materiales ceramico. defectos cristalinos. 2009.pdf

8/16/2019 Materiales ceramico. Defectos Cristalinos. 2009.pdf

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UN ORDENAMIENTO PERFECTO DE LOS ÁTOMOS EN LOS MATERIALESCRISTALINOS SOLAMENTE PUEDE OCURRIR A UNA TEMPERATURA DE 0 K.TAL SÓLIDO IDEAL NO EXISTE: TODOS TIENEN GRAN NÚMERO DE DEFECTOS

E IMPERFECCIONES DE ÍNDOLE VARIADA.

MUCHAS DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES SON MUY SENSIBLES ALDESVÍO DE LA PERFECCIÓN CRISTALINA. ESTA INFLUENCIA NO SIEMPRE ES

NEGATIVA, SINO QUE ALGUNAS CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS SECONSIGUEN DELIBERADAMENTE INTRODUCIENDO CANTIDADES

CONTROLADAS DE DEFECTOS PARTICULARES

IMPERFECCIONES EN SIMPERFECCIONES EN SÓÓLIDOSLIDOS


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EL MÁS SIMPLE DE LOS DEFECTOS PUNTUALES ES LA VACANTE, QUE ESLA AUSENCIA DE UN ÁTOMO EN UN PUNTO DEL RETICULADO CRISTALINO.

TALES DEFECTOS PUEDEN SER EL RESULTADO DE UNEMPAQUETAMIENTO IMPERFECTO DURANTE LA CRISTALIZACIÓN

PRIMARIA (SOLIDIFICACIÓN) O PUEDEN ORIGINARSE DEBIDO AL AUMENTODE LAS VIBRACIONES TÉRMICAS DE LOS ÁTOMOS A ALTAS

TEMPERATURAS QUE ELEVAN LA PROBABILIDAD INDIVIDUAL DE LOS ÁTOMOS DE SALTAR DESDE POSICIONES DE BAJA ENERGÍA A ALTA,DESPLAZÁNDOLOS DE SUS POSICIONES RETICULARES NORMALES.

IMPERFECCIONES EN SIMPERFECCIONES EN SÓÓLIDOS / VACANTESLIDOS / VACANTES

kB = 1.38x10-23 J/átomosK, o 8.62x10-5 eV/átomo-K,


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IMPERFECCIONES EN SIMPERFECCIONES EN SÓÓLIDOS / AUTOLIDOS / AUTO--INTERSTICIALESINTERSTICIALES

LA FORMACIÓN DE ESTETIPO DE DEFECTOPUNTUAL NO ES MUY

PROBABLE Y EXISTE ENCONCENTRACIONES

MUY BAJAS


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IMPERFECCIONES EN CERIMPERFECCIONES EN CER Á ÁMICASMICAS


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IMPERFECCIONES EN CERIMPERFECCIONES EN CER Á ÁMICASMICAS


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DEFECTOS FRENKEL


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IMPERFECCIONES EN CERIMPERFECCIONES EN CER Á ÁMICAS/ DEFECTOS SCHOTTKYMICAS/ DEFECTOS SCHOTTKY


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IMPERFECCIONES EN CERIMPERFECCIONES EN CER Á ÁMICAS/MICAS/

DEFECTO POR REEMPLAZAMIENTO POR IONES DE DIFERENTE CARGA


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IMPERFECCIONES EN CERIMPERFECCIONES EN CER Á ÁMICAS/ DEFECTOS SCHOTTKYMICAS/ DEFECTOS SCHOTTKY


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DEFECTOS SCHOTTKY


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IMPERFECCIONES EN SIMPERFECCIONES EN SÓÓLIDOS /IMPUREZASLIDOS /IMPUREZAS

ESTOS DEFECTOS CRISTALINOS PUNTUALES SE DEBEN A ÁTOMOS O IONESEXTRAÑOS (IMPUREZAS QUIMICAS) QUE OCUPAN, BIEN LUGARESREGULARES DE LA RED CRISTALINA O BIEN POSICIONES INTERSTICIALES.

LAS SOLUCIONES SÓLIDAS INCLUYEN UNA DISTRIBUCIÓN DE IONES SOLUTO

(FORMA ATÓMICA MENOS ABUNDANTE) EN LA ESTRUCTURA CRISTALINA DELDISOLVENTE (FORMA ATÓMICA MÁS ABUNDANTE) BIEN:

POR SUSTITUCION DE IONES DE SOLVENTE POR IONES SOLUTO (SOLUCIÓNSÓLIDA SUSTITUCIONAL, QUE PUEDEN SER ORDENADAS O DESORDENADAS)

POR LOCALIZACION DE IONES SOLUTO EN VACANTES O EN LUGARESINTERSTICIALES


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SOLUCIONES SÓLIDAS SUSTITUCIONALES

EL SOLUTO O LAS IMPUREZAS REEMPLAZAN A ÁTOMOS ORIGINALES. ESTO

SE DA CUANDO LOS ÁTOMOS QUE CONSTITUYEN EL SOLUTO Y EL SOLVENTECUMPLEN LOS SIGUIENTES REQUERIMIENTOS (REGLAS DE HUME-ROTHERY):

LOS RADIOS ATÓMICOS NO DIFIERAN MÁS DEL 15%

100 15%SOLUTO SOLVENTE

SOLVENTE

r r

r

−≤

LAS ESTRUCTURAS CRISTALINASDEBEN SER LAS MISMAS LAS ELECTRONEGATIVIDADESDEBEN SER SIMILARES YA QUE DE

OTRA MANERA REACCIONARÍAN Y SEFORMARÍAN NUEVOS COMPUESTOS DEBEN TENER LA MISMA VALENCIA

SINO LOS ÁTOMOS DEL SOLUTOCREAN GRANDES DISTENSIONES EN LARED Y APARECE UNA NUEVA FASE


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LA LOCALIZACIÓN DE UN ÁTOMO EXTRA EN UN LUGAR INTERSTICIAL ESTANTO MÁS FÁCIL CUANTO MENOR SEA EL FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO

DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA Y CUANTO MENOR SEA EL TAMAÑO DEL ÁTOMO.

LA DISTORSIÓN QUE SE PRODUCE SERÁ TANTO MAYOR CUANTO MAYORSEA EL ÁTOMO Y MENOR SEA EL TAMAÑO DEL LUGAR INTERSTICIAL. EL

TAMAÑO DE LOS LUGARES INTERSTICIALES ES MENOR QUE EL TAMAÑO DELOS ÁTOMOS SOLVENTES.

SOLUCION SÓLIDA INTERSTICIAL

LA SOLUBILIDAD INTERSTICIALTIENE LUGAR DE UNA FORMA

SIGNIFICATIVA CUANDO LARELACIÓN ENTRE LOS DIÁMETROSDE LOS ÁTOMOS DE SOLUTO Y DE

SOLVENTE ES MENOR DE 0,59

0.59SOLUTO

SOLVENTE

D RELACIÓN CRÍTICA

D= ≤


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LAS POSICIONES INTERSTICIALES SON RELATIVAMENTE PEQUEÑASEN LOS MATERIALES METÁLICOS, QUE TIENEN FACTORES DEEMPAQUETAMIENTO RELATIVAMENTE ELEVADOS. POR

CONSIGUIENTE, LOS DIÁMETROS ATÓMICOS DE LAS IMPUREZASINTERSTICIALES DEBEN SER CONSIDERABLEMENTE MENORES QUE

LOS DEL DISOLVENTE

EL CARBONO FORMA DISOLUCIONES INTERSTICIALES AL ADICIONARSE AL HIERRO. LA CONCENTRACIÓN MÁXIMA DE

CARBONO ES DE UN 2%. EL RADIO ATÓMICO DE LOS ÁTOMOS DECARBONO ES MUCHO MENOR QUE EL DEL HIERRO: 0.071 nm FRENTE

A 0.124 nm.

SOLUCION SÓLIDA INTERSTICIAL


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Red cristalina cúbica

centrada en elcuerpo de la fase

ferrita del acero. Elátomo negrorepresenta al

carbono, el cual seubica en los huecosmás grandes quequedan entre los

átomos de hierro. Laferrita acepta muy

poco carbono en suinterior.

Red cristalina cúbica

centrada en las carasde la fase austenitadel acero. En este

caso los átomos decarbono se acomodan

en el centro de lasaristas del cubo. Laaustenita puede

aceptar hasta el 2%en masa, de carbono.

INSERCION

OCTAEDRICA

INSERCION

TETRAEDRICA ACEROS


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El carbono tiene un gran influencia en el comportamiento mecánico delos aceros. La resistencia de un acero simple con un 0.5% de carbono esmás de dos veces superior a la de otro con 0.1%. Además, como puede

apreciarse en la figura , si el contenido de carbono llega al 1%, laresistencia casi se tripl ica con respecto al nivel de referencia del 0.1%.

Efecto del contenido del carbono en la resistencia de los aceros.


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El carbono, sin embargo, generalmente reduce la ductilidad del acero.La ductil idad es una medida de la capacidad de un material para

deformarse, en forma permanente, sin llegar a la ruptura. Por ejemplo,

el vidrio de las ventanas no es nada dúctil . Cualquier intento pordeformarlo, estirándolo o doblándolo, conduce inmediatamente a la

fractura. El aluminio, por el contrario, es sumamente dúctil .

Un acero de 0.1%. de carbonoes más de cuatro veces másd´´ñctil que otro con 1% de

carbono y dos veces más que

un tercero con 0.5% decarbono, como se indica en lafigura . En esta gráfica, a la

ductilidad se le expresa comoun porcentaje. Este se

determina estirando una barrade acero hasta llevarla a la

fractura para después calcularel incremento porcentual de su

longitud.


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LÍMITE QUE SEPARA DOS PEQUEÑOS GRANOS O CRISTALES QUE TIENEN

DIFERENTES ORIENTACIONES CRISTALOGRÁFICAS EN MATERIALESPOLICRISTALINOS. EN LA FIGURA SE HA ESQUEMATIZADO UN LÍMITE DEGRANO DESDE UNA PERSPECTIVA ATÓMICA. EN LA REGIÓN LÍMITE (QUE

TIENE PROBABLEMENTE VARIAS DISTANCIAS ATÓMICAS DE ANCHO) HAYUN CIERTO DESALINEAMIENTO EN LA TRANSICIÓN DESDE LA ORIENTACIÓN

CRISTALINA DE UN GRANO A LA DEL GRANO VECINO.

DEFECTOS INTERFACIAL/ LÍMITES DE GRANO

SON POSIBLES VARIOS GRADOSDE DESALINEAMIENTO

CRISTALOGRÁFICO ENTREGRANOS VECINOS.

CUANDO LA DIFERENCIA DEORIENTACIONES ES PEQUEÑA,DEL ORDEN DE UNOS POCOS

GRADOS, SE DENOMINA LÍMITE

DE GRANO DE ÁNGULOPEQUEÑO.

A LO LARGO DE UN LÍMITE DE GRANO NO


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A LO LARGO DE UN LÍMITE DE GRANO, NOTODOS LOS ÁTOMOS ESTÁN ENLAZADOSCON OTROS ÁTOMOS Y, POR LO TANTO,

EXISTE UNA ENERGÍA DE LIMITE DEGRANO SIMILAR A LA ENERGÍASUPERFICIAL. LA MAGNITUD DE ESTAENERGÍA ES FUNCIÓN DEL GRADO DE

DESORIENTACIÓN, SIENDO MAYOR

CUANTO MAS ELEVADO ES EL ÁNGULODEL LÍMITE

COMO CONSECUENCIA DE LA ENERGÍADE ESTE LÍMITE LOS LÍMITES DE GRANOSON, QUÍMICAMENTE, MAS REACTIVOS

QUE LOS PROPIOS GRANOS

SnO2.CuO

SnO2.MnO

LOS ÁTOMOS DE IMPUREZAS SESEGREGAN PREFERENTEMENTE A LO

LARGO DE LOS LÍMITES DE GRANO

DEBIDO A SU SUPERIOR ESTADOENERGÉTICO



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LA ENERGÍA INTERFACIAL TOTAL ES MENOR EN MATERIALES CON GRANDESGRANOS QUE CON PEQUEÑOS GRANOS, YA QUE EL ÁREA TOTAL DE LÍMITE

DE GRANO ES MENOR. A ELEVADA TEMPERATURA LOS GRANOS CRECENPARA DISMINUIR LA ENERGÍA DE LÍMITE DE GRANO TOTAL

A PESAR DE ESTA DISPOSICIÓN DESORDENADA DE LOS ÁTOMOS Y DE LA AUSENCIA DE ENLACE COMPLETO A LO LARGO DE LOS LÍMITES DE GRANO,

UN MATERIAL POLICRISTALINO ES MUY RESISTENTE. EXISTEN FUERZASCOHESIVAS DENTRO Y A TRAVÉS DE LOS LÍMITES


LA DENSIDAD DE UNA

MUESTRAPOLICRISTALINA ESVIRTUALMENTE

IDÉNTICA A LA DE UNMONOCRISTAL DEL

MISMO MATERIAL

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