Materiales cristalinos

1. UNIDAD II
Estructura de los Materiales
2.1 Estructura cristalina y su consecuencia en las
propiedades
2.2 Materiales puros
2.3 Aleaciones ferrosas y no ferrosos
2.4 Materiales orgánicos e inorgánicos
2.5 Materiales Cerámicos

2. Introducción
Es posible examinar y describir la estructura de los materiales
en cinco niveles distintos, que pueden tener influencias
distintivas y profundas sobre las propiedades y el
comportamiento de un material:
1. Estructura atómica
2. Arreglos atómicos de corto y largo alcance
3. Nanoestructura
4. Microesatructura y
5. Macroeastructura

3. (Smith, 1993)
La importancia en la ingeniería de la estructura física de los
materiales sólidos dependen principalmente de la disposición
de los átomos, iones o moléculas que constituyen al sólido y
de las fuerzas de enlace entre ellos. (p.71)
Estructura Cristalina. Si los átomos o iones de un solido se
ordenan en una disposición que se repite en tres dimensiones.
Como consecuencia los materiales que presentan dicho tipo
de estructura, se les identifica como sólido cristalino o
material cristalino, p.e metales, aleaciones y algunas
materiales cerámicos
Material Cristalino Materiales en los que los átomos están
Estructuras Geométricas y Cristalinas
Estructura Descripción de los arreglos de los átomos o iones en
un material.
La estructura de los materiales tiene una profunda influencia sobre
muchas propiedades de
los materiales, aún si la composición genera no cambia (Askeland,
Fulay y wright, 2011, p.50

4. La ordenamiento atómico en sólidos cristalinos puede
representando asimilando los átomo a los puntos de
intersección de una red de líneas en tres dimensiones. Tal red
se llama retículo espacial (fig. a), el tamaño y la forma de la
celda unidad puede describirse por tres vectores reticulares a,
b y c, que se originan a partir del vértice de la celda unidad
(fig. b). Las longitudes axiales a, b y c y los ángulos
interaxiales α, β y γ son las constantes reticulares de la celda
unidad

5. Asignando valores específicos para las longitudes axiales y los
ángulos interaxiales se pueden construir diferentes tipos de
celda unidad. En la siguiente tabla se presentan los siete tipos
diferentes de celda unidad para crear todas las redes
puntuales.
Sistemas cristalinos y redes de Bravais
TriclinicoTriclínico 3 ejes distintos con
dis-
Tinta inclinación, y
sin formar ningún
ángulo recto a‡ b
‡ c, α‡ β‡ γ‡ 90o
Triclínico sencillo

6. Principales estructuras cristalinas
metálicas
La mayoría de los metales elementales (aprox. 90%) cristalizan
en tres estructuras cristalinas densamente empaquetadas:
Cúbica centrada en el cuerpo (BCC Fig. A), Cúbica centrada en
las caras (FCC) Fig. B y hexagonal compacta (HCP) Fig. C.
Fig. A Fig. B Fig. C

7. CELDAS UNIDAD CONVENCIONALES DE
BRAVAIS AGRAUPADAS DE ACUERDO CON SU
SISTEMA CRISTALINO
Las esferas indican los
puntos reticulares que,
cuando se encuentran en
las caras o en los
vértices, están
compartidos con otras
celdas unidad reticulares
idénticas. Parte de los
metales cristaliza en
estas estructuras
densamente
empaquetadas debido a
que se libera energía a
medida que los átomos
se aproximan y se
enlazan cada vez mas
estrechamente entre si

8. Principales estructuras cristalinas metálicas
en 3D
2 átomos
1 átomo
4 átomos 6 átomos

9. Parámetro de red. Relación entre la constante de red y
el radio atómico (Relación entre a y R)
Estructura BCC
a2 + a2 = 2a2 =√2 a
(4R)=(√ 2 a +a)
Elevando al cuadrado ambos
miembros
16R2 = 2 a2 + a2
16R2 = 3 a2
Sacando raíz cuadrada a ambos miembros
4R = √3 a de donde
a = 4R
√3
a – parámetro de red (arista)
R – radio atómico

10. Estructura FCC
a2 + a2 = (4R)2
16R2 = 2 a2
Sacando raíz cuadrada a ambos
miembros
4R = √2 a de donde
a = 4R
√2
a – parámetro de red (arista)
R – radio atómico

11. Metal Parámetro de red
(Cte. Reticular)
a (nm)
Radio atómico
R (nm)
Cromo 0.289 0.125
Hierro 0.287 0.124
Molibdeno 0.315 0.136
Potasio 0.533 0.231
Sodio 0.429 0.185
Tántalo 0.330 0.143
Wolframio 0.316 0.137
Vanadio 0.304 0.132
Metales con estructura cristalina BCC a temperatura ambiente
20oC y sus constantes reticulares (arista del cubo a y radios
atómicos R)

12. Metales con estructura cristalina FCC a temperatura ambiente
20oC y sus constantes reticulares (arista del cubo a y radios
atómicos R)
Metal Parámetro de red
(Cte. Reticular)
a (nm)
Radio atómico
R (nm)
Aluminio 0.405 0.143
Cobre 0.3615 0.128
Hierro 0.408 0.144
Plomo 0.495 0.175
Niquel 0.352 0.125
Platino 0.393 0.139
Plata 0.409 0.144

13. Factor de empaquetamiento atómico

15. Factor de empaquetamiento
Estructura BCC

16. Factor de empaquetamiento
Estructura FCC

17. Problemas
El hierro a 20oC presenta estructura BCC . Calcular la constante de red
(parámetro de red) a para el lado del cubo de la celda unidad

18. El Paladio es FCC y tiene un radio atómico 0.137 nm. Calcular la
constante de red (parámetro de red) en nanómetros y su APF (FEA)

19. Direcciones en Celdas Unidad Cubicas
Introducción
Smith, 1993
La necesidad de referirnos a posiciones especificas
en las redes cristalinas es especialmente importante
para metales y aleaciones con propiedades que varían
debido a la orientación cristalográfica (p.84)
En los cristales cúbicos los índices de las direcciones
cristalográficas son las componentes vectoriales de las
direcciones resueltos a lo largo de cada eje coordenado y
reducidos a los enteros más pequeños
Remitirse a ver el video cuyo link es el siguiente
https://www.youtube.com/watch?v=tV-WWGSJv7k

20. EJEMPLOS INTERACTIVOS DE ENLACES
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_mate
ria/curso/materiales/enlaces/covalente.htm