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3. Imperfecciones cristalinas
3.1 Introducción3.2 imperfecciones cristalinas
3.1.1 defectos puntuales
3.1.2 defectos lineales 3.1.3 defectos superciales
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3.1 Imperfecciones cristalinas
Figura 1. (a) La variación de entropía y
entalpía en un cristal aumenta con el
número de defectos. La energía libre de
Gibbs ∆G=∆ H-T ∆S resultante tiene un
mínimo para una concentración de
defectos distinta de cero (b) !uando se
produce un aumento de la temperatura
el mínimo de la energía de Gibbs se
despla"a #acia una mas alta
concentración de defectos.
Cristal perfecto: Se dene como aquel cristal en el quetodos los átomos se encuentran en reposo, situadoscorrectamente en su correspondiente posición en la redcristalina a T=!
Cristal imperfecto "real#: $quel cristal con defectos%efecto: &na 'ariación en el ordenamiento re(ular de los átomos omol)culas de una cristal.
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3.1 Imperfecciones cristalinas
Nadie es
Dimensionalidad
Defecto Propiedad
Puntual *acante %efecto intersticial %efecto de
sustitución %efecto Sc+ott- %efecto renel
%ifusión/ropiedadesmecánicas/ropiedades
el)ctricas
1 Lineal %islocaciones
/ropiedadesmecánicasCrecimientocristalino
2 Defectossuperciales (plano) Supercie e0terna ordes de (rano
aclas
Te0tura/ropiedadesmecánicasCorrosión
3
Volumen
/oros /recipitados
/orosidad
/recipitación/ropiedades
Tabla 1. !lasificación de los defectos según la dimensión del espacio ocupado por el defecto
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3.1.1 %efectos puntuales
Figura 2. $epresentación de una vacante y
de un defecto intersticial
Vacante
Defecto intersticial
*acantes
Nv=N*exp(-Qv/kT)
Nv: número de vacantes por cm en el e!"ili#rio
termodin$mico a "na temperat"ra T
N: número total de p"ntos retic"lares por cm
en la red
Qv: ener%&a de formaci'n de "na vacante
k: cte de olman = +, -. /$tomos-k =,+0. -1 eV/$tomo-k
Figura 3. $epresentación de un defecto de
sustitución. Si el %tomo sustituyente es m%s grande
&ue el %tomo original los %tomos adyacentes est%n a
compresión' si es m%s pe&ue(o los %tomos
circundantes estar%n a tensión.
Defecto de s"stit"ci'n
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3.1.1 %efectos puntuales
Figura 5. )efecto *ren+el, imperfeccíón
combinada vacante-defecto intersticial
2ati'n intersticial
Vacante cati'nica
3ar de vacantes
Vacante cati'nicaVacante ani'nica
Figura 6. )efecto por reempla"amiento de
iones de diferente carga.
Figura 4. )efecto Sc#ott+y se produce
cuando dos iones de carga opuesta se
pierden en un cristal iónico
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3.1.2 %efectos ineales
Figura 7. )islocación de cu(a o arista con su
desli"amiento o vector de urgers b
perpendicular a la línea de dislocación
Figura 8. )efinición del vector de urgers b. n una estructuracristalina perfecta un circuito de m/n posiciones atómicas se
cierra en el punto de partida. n la "ona de dislocación ese
mismo circuito no se cierra y el vector de cierre es el vector de
urgers
%islocaciones de cu4a o arista
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3.1.2 %efectos ineales
Figura 9. 0a1 *ormación de una dislocación #elicoidal. 0b1 )islocación
#elicoidal con su desli"amiento o vector de urgers b paralelo a la línea de
dislocación.Figura 10. )islocaciones mi/tas en un
cristal. La línea de dislocación es del
tipo #elicoidal pura cuando entra en el
cristal a la i"&uierda y del tipo de cu(a
o arista pura cuando de2a el cristal a la
derec#a.
%islocaciones +elicoidales
%islocaciones i0tas
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3.1.2 %efectos ineales
Figura 11. 3nalogía entre el movimiento de una dislocación de cu(a o arista y un gusano
Figura 12. 4ovimiento
de una dislocación de
cu(a o arista. La
dirección de
desli"amiento es en la
misma dirección &ue la
fuer"a aplicada. l plano
de desli"amiento esúnico
o'imiento de las dislocaciones
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3.1.2 %efectos ineales
Figura 13. 4ovimiento de una dislocación #elicoidal. La dirección de desli"amiento es
perpendicular a la fuer"a aplicada perpendicular a b. !ual&uier plano &ue contenga a la
línea de dislocación ser% un posible plano de desli"amiento.
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3.1.3 %efectos Superciales
Figura 14. Límite de grano
Figura 15. Límite de macla
5s un tipo especial de l6mite de (ranoen el cual los átomos de un lado dell6mite están locali7ados en una posición
que es la ima(en especular de losátomos del otro lado.
ordes de (rano
aclas
Supercie e0terna
os átomos superciales no están enla7ados aln8mero má0imo de 'ecinos - tienen un estadoener()tico superior al de los átomos de lasposiciones internas. os enlaces no reali7adosdan a una ener(6a supercial "9m2#.
Reconstrucción: 5l
orden atómico de los átomos superciales suelediferir del correspondiente al interior del cristalpara disminuir la ener(6a supercial
Son re(iones que separan los (ranosindi'iduales de diferentesorientaciones cristalo(rácas enmateriales policristalinos.
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aclas
3.1.3 %efectos Superciales