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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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IMPERFECCIONES EN SIMPERFECCIONES EN SÓÓLIDOSLIDOS
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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
DEFECTOS INTERFACIAL/ LÍMITES DE GRANO
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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
DEFECTOS INTERFACIAL/ LÍMITES DE GRANO
LA DENSIDAD DE UNA
MUESTRAPOLICRISTALINA ESVIRTUALMENTE
IDÉNTICA A LA DE UNMONOCRISTAL DEL
MISMO MATERIAL