Post on 08-Jun-2015
TEMA 9: ESTRCTURA CRISTALINA1. Orden Atómico 2. Tipos de sólidos3. Celdilla unidad4. Sistemas cristalinos y redes de Bravais5. Estructuras Cristalinas Comunes en los Metales6. Celda Cúbica Simple7. Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC)8. Cúbica Centrada en la s Caras (FCC)9. Hexagonal Compacta (HC)10. Morfología Cristalina11. Proceso de Cristalización12. Tipos de Nucleación
Orden Atómico
Corto alcance
Medio alcance
Largo alcance
Tipos de sólidos
Amorfos: Orden atómico o molecular a corto alcance
Ejemplo: vidrio
Policristalinos: Orden atómico o molecular a largo alcance
Ejemplo: metales
Monocristales: Orden atómico o molecular extendido a todo el cristal
Ejemplo: diamantes artificiales
Celdilla unidad
Celda unidad: menor porción del sólido que, repetida en el espacio, puede reproducir la estructura de ese sólido.
Sistemas cristalinos y redes de Bravais
Estructuras Cristalinas Comunes en los Metales
Empaquetamiento no compacto
Celda unitaria Celda cúbica simple
Celda unitaria Celda cúbica centrada en el cuerpo
Empaquetamiento compacto
Celda unitaria Celda cúbica centrada en las caras
Celda unitaria Celda hexagonal compacta
Celda Cúbica Simple
Nº de coordinación:6
Átomos por celda: 8 vértices*1/8 =1
Relación entre la longitud de arista y el
radio del átomo: 2r = a
Eficacia del empaquetamiento: 52%
( ) ( ) 52.06)r2(
r34a
r34V
V3
3
3
3
celda
ocupado ====πππ
Ejemplos : α-Po, Hg
Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC)Ejemplos: Fe, Cr, Mo, W, Ta, Ba
c b
aNº de coordinación:8
Átomos por celda: 8 aristas*1/8 + 1centro =2
Relación entre la longitud de arista y el radio del átomo:
4a 3r =
Eficacia del empaquetamiento: 68%
( ) ( ) 68.083
)3
r4(r342
ar342
VV
3
3
3
3
celda
ocupado =π
=π
=π
=
b2=a2+a2 c2=a2+b2=3a2 c= 4r =(3a2)1/2
Cúbica Centrada en las Caras (FCC)
a
4r
Nº de coordinación:12
Átomos por celda: 8 aristas*1/8 + 6caras*1/2=4
Relación entre la longitud de arista y el
radio del átomo: (4r)2=a2+a2
Eficacia del empaquetamiento: 74%
( ) ( ) 74.0
2r4
r34a
r344V
V
2/1
3
3
3
celda
ocupado =π
=π⋅
=
Hexagonal Compacta (HC)Ejemplos: Be, Mg, Zn, Cd, Ti
Nº de coordinación:12
12 vérticesx1/6 +2 carasx1/2 +3centro=6átomos
Eficacia del empaquetamiento: 74%
Parámetros: a = ancho del hexágono
c= altura; distancia entre dos planos
Átomos por celda:
Cálculos sobre la Celdilla Unidad
( )dn de atomos en la celdilla M N
Volumen de la celdillaA=
׺ /
d n de ciones atomicasAreaP =
º sec
dap =2
2
Densidad volumétrica:
Densidad planar: Fracción de área del plano ocupada por átomos:
Para contabilizar un átomo su centro debe estar contenido en el plano o en la línea
Densidad lineal: Fracción de línea ocupada d n de diametros atomiLongitud de lineaL =
º cos
daL =1
Morfología CristalinaMonocristal:
•La disposición atómica es perfecta, sin interrupciones, a lo largo de toda la muestra.
•Si los extremos del cristal crecen libremente, adquieren una forma geométrica regular con caras planas que refleja la estructura cristalina.
•Se pueden generar artificialmente pero son difíciles de fabricar.
Monocristales de Si empleados en microelectrónica
Morfología Cristalina
Material policristalino:• La mayoría de los sólidos cristalinos son un conjunto de muchos cristales
pequeños o granos• Se obtiene la enfriar el material desde el estado fundido
Proceso de Cristalización
a) Nucleación
b) Crecimiento de nucleos
c) Solidificación ( material policristalino)
Tipos de NucleaciónNucleación homogénea (líquido puro)
Al disminuir la temperatura (T<Tf) coinciden dos factores:
• Un número mayor de átomos se agregan a los embriones (menor agitación)
• El aumento del subenfriamiento del líquido disminuye el valor de rc (radio crítico para generar un embrión). Esto posibilita la nucleación del líquido subenfriado para núcleos aun menores.
Nucleación heterogénea (líquido con impurezas): Se verifica en situaciones normales (laboratorios, fundiciones,fábricas, etc…) No se necesita altos grados de subenfriamiento (0.1-10ºC)
Se introducen impurezas (paredes del contenedor, partículas suspendidas en el líquido) para:
1. Disminuir el número de átomos necesarios que formen un núcleo con r>rc
2. Proporcionar superficies adicionales donde se puedan formar los núcleos sólidos