0&ui+os constan de un fluidocompuesto por mol&culas alar0adas quetienen la propiedad de ordenarse como un
cristal ante la polari-acin el&ctrica delmedio. #l ordenarse cam(ian sus
propiedades pticas 6color' opacidad' etc9.e 3an utili-ado intensamente en las
pantallas de pequeos aparatoselectrnicos 6calculadoras' relo4es9 )actualmente se est1n introduciendo en elmercado de los monitores 6pantalla plana9.
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Aplicaciones de los cristales
Clara Turriate 22
Cristales articiales
u uso en la industria como cristales a(rasivos 6elalto coste de los naturales como el diamante 9.En la 4o)eria 6variedad de piedras preciosasartificiales con colores impactantes9.
In,ormtic!n c3ip consta de distintas capas de materialescrecidos durante el proceso de fa(ricacin: metal'xido ) semiconductor cristalino 6slice9 que' alreci(ir un impulso el&ctrico' puede transmitirlo ono a un material conductor.
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E@er"i"io de ali"a"i-n.1n o/ido de la forma 2 cristali'a en la misma estructuradel cloruro de sodio *3a4l: c$ico de cara centrada parael in 3a5 y para el in 4l-+. &l compuesto tiene unafrmula apro/imada de 26,78 &l defecto se presentade$ido a #ue algunas posiciones del catin estn
ocupados por tomos de y un nmero e#uivalente delas posiciones del anin estn vacos. %eterminar: *a+ ladensidad del cristal no este#uiomtrico, si la constantereticular de la celda unidad es 9,7; ta. 9, g?cc , @=
Clara Turriate 23
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E*ercicios
Clara Turriate 25
1. Si la densidad real de un ala!#re de "o#re' de
1;;"! de lar&o ( un "ent/!etro de di>!etro' es 9'3&""' deter!ine:a. El or"enta@e de 4a"an"ias or "ada "elda unitaria#. La "antidad de 4a"an"ia "ontenidas en el ala!#re
". La "antidad de >to!os de Cu en el ala!#re.2. Se tiene una solu"i-n solida for!ada or >to!osB''' siendo B el !etal #ase' esta disueltointersti"ial!ente ( es sustituto. Se %adeter!inado eeri!ental!ente $ue 3;;1;;;lu&ares est>n 4a"antes' $ue la eansi-n4olu!0tri"a es 2 "onser4ado la solu"i-n el!is!o tio de red FCC $ue el !etal #ase' $ue elor"enta@e de esa"ios 4a"ios totales es de 21 (
$ue la densidad es 8'96 &"". Deter!ine la f-r!ula
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A. &l o/ido de hierro BB cristali'a en la misma estructura del cloruro desodio *3a4l: c$ico de cara centrada para el in 3a5 y para el in4l-+. &l compuesto tiene una frmula apro/imada de !e )CD. &ldefecto se presenta de$ido a #ue algunas posiciones del metal estnocupados por iones de !e5A en lugar de iones !e5@ y un nmeroe#uivalente de las posiciones de los aniones estn vacos. i larelacin de iones de !e5A a iones de !e5@ es como @es a D;, y laarista de la celda unidad es de A,@ E. %eterminar la densidad delcristal no este#uiomtrico.
9. 1na aleacin formada por A elementos ,2 y 4 presenta unempa#uetamiento c$ico de cuerpo centrado igual #ue el metal $aseFG. La aleacin se ha formado por sustitucin de 2 y por ocupacinintersticial de 4. 4onsiderando #ue dos de cada 866 lugares de la
red cristalina estn vacantes, #ue el = atmico de 2 es D6= de , elde 4 es D6= de y la e/pansin volumtrica D,@;= . %eterminar ladensidad de la aleacin.
%atos: >adio atmico de H D,D;E. Masa atmica de H ;I 2H;,9 I 4H D@
Clara Turriate 26
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>)B&%%& !JB4 %& L)MB3&>L&
Clara Turriate 27
+.D,$E-A
/.E0foliacin
1.Densidad
2.Tenacidad
3.Brillo
4.Color
Es"ala de o%s
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1n semiconductor, es un material #ue tiene las
propiedades elctricas de un conductor y de un aislante,como por ejemplo el #ermanioy el Silicio
$metaloides%, este ultimo el ms utili'ado en laactualidad para la fa$ricacin de componentes
electrnicos.
LOS SEMICOND&CTORES
1n material conductor, tiene grancantidad de electrones li$res,
permitiendo el flujo de electronesentre sus tomos *electricidad+
&je: el co$re.
1n aislantees todo locontrario por lo cual se
dice #ue no conduceelectricidad.&je: lstico
Silicio
- !a$ricacin de componentes electrnicos- 4onstruccin de ladrillos, vidrios y otros materiales- ilicona para implantes mdicos
- !ertil'ate en la agricultura
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emiconductores comerciales
Clara Turriate 29
Son !ateriales de "ondu"ti4idad inter!edia entre la de los!etales ( la de los aislantes' $ue se !odi
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NI$ELES DE ENER#7A : +ientras m1s distante se encuentre
el electrn del n2cleo ma)or es el estado de ener0a' ) cualquier
electrn que 3a)a de4ado su 1tomo' tiene un estado de ener0ama)or que cualquier electrn en la estructura atmica.
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Si un ele"tr-n de la #anda de 4alen"ia al"an,ara la ener&/ane"esaria ara saltar a la #anda de "ondu""i-n' odr/a!o4erse al estado 4a"/o de la #anda de "ondu""i-n de otro>to!o 4e"ino' &enerando "orriente el0"tri"a. A te!eraturaa!#iente "asi nin&n ele"tr-n tiene esta ener&/a.
Es un aislante.
Si un ele"tr-n de la #anda de 4alen"ia al"an,ara la ener&/a
ne"esaria ara saltar a la #anda de "ondu""i-n' odr/a!o4erse al estado 4a"/o de la #anda de "ondu""i-n de otro>to!o 4e"ino' &enerando "orriente el0"tri"a. A te!eraturaa!#iente "asi nin&n ele"tr-n tiene esta ener&/a.Es un aislante.
Ganda ro%i#idaE&H7e
Dia&ra!a de #andas del Car#ono: diamante
Ganda de 4alen"ia5 ele"trones>to!o++
++
Ganda de "ondu""i-n5 estados>to!o
Ener&/a
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No %a( #anda ro%i#ida. Los ele"trones de la #andade 4alen"ia tienen la !is!a ener&/a $ue los estados4a"/os de la #anda de "ondu""i-n' or lo $ue ueden!o4erse &enerando "orriente el0"tri"a. Atemperatura ambiente es un buen conductor.
No %a( #anda ro%i#ida. Los ele"trones de la #andade 4alen"ia tienen la !is!a ener&/a $ue los estados4a"/os de la #anda de "ondu""i-n' or lo $ue ueden!o4erse &enerando "orriente el0"tri"a. Atemperatura ambiente es un buen conductor.
Dia&ra!a de #andas del Car#ono: grafto
Ganda de4alen"ia
5 ele"trones>to!o
Ganda de "ondu""i-n5 estados>to!o
++
++E
ner&/a
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Si un ele"tr-n de la #anda de 4alen"ia al"an,a la ener&/ane"esaria ara saltar a la #anda de "ondu""i-n' uede !o4erse
al estado 4a"/o de la #anda de "ondu""i-n de otro >to!o
4e"ino' &enerando "orriente el0"tri"a. A te!eratura a!#iente
al&unos ele"trones tienen esta ener&/a. Es un semiconductor.
Si un ele"tr-n de la #anda de 4alen"ia al"an,a la ener&/a
ne"esaria ara saltar a la #anda de "ondu""i-n' uede !o4erse
al estado 4a"/o de la #anda de "ondu""i-n de otro >to!o
4e"ino' &enerando "orriente el0"tri"a. A te!eratura a!#iente
al&unos ele"trones tienen esta ener&/a. Es un semiconductor.
Dia&ra!a de #andas del Ge
E&H;'78e Ganda ro%i#ida
Ganda de 4alen"ia5 ele"trones>to!o++
++
Ganda de "ondu""i-n5 estados>to!o
Ener&/a
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SEMICOND&CTORES $CRISTAL DE SILICIO%
En e'uilibrio $Aislante%
Electrones libres ( )ona de
conducci*n+ $Conductor%
Semiconductores Intrnsecos: cristales en estado puro,
todos los tomos son i-uales+ No tiene impure)as
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TIPOS DE SEMICOND&CTORES
TIPO P. Portadores
ma(oritarios /uecos $0%
Semiconductores Extrnsecos: se le a-re-an impure)as,
es decir tomos di!erentes de otros materiales
$aleaciones%+ Proceso conocido como dopaje del cristal
de silicio+
TIPO N. Portadores
ma(oritarios electrones $1%
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LA &NION PN
Kona de agotamiento
*2arrera de potencial+
2ONA P.
ortadores
Mayoritarios uecos
2ONA N.
ortadores
Mayoritarios electrones
&NION DE DOS ELECTRODOS $DIODO%
$SEMICOND&CTORES P 3 N%
C-!o se o#tiene
S/!#olo
Foto
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0ransistor
" e fa$rican con la uninde tres semiconductores y 3
" egn se unan tenemos
33 o 3" on dispositivos de 0>&
terminales llamados,4olector, 2ase y &misor
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Cl T i t 38
%tt:JJJ.(outu#e."o!Jat"%K4H%;,+L89
http://www.youtube.com/watch?v=xh90z-kLx78http://www.youtube.com/watch?v=xh90z-kLx78http://www.youtube.com/watch?v=xh90z-kLx78