Defect Chemistry of Solids

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Dislocaciones Mixtas

DISLOCACIONES MIXTAS
Con frecuencia los cristales exhiben mezcla de las dislocaciones anteriores. Su vector de Burgers no es ni perpendicular ni paralelo a la línea de dislocación, pero mantiene una orientación fija en el espacio. La estructura atómica local en torno a la dislocación mixta es difícil de visualizar, pero el vector de Burgers proporciona una descripción conveniente y sencilla.

SIGNIFICADO DE LAS DISLOCACIONES

Aunque los deslizamientos o desplazamientos atómicos pueden ocurrir en cerámicos y polímeros, estos procesos son particularmente útiles para entender el comportamiento mecánico de los metales. Primero que todo, el deslizamiento atómico explica porque la resistencia de los metales es mucho mas baja que el valor teórico predicho de los enlaces metálicos. Cuando los deslizamientos ocurren, solo una pequeña fracción de todos los enlaces metálicos a lo largo de la inter-fase necesita ser roto y la fuerza requerida para deformar el metal es pequeña. Segundo, los deslizamientos proveen ductilidad en los metales. Si no estuvieran presentes las dislocaciones, una barra de hierro sería frágil y los metales no podrían ser moldeados por varios procesos tales como forjado. Tercero, es posible controlar las propiedades mecánicas de un metal o aleación interfiriendo con el movimiento de las dislocaciones. Un obstáculo introducido dentro del cristal evita que una dislocación se deslice a menos de que se aplique una fuerza muy grande.

Es posible encontrar un gran número de dislocaciones en los materiales. La densidad de las dislocaciones o longitud total de las dislocaciones por unidad de volumen, se usa generalmente para representar la cantidad de dislocaciones presentes. Densidades de dislocaciones de 10 m. mm-3 son típicas de los metales más suaves, mientras que densidades de dislocaciones superiores a 1000 Km. mm-3 se pueden conseguir deformando el material.

LEY DE SCHMID
Se puede entender las diferencias en el comportamiento de los metales que tienen diferentes estructuras, examinando la fuerza requerida para iniciar el proceso de deslizamiento.
Suponga que se aplica una fuerza unidireccional F a un cilindro de metal que es un cristal simple o mono-cristal. Es posible ubicar el plano de deslizamiento y la dirección de desplazamiento al aplicar la fuerza, defieniendo los ángulos.

Para que la dislocación se mueva en el sistema de deslizamiento, se necesita que actúe una fuerza cizalladura en dirección del desplazamiento, producida por la fuerza aplicada.

Defectos de linea (Dislocaciones)...

DISLOCACIONES

Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea. Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por condensación de vacantes.
Hay dos tipos de dislocaciones, las de cuña y las helicoidales. También puede darse una combinación de ambas, denominada dislocación mezcla

• Dislocación de Cuña: Se crea por inserción de un semiplano adicional de átomos dentro de la red. Los átomos a lado y lado del semiplano insertado se encuentran distorsionados. Los átomos por encima de la línea de dislocación, que se encuentra perpendicular al plano de la página, en el punto donde termina el semiplano insertado, se encuentran comprimidos y los que están por debajo se encuentran apartados. Esto se refleja en la leve curvatura de los planos verticales de los átomos más cercanos del extra semiplano. La magnitud de esta distorsión decrece con la distancia al semiplano insertado. La distancia de desplazamiento de los átomos en torno a una dislocación se llama DESLIZAMIENTO o vector de Burgers y es perpendicular a la línea de dislocación de cuña.

• DISLOCACIÓN HELICOIDAL: Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un cristal perfecto que ha sido separado por un plano cortante. Aquí el vector de Burgers o de desplazamiento es paralelo a la línea de dislocación.

Otros Defectos Puntuales Importantes

DEFECTO FRENKEL
Es una imperfección combinada Vacancia – Defecto intersticial. Ocurre cuando unión salta de un punto normal dentro de la red a un sitio intersticial dejando entonces una vacancia.

DEFECTO SCHOTTKY
Es un par de vacancias en un material con enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad, deben perderse de la red tanto un catión como un anión.

Otro defecto puntual importante ocurre cuando un ion de una carga reemplaza otro ion de diferente carga. Por ejemplo un ion de valencia +2 reemplaza a un ion de valencia +1. En este caso una carga extre positiva se introduce dentro de la estructura. Para mantener un balance de carga, se debe crear una vacante de una carga positiva (Enlaces iónicos).

Defectos Puntuales

DEFECTOS INSTERSTICIALES, ocurre cuando un átomo extra se inserta dentro de la estructura de la red en una posicón que normalmente no está ocupada. Generalmente en este tipo de defecto introduce relativamente grandes distorsiones en los alrededores puesto que el átomo es sutancialmente mas grande que la posición intersticial en la que se sitúa. Consecuentemente la formacion de este defecto no es muy probable. Se pueden introducir en una estructura por radiación.

IMPUREZAS EN SOLIDOS, este defecto se introduce cuando un átomo es reemplazado por un átomo diferente. El átomo sustituyente puede ser más grande que el átomo original y en ese caso los átomos alrededor están a compresión ó puede ser más pequeño que el átomo original y en este caso los átomos circundantes estarán a tensión. Este defecto puede presentarse como una impureza o como una adición deliberada en una aleación.

Dependiendo de la clase de impureza que se halle en el cristal, de su concentración y de la temperatura se formará en el cristal una SOLUCIÓN SÓLIDA. Cuando se habla de solución sólida hay que hacer claridad sobre algunos términos:

• Soluto: Es el elemento o compuesto dentro de la solución sólida, que se encuentra en menor concentración.


• Solvente: Es el elemento dentro de la solución sólida, que se encuentra en mayor concentración.

Una solución sólida se forma cuando átomos de soluto se adicionan al material y la estructura cristalina original se mantiene. Se puede asimilar a una solución líquida en la que también los átomos que constituyen las impurezas (soluto) están distribuidos al azar y uniformemente dispersos dentro del sólido.
Los defectos puntuales de impurezas dentro de las soluciones sólidas pueden generarse por dos mecanismos:

• Sustitución: Aqui el soluto y las impurezas reemplazan a átomos originales. Esto se da cuando los átomos que constituyen el soluto y el solvente cumplen con los siguientes requerimientos(Reglas de Hume-Rothery):

-Los radios atómicos no difieren más del 15%.

-Las estructuras cristalinas deben ser las mismas.

-Las electronegatividades deben ser similares ya que de otra manera reaccionarían y se formarían nuevos compuestos.

-Deben tener la misma valencia.

Clasificación de los defectos en los Solidos

Realmente no existen cristales perfectos sino que contienen varios tipos de imperfecciones o defectos, que afectan muchas de sus Propiedades Físicas y Mecánicas y también infliyen en algunas propiedades de los materiales a nivel de aplicación Ingenieril tales como la capacidad de formar aleaciones en frío, la conductividad electrica y la corrosión.

Los Defectos se clasifican según su Geometría y forma:

• Defectos Puntuales o de Dimensión Cero (0-D)


• Defectos Lineales o de Una Dimensión (1-D ó Dislocaciones)


• Defectos de Dos Dimensiones (2-D)


• Defectos de Tres Dimensiones (3-D)
  DEFECTOS PUNTUALES

VACANTE, es un hueco creado por la perdida de atómo que se encontraba en esa posición. Puede producirse durante la solidificación por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales. También puede producirse por reordenamientos atómicos en el cristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los átomos.