Estructura Y Arreglo Cristalino 3fpu

Estructura Cristalina 

La primera clasificación que se puede hacer de materiales en estado sólido, es en función de cómo es la disposición de los átomos o iones que lo forman. Si estos átomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo un modelo que se repite en las tres direcciones del espacio, se dice que el material es cristalino. Si los átomos o iones se disponen de un modo totalmente aleatorio, sin seguir ningún tipo de secuencia de ordenamiento, estaríamos ante un material no cristalino ó amorfo.

Estructura cristalina de los materiales 

Los materiales sólidos se pueden clasificar de acuerdo a la regularidad con que los átomos o iones están ordenados uno con respecto al otro. Un material cristalino es aquel en que los átomos se encuentran situados en un arreglo repetitivo o periódico dentro de grandes distancias atómicas; tal como las estructuras solidificadas, los átomos se posicionarán de una manera repetitiva tridimensional en el cual cada átomo está enlazado al átomo vecino más cercano. Todos los metales, muchos cerámicos y algunos polímeros forman estructuras cristalinas bajo condiciones normales de solidificación.

Celda Unitaria 

Es el agrupamiento más pequeño de átomos que conserva la geometría de la estructura cristalina, y que al apilarse en unidades repetitivas forma un cristal con dicha estructura.

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La estructura cristalina de un sólido depende del tipo de enlace atómico, del tamaño de los átomos (o iones), y la carga eléctrica de los iones en su caso).

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Existen siete sistemas cristalinos los cuales se distinguen entre sí por la longitud de sus aristas de la celda (llamados constantes o parámetros de la celda) y los ángulos entre los bordes de ésta. Estos sistemas son: cúbico, tetragonal, ortorrómbico, romboédrica (o trigonal), hexagonal, monoclínico y triclínico.

Celdas cúbicas

Celdas tetragonales

Celdas ortorrómbicas

Romboédrica

Monociclico

Tricíclico

Hexágonal

Imperfecciones 

Nada en nuestro mundo no es tan perfecto, no existe un material real en ingeniería que no tenga por lo menos unos pocos defectos estructurales, incluso en la perfección cristalina estos defectos estructurales están presentes, algunos en mayor cantidad que otros. Los defectos primordiales en los materiales de ingeniería son: la imperfección química, defectos puntuales, defectos lineales y defectos planares.

Imperfección quimica. 

No existe un material solido que sea preparado sin contener contaminacion, es decir ningun material puede ser preparado sin tener algun grado de impurezas, los atomos o iones que componen a las impurezas alteran la regularidad estructural del material puro ideal. La contaminacion normal de una sustancia solida (como el caso de un cristal) con impurezas se le conoce como imperfeccion quimica.

Defectos puntuales. (Imperfeccion cerodimencional)  Son defectos que se presentan estructuralmente a  

nivel atomico en sistemas cristalinos reales. Existen dos tipos de defectos puntuales: vacante y intersticial. La vacante es un sitio desocupado por atomo dentro de la estructura del cristal. El intersticial es un atomo extra insertado en la estructura ideal del cristal haciendo que dos atomos ocupen un lugar cercano al de uno solo en la estructura perfecta del cristal. Los defectos puntuales ocurren ocurren como resultado de la vibracion termica de toda la estructura atomica del cristal. Al aumentar la temperatura aumenta la intensidad de esta vibraciony se incrementa la probabilidad de desorganizacion estructural.

Defectos Lineales o dislocaciones. (imperfeccion unidimimencional). 

La red cristalina se distorsiona alrededor de una linea. Las imperfecciones unidimensionales estan asociadas con deformaciones mecanicas. El defecto lineal generalmente es designado con una “T invertida”. Las dislocaciones pueden ser de tipo helicoidal (de tornillo) o de borde, asi como combinaciones mixtas de ambas. Se cuantifican por medio del vector de burgers b que indica la presencia de una dislocacion en el cristal.

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Dislocacion de Borde: Se genera por la insercion de un semiplano adicional de atomos. La distancia de desplazamiento de los atomos alrededor de una dislocacion se denomina vector b de deslizamiento o de Burgers y es perpendicular a la linea de dislocacion.

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Dislocación de tornillo: Se genera en un plano que se somete a un esfuerzo de corte. Se provoca un desplazamiento que genera una superficie de un plano en forma de espiral semejante al movimiento de un tornillo.

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Dato: Las dislocaciones en algunos materiales hacen que el material se ablande y mientras más se vaya usando el material se hace mas blando.

Defectos planares También se les conoce como bordes de grano. son imperfecciones en la superficie que separan los granos (cristales) de diferentes orientaciones en materiales policristalinos. Es una región de átomos mal distribuidos entre granos adyacentes.  En los metales los límites de grano se crean durante la solidificación cuando los cristales formados a partir de diferentes núcleos crecen simultáneamente y se encuentran unos con otros.  El borde de grano es una región estrecha. El empaquetamiento atómico de los bordes de grano es algo menor que dentro de los granos. 

DIFUSIÓN EN SÓLIDOS 

La difusión puede ser definida como el mecanismo por el cual la materia es transportada por la materia.

MECANISMOS DE DIFUSIÓN 

Existen dos mecanismos principales de difusión en los átomos en una estructura cristalina: mecanismo de vacantes o sustitucional, y el mecanismo intersticial.

Mecanismo de difusión por vacantes o sustitucional 

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Los átomos pueden moverse en las redes cristalinas desde una posición a otra si hay presente suficiente energía de activación, proporcionada ésta por la vibración térmica de los átomos, y si hay vacantes u otros defectos cristalinos en la estructura para que ellos los ocupen. Las vacantes en los metales son defectos en equilibrio, y por ello algunos están siempre presentes para facilitar que tenga lugar la difusión sustitucional de los átomos. Según va aumentando la temperatura del metal se producirán más vacantes y habrá más energía térmica disponible, por tanto, el grado de difusión es mayor a temperaturas más altas. La energía de activación para la difusión propia es igual a la suma de la energía de activación necesaria para formar la vacante y la energía de activación necesaria para moverla.

Mecanismo de difusión intersticial 

La difusión intersticial de los átomos en redes cristalinas tiene lugar cuando los átomos se trasladan de un intersticio a otro contiguo al primero sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el tamaño de los átomos que se difunde debe ser relativamente pequeño comparado con el de los átomos de la matriz. Los átomos pequeños como los de hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno, pueden difundirse intersticialmente en algunas redes cristalinas metálicas.