Exposicion de defectos cristalograficos dado en el Curso de mineralogia

1. Defectos o
imperfecciones en
los sistemas
cristalinos

2. Introducción.
 ¿Alguna vez te has preguntado que hace que un cristal de rubí sea
rojo y otro azul? ¿Qué hace al acero mucho más duro y resistencia que
el hierro puro? La respuesta es sencilla… es el arreglo de los átomos o
de los iones de los materiales diseñados.
 Los arreglos de estructuras cristalinas siempre tienen defectos:
1. Tienen un efecto sobre las propiedades de los materiales
2. En muchas aplicaciones es útil, sin embargo en otras se trata de
minimizar.
3. Se dividen en tres tipos: puntuales; lineales y superficiales.

3. Importancia de los defectos
 IMPORTANCIA DE LOS DEFECTOS DE SUPERFICIE:
En todos los casos provocan irregularidades en la red cristalina del material.
 Importancia de los defectos puntuales:
Se incrementa la resistencia mecánica del material.
 Importancia de las dislocaciones (defectos lineales):
-Es un mecanismo para la deformación plástica de los metales, ya que el
esfuerzo aplicado causa el movimiento de las dislocaciones.

4. Defectos Puntuales.
 Son interrupciones localizadas en arreglos atómicos o iónicos.
 Esta alteración afecta una región donde intervienen varios
átomos o iones en una estructura cristalina.
 Se pueden introducir por ello movimiento de los átomos o
iones al aumentar la energía por el calentamiento, por el
procesamiento, por la introducción de impurezas o por
dopado.
 Hay seis tipos de defectos puntuales: vacancia; átomo
intersticial, átomo de sustitución pequeño; átomo de
sustitución grande; defecto de Frenkel y defecto de Scottky.

6. Tipo 1: Vacancia.
 Es cuando faltan un átomo o ion en su sitio normal de la
estructura cristalina.
 Recordemos que cuando faltan átomos o iones aumenta el
desorden normal o entropía del material, que a su vez,
aumenta la estabilidad termodinámica de un material
cristalino.
 Todos los materiales cristalinos tienen defecto de
vacancia.
 Se introducen a los metales y aleaciones durante a
solidificación, a temperaturas elevadas o como
consecuencia de danos por la radicación.
 Juegan un papel importante en la determinación de la
rapidez con la que se pueden mover los átomos o iones.

7. Formula para calcular vacancia.

9. Tipo 2: Intersticial.
 Se forma cuando se inserta un átomo o ion adicional de un
tipo distinto en la estructura cristalina, normalmente en
una posición desocupada.
 Cuando estos atomos son mayores que los normales de la
red , los atomos circundantes se comprimen;si son mas
pequeños ,los atomos circundantes se quedan en tensión .
 En consecuencia, la región cristalina vecina esta
comprimida y distorsionada.

11. Tipo 3: Sustitucional:
 Átomo/Ion es sustituido con un tipo distinto de
átomo o ion.
 Estos átomos sustitucionales ocupan el sitio mayor
de la red: cuando son mayores se reducen los
espacios interatómicos y viceversa cuando son
menores.
 Estos defectos pueden introducir de forma de una
impureza, de una adición deliberada en la
aleación.
 Una vez introducidos, la cantidad de defectos es
relativamente independiente de la temperatura.

13. Tipo 4: Intersticialidad (Defecto
auntointersticial)
 Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un átomo
adicional en una posición normalmente desocupada dentro
de la estructura cristalina.
 Es común en estructuras con bajo factor de
empaquetamiento.
 Los átomos intersticiales como el hidrógeno a menudo están
presentes en forma de impurezas; los átomos de carbono se
agregan al hierro para producir acero

15. Tipo 5: De Frenkel.
 Un par vacancia-intersticial cuando un ion
salta de un punto normal de red a un sitio
intersticial, dejando atrás una vacancia.

16. Tipo 6: De Schottky.
 Las vacancias se presentan en un material con enlaces
iónicos donde debe faltar un número estequiometrico de
aniones y cationes en el cristal si se quiere conservar la
neutralidad eléctrica.

17. Defectos Lineales.
 Las dislocaciones son imperfecciones lineales en un
cristal que de otra manera seria perfecto.
 Se suelen introducir en cristal durante la solidificación
del material o cuando el material se deforma
permanentemente.
 Anqué en todos los materiales incluyendo cerámicos y
polímeros, hay dislocaciones.
 Se pueden identificar tres clases de dislocaciones: de
tornillo, borde y mixta.

18. Tipo 1: De tornillo.
 Se puede ilustrar haciendo un corte parcial en un cristal
perfecto torciendo ese cristal una distancia atómica.
 Si se continuara la rotación se describiría una trayectoria
espiral.
 El eje o línea respecto al cual se traza la trayectoria, es la
dislocación de tornillo.

20. Tipo 2: De borde o arista.
 Se puede ilustrar haciendo un corte parcial en un cristal perfecto abriendo el
cristal y llenando en parte el corte con un plano adicional de átomos.
 La orilla inferior de este plano insertado representa la dislocación de borde.
 El vector necesario para cerrar el circuito es el vector de Burgers.
 Al introducir la dislocación, los átomos que están arriba de la línea de dislocación
están muy comprimidos entre sí, mientras que los de abajo están muy distendidos.
 A diferencia de una dislocación de borde o arista, una de tornillo no se puede
visualizar como un semiplano adicional de átomos

22. Tipo 3: Mixtas.
 Tienen componentes de bordes y de tornillos con una
región de transición entre ella.
 Cuando se aplica una fuerza cortante en la dirección del
vector de Burgers a un cristal que contenga una
dislocación, esta se puede mover rompiendo los enlaces
de los átomos en un plano.
 El plano de cortes se desplaza un poco para establecer
enlaces con el plano parcial de átomos originales.
 Ejemplo: Otra forma de visualizarlo, es imaginar cómo se
movería una onda en una alfombra si tratáramos de
eliminarla aplanándola en lugar de levantar la alfombra.

24. Deslizamiento.
 Es el proceso por el que se mueve una
dislocación y se hace que se deforme un
material metálico.
 La dirección en la que se mueve la dislocación
es la dirección de deslizamiento.
 Durante el deslizamiento, una dislocación se
mueve desde un conjunto de entornos hasta
otro conjunto idéntico de entornos.

25. Ley de Schmid.
 Se puede usar para comparar las propiedades
de los metales que tengan estructuras
cristalinas BCC, FCC y HCP. Como los distintos
cristales o granos están orientados en
direcciones aleatorias, no se puede aplicar la
ley de Schmid para pronosticar el
comportamiento mecánico de los materiales
policristalinos.

26. Defectos superficiales.
 Son imperfecciones de la estructura cristalina ubicadas en un área del
material.
 Los principales defectos son la misma superficie y las fronteras de los granos.
 La superficie del material es un defecto de estructura porque se rompe con
la simetría de los átomos entrelazados, estos átomos tienen enlaces químicos
no completos, lo cual los hace más reactivos químicamente del resto de los
átomos. Son límites o los planos que separan un material en regiones, cada
región tiene la misma estructura cristalina, pero diferente orientación.

27.  Las dimensiones exteriores del material
representan superficies en donde termina el cristal
en forma súbita.
 Cada átomo en la superficie ya no tiene el número
adecuado de coordinación y se interrumpe el
enlazamiento atómico.
 La superficie exterior también puede ser apera,
contener muescas diminutas y ser mucho más
reactiva que el interior del material.
 Ejemplo: la oxidación de metales, ya que estos
presentas estructuras policristalinos los átomos no
llegan a completar sus enlaces.