1.3 Defectos Superficiales

7/26/2019 1.3 Defectos Superficiales

1/12

Defectos superficialesLos defectos superficiales son lmites de grano que tienen dos direcciones ynormalmente separan regiones del material que tienen diferentes estructuracristalina y/o orientacin cristalografa. Los efectos de superficie incluyen

externas, limites de grano, limites de macla, defectos de apilamiento y fase.Superficies externasLa superficie externa constituye uno de los lmites ms evidentes, seconsidera una imperfeccin puesto que representa el lmite de la estructuracristalina, donde termina. Los tomos superficiales no estn enlazados con elmximo de vecinos ms prximos y, por lo tanto, estn en un estadoenergtico superior que los tomos de las preposiciones interiores. Losenlaces no realizados de estos tomos superficiales aumentan la energasuperficial expresada en unidades de energa por unidad de rea (/m! o

erg/cm"#. Los materiales tienden a minimizar el rea total de la superficie paradisminuir esta energa. $or e%emplo, los lquidos adquieren la forma que tengarea mnima& las gotas adoptan la forma esfrica. 'esde luego, esto no esposile en los slidos, que son mecnicamente rgidos.Lmites de grano)tro defecto superficial, el lmite de grano, es el lmite que separa dospeque*os granos o cristales que tienen diferentes orientacionescristalogrficas en materiales policristalinos. +n la regin lmite, que enrealidad tiene proalemente varias distancias atmicas de anco, ay uncierto desalineamiento en la transicin desde la orientacin cristalina de ungrano a la del grano vecino.-on posiles varios grados de desalineamiento cristalogrfico entre granosvecinos. uando la diferencia de orientaciones es peque*a, del orden de unospocos grados, se denomina lmite de grano de ngulo peque*o. +stos lmitesse pueden descriir en trminos de deformacin de dislocaciones. n lmitede grano de ngulo peque*o genera al alinearse dislocaciones de cu*a. +stetipo de defecto se denomina limite de inclinacin. Limites de grano de ngulopeque*o torsionados se generan al formarse dislocaciones elicoidales.0recuentemente se denominan sugranos a las regiones de material

separadas por lmites de grano de ngulo peque*o.Defectos estructurales

1 lo largo de un lmite de grano, no todos los tomos estn enlazados conotros tomos y, por lo tanto, existe una energa de lmite de grano ointerferencia similar a la energa superficial, descrita anteriormente. Lamagnitud de esta energa es funcin del grado de desorientacin, siendomayor cuanto ms elevado es el ngulo del lmite. Los limites de grano son,qumicamente, mas reactivos que los propios granos como consecuencia dela energa de este lmite. 1dems, los tomos de impurezas se agregan

preferentemente a lo largo de los lmites de grano deido a su superior estadoenergtico. La energa superficial total es menor en materiales con grandes


2/12

granos peque*os granos, ya que el rea total de lmite de grano es menor. 1elevada temperatura los granos crecen para disminuir la energa de lmite degrano total.

1 pesar de esta disposicin desordenada de los tomos y de la ausencia de

enlace completo a lo largo de los lmites de grano, un material policristalino esmuy resistente2 existen fuerzas coesivas dentro y atreves de los lmites.3ncluso la densidad de una muestra policristalina es virtualmente idntica a lade un monocristal del mismo material.Lmites de maclan lmite de macla es un tipo especial de limite de grano atreves del cualexiste una simetra de red especular2 esto es, los tomos de un lado del lmiteson como imgenes especulares de los tomos del otro lado. La regin dematerial entre estos lmites se denomina macla. Las maclas se generan por

desplazamientos atmicos producidos al aplicar fuerzas mecnicas cizallantes(maclas mecnicas# y tamin durante tratamientos trmicos de recocidoposteriores a la deformacin (maclas de recocido#. +l macla%e ocurre en unplano cristalogrfico definido y en una direccin especifica, amos dependende la estructura cristalina. Las maclas de recocido son propias de lasestructuras cristalinas 0, mientras que las maclas mecnicas se oservanen metales 4 y 5.

Otros defectos superficiales)tros defectos superficiales son los fallos de apilamiento, limites de fase yparedes de dominios ferromagntico. Los defectos de apilamiento en 0aparecen cuando se interrumpe la secuencia 141414 ...de apilamientode planos de tomos compactos. Los lmites de fase aparecen en materialespolifsicos don6 de aparece un camio radical en las caractersticas fsicas y/oqumicas. +n los materiales ferromagntico y ferrimagnticos, los lmites queseparan regiones que tienen diferentes direcciones de magnetizacin sedenominan paredes de dominio.

Defectos estructurales.

ada uno de los defectos discutidos lleva asociada energa superficial, cuyamagnitud depende del tipo de lmite y vara de un material a otro.7eneralmente la energa superficial es mayor para una superficie externa ymenor para paredes de dominio.

Defectos de volumen+n todos los materiales slidos existen otros defectos mayores que losdescritos. -on los poros, grietas, inclusiones extra*as y otras fases.8ormalmente se introducen durante las etapas de faricacin. +n los

siguientes captulos se discuten algunos de estos defectos y su efecto en laspropiedades de los materiales.


3/12

Vibraciones atmicas+n los materiales slidos cada tomo vira muy rpidamente alrededor de suposicin reticular dentro del cristal. +n cierto sentido estas viraciones seconsideran defectos o imperfecciones. +n un momento determinado todos los

tomos no viran con la misma frecuencia y amplitud, ni con la mismaenerga. 1 temperatura determinada existe una distriucin de energas paralos tomos constituyentes en torno a una energa media. La energa deviracin de un tomo especifico tamin varia liremente con el tiempo. 1laumentar la temperatura, la energa media se incrementa y la temperatura delsolido es realmente una medida del promedio de la actividad viracional detomos y molculas. 1 temperatura amiente, la frecuencia viracional tpicaes el orden de 9:9" viraciones por segundo, mientras la amplitud es de unospocos miles de nanmetros.

;ucas propiedades de los slidos corresponden a manifestaciones de sumovilidad viraciones atmicas. $or e%emplo, la fusin ocurre cuando lasviraciones son tan vigorosas que logran romper gran n


4/12

DEFECOS E !"#E$FECC!O%ES C$!S&L!%&S=ealmente no existen cristales perfectos sino que contienen varios tipos deimperfecciones y defectos, que afectan a mucas de sus propiedades fsicasy mecnicas y tamin influyen en algunas propiedades de los materiales a

nivel de aplicacin ingenieril tal como la capacidad de formar aleaciones enfro, la conductividad elctrica y la corrosin.'efectos puntuales o de dimensin cero. 'efectos lineales o de unadimensin llamados tamin dislocaciones .'efectos de dos dimensiones>amin deen incluirse los defectos macroscpicos tales como fisuras, porosy las inclusiones extra*as.DEFECOS #'%'&LES?118>+ constituye el defecto puntual ms simple. +s un ueco creado porla perdida de un tomo que se encontraa en esa posicin. $uede producirse

durante la solidificacin por perturaciones locales durante el crecimiento delos cristales. >amin puede producirse por reordenamientos atmicos en elcristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los tomos. (0igura9#+l n


5/12

DEFECOS !%SE$S!C!&LES1lgunas veces, un tomo extra se inserta dentro de la estructura de la red enuna posicin que normalmente no est ocupada formando un defecto llamadoF 'efecto intersticialG . 7eneralmente este tipo de defecto introduce

relativamente grandes distorsiones en los alrededores puesto quenormalmente el tomo es sustancialmente ms grande que la posicinintersticial en la que se sit


6/12

'ependiendo de la clase de impureza que se alle en el cristal, de suconcentracin y de la temperatura se formar en el cristal una -)L3H8-HL3'1.uando se ala de solucin slida ay que acer claridad sore algunos

trminos&6-oluto& +s el elemento o compuesto dentro de la solucin slida, que seencuentra en menor concentracin6 -olvente& +s el elemento dentro de la solucin slida, que se encuentra enmayor concentracin.na solucin slida se forma cuando tomos de soluto se adicionan almaterial y la estructura cristalina original se mantiene. -e puede asimilar auna solucin lquida en la que tamin los tomos que constituyen lasimpurezas (soluto# estn distriuidos al azar y uniformemente dispersos

dentro del slido.Los defectos puntuales de impurezas dentro de las soluciones slidas puedengenerarse por dos mecanismos&6 -ustitucin& 1qu el soluto o las impurezas reemplazan a tomos originales.+sto se da cuando los tomos que constituyen el soluto y el solvente cumplenlos siguientes requerimientos (=eglas de 5ume6=otery#&Los radios atmicos no difieran ms del 9EI ,las estructuras cristalinas deenser las mismas, las electronegatividades deen ser similares ya que de otramanera reaccionaran y se formaran nuevos compuestos, deen tener lamisma valencia.n e%emplo de solucin slida en metales lo constituyen el ore y el 8quel.

6 3ntersticial& 1qu los tomos de las impurezas llenan los vacos o intersticiosdentro del material original. +n la mayora de los materiales metlicos elempaquetamiento atmico es alto y los intersticios son peque*os.onsecuentemente los dimetros de los tomos que constituyen las

impurezas intersticiales deen ser sustancialmente ms peque*as que los delmaterial original, razn por la cual este defecto es muco menos com


7/12

e%emplo de este tipo de impureza por sustitucin lo constituyen el carn y elierro. +n una solucin slida de estos dos elementos, el carn puedesustituir al ierro en no mas del !I.

)tros defectos puntuales importantes son&DEFECO F$E%*EL+s una imperfeccin cominada ?acancia J 'efecto intersticial. )currecuando un ion salta de un punto normal dentro de la red a un sitio intersticialde%ando entonces una vacancia.

Figura 5. Defecto Frenkel

DEFECO SC+O*,+s un par de vacancias en un material con enlaces inicos. $ara mantener laneutralidad, deen perderse de la red tanto un catin como un anin.

Figura 6. Defecto Schottky

)tro defecto puntual importante ocurre cuando un ion de una carga reemplazaotro ion de diferente carga. $or e%emplo un ion de valencia K! reemplaza a union de valencia K9. +n este caso una carga extra positiva se introduce dentrode la estructura. $ara mantener un alance de carga, se dee crear una

vacante de una carga positiva (+nlaces inicos#.


8/12

Figura 7. Defecto por reemplazamiento por iones de diferente carga DEFECTOS DE LINEA-D!SLOC&C!O%ES-on defectos que dan lugar a una distorsin de la red centrada en torno a unalnea. -e crean durante la solidificacin de los slidos cristalinos o pordeformacin plstica, por condensacin de vacantes.5ay dos tipos de dislocaciones, las de cu*a y las elicoidales. >amin puededarse una cominacin de amas, denominada dislocacin mezclaD!SLOC&C!)% DE C'/&-e crea por insercin de un semiplano adicional de tomos dentro de la red.Los tomos a lado y lado del semiplano insertado se encuentrandistorsionados. Los tomos por encima de la lnea de dislocacin, que seencuentra perpendicular al plano de la pgina, en el punto donde termina elsemiplano insertado, se encuentran comprimidos y los que estn por dea%ose encuentran apartados. +sto se refle%a en la leve curvatura de los planosverticales de los tomos mas cercanos del extra semiplano. La magnitud deesta distorsin decrece con la distancia al semiplano insertado.

Figura 8. Dislocacin de cua

La distancia de desplazamiento de los tomos en torno a una dislocacin sellama DESL!(&"!E%Oo vector de 4urgers y es perpendicular a la lnea de


9/12

dislocacin de cu*a.

D!SLOC&C!)% +EL!CO!D&L+sta dislocacin se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un

cristal perfecto que a sido separado por un plano cortante.

Figura 9. Dislocacin helicoidal

1qu el vector de 4urgers o de desplazamiento es paralelo a la lnea dedislocacin.D!SLOC&C!O%ES "!0&Son frecuencia los cristales exien mezcla de las dislocaciones anteriores.-u vector de 4urgers no es ni perpendicular ni paralelo a la lnea dedislocacin, pero mantiene una orientacin fi%a en el espacio. La estructura

atmica local en torno a la dislocacin mixta es difcil de visualizar, pero elvector de 4urgers proporciona una descripcin conveniente y sencilla.

Figura 10. Dislocacin mixta

S!1%!F!C&DO DE L&S D!SLOC&C!O%ES1unque los deslizamientos o desplazamientos atmicos pueden ocurrir encermicos y polmeros, estos procesos son particularmente


10/12

metlicos a lo largo de la interfase necesita ser roto y la fuerza requerida paradeformar el metal es peque*a. -egundo, los deslizamientos proveenductilidad en los metales. -i no estuvieran presentes las dislocaciones, unaarra de ierro sera frgil y los metales no podran ser moldeados por varios

procesos tales como for%ado. >ercero, es posile controlar las propiedadesmecnicas de un metal o aleacin interfiriendo con el movimiento de lasdislocaciones. n ostculo introducido dentro del cristal evita que unadislocacin se deslice a menos de que se aplique una fuerza muy grande.+s posile encontrar un gran n


11/12

S'#E$F!C!E E0E$%&Las dimensiones exteriores del material representan superficies en las cualesla red termina aruptamente. Los tomos de la superficie no estn enlazadosal n


12/12

2!2L!O1$&F!&34 56,ttp&//log.utp.edu.co/metalografia/page/N/

476,ttp&//recursos.cnice.mec.es/iosfera/alumno/9acillerato/cristalizacion/contenido

4 869Oilliam 0. -mit 9PPC, 0undamentos de la iencia e 3ngeniera de los;ateriales, ;c7raQ 5ill, "R +d.

4 :69QQQ.unalmed.edu.co/Scpgarcia/'efectos9.pdf

4 ;69ttp&//QQQ.textoscientificos.com/polimeros/estructura.

4

1.3 Defectos Superficiales

Documents

Transcript of 1.3 Defectos Superficiales