Defectos cristalinos

Vacancia de atomos Constituye el defecto puntual más simple. Es un hueco creado

por la perdida de un átomo que se encontraba en esa posición. Puede producirse durante la solidificación por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales. También puede producirse por reordenamientos atómicos en el cristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los átomos.

ATOMOS INTERSTICIAL

ATOMOS INTERSTICIAL Un átomo intersticial es un defecto puntual de un mineral,

producido por un átomo suplementario se sitúa en su red cristalina. Esto provoca una fuerte distorsión en la proximidad del átomo, pero se atenua con la distancia. Se puede forzar el fenómeno: irradiando el cristal para aportarle energía conseguimos que un átomo situado "correctamente" en su punto de red salte para situarse entre átomos que sí se mantienen en su posición de red.

En los materiales cerámicos, que están compuestos de una parte iónica y otra covalente, lo normal es que salte el catión, de menor tamaño que el anión: el conjunto formado por el átomo intersticial y el hueco se conoce como defecto Frenkel.

Conceptos Red cristalina: En geometría y cristalografía las redes de

Bravais son una disposición infinita de puntos discretos cuya estructura es invariante bajo cierto grupo de traslaciones.

Cerámico: La palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz sánscrita significa "quemar". En su sentido estricto se refiere a la arcilla en todas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos los materiales inorgánicos no metálicos que se forman por acción del calor.

Catión: Un catión es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica positiva.

Defecto Frenkel: El defecto Frenkel es el conjunto formado por un átomo intersticial y el hueco que ha dejado tras el salto.

Conclusión: Una intersticialidad se produce cuando un átomo extra se aloja dentro de la estructura cristalina debido por ejemplo a un bajo factor de empaquetamiento, produciendo de esta manera distorsión atómica

Átomos sustitucionalesLas Aleaciones sustituciones son aquellas

aleaciones en las que los átomos del elemento en menor proporción (metal soluto) ocupan o sustituyen lugares en los que antes se encontraban átomos del elemento en mayor proporción (metal solvente).

Un ejemplo de aleación sustitucional es la aleación oro-cobre. El número de átomos de oro por cada 24 átomos determina el quilataje.

Este defecto se introduce cuando un átomo es reemplazarlo por un átomo diferente. El átomo sustituyente puede ser más grande que el átomo original y en ese caso los átomos alrededor están a compresión ó puede ser más pequeño que el átomo original y en este caso los átomos circundantes estarán a tensión. Este defecto puede presentarse como una impureza o como una adición deliberada en una aleación.

Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un átomo por otro de un tipo distinto.

Dislócaciones Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red

centrada en torno a una línea. Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por

condensación de vacantes.

Dislocaciónes de cuña Se crea por inserción de un semiplano adicional de átomos

dentro de la red. Los átomos a lado y lado del semiplano insertado se encuentran distorsionados.

Dislocaciones Helicoidal Se produce cuando se corta parcialmente el cristal,

volviéndolo a unir desplazado. El movimiento de la línea de dislocación es normal a la dirección de la fuerza aplicada mientras que en la de arista tenía la misma dirección.

Dislocaciones Mixtas

ITCJTecnología de los materialesTipos de imperfecciones

INTEGRANTES:JUAN DANIEL ALDAMASALVADOR SÁNCHEZJOCSAN SARELLANOJESÚS VALLESLUIS VAZQUEZ

Defectos superficiales

Son limites de grano que tienen 2 direcciones y normalmente separan regiones del material, que tiene diferente estructura cristalina y/o orientación.

Defectos superficiales

Superficies externasLimites de granoLimites de MaclaDefectos de apilamientoLimites de fase

Superficies externasLas dimensiones exteriores del material representan superficies en las cuales la red termina abruptamente. Los átomos de la superficie no están enlazados al número máximo de vecinos que deberían tener y por lo tanto, esos átomos tienen mayor estado energético que los átomos de las posiciones internas.

Los enlaces de esos átomos superficiales dan lugar a una energía superficial, expresada en unidades de energía por unidad de área (J/m^2). La superficie del material puede ser rugosa, puede contener pequeñas muescas y puede ser mucho mas reactiva que el resto del material.

Los materiales tienden a minimizar el área total de la superficie para disminuir esta energía.

Son de lo mas evidentes.Delimitan la estructura cristalina.Los átomos superficiales no están enlazados con el máximo de los vecinos.

Aumenta la energía superficial (J/m^2).

Frontera de granoEl borde, frontera, o límite de grano es la superficie de separación entre dos cristales de un mismo gran policristal. Surge como consecuencia del mecanismo del crecimiento de grano, ó cristalización, cuando dos cristales que han crecido a partir de núcleos diferentes se "encuentran".

A pesar de tener la misma estructura cristalina, las orientaciones, debido al azar, serán diferentes y unos cristales compensarán a los otros: los policristales suelen ser isótropos.

El límite de grano es una zona estrecha en la cual los átomos no están uniformemente separados, o sea que hay átomos que están muy juntos causando una compresión, mientras que otros están separados causando tensión. De cualquier forma los limites

de grano son áreas

de alta energía y

hace de esta región

una mas favorable

para la nucleación.

Un material de grano fino será más duro y más resistente que un material de grano grueso, el cuál (este último) tendrá más juntas de grano donde se acumularán más tensiones. Por todo lo anterior debe verificarse que la dureza es inversamente proporcional al tamaño de grano.

Conclusión

Las estructuras cristalinas en metales y aleaciones no son perfectas.

Pueden tener defectos de tipo:Puntuales: Vacantes, átomos intersticiales.Lineales: Dislocaciones.Superficiales: Bordes de grano.

Glosario

Átomos superficiales: Son los átomos que se encuentran en la superficie del material.

Energía superficial: Energía necesaria para romper los enlaces intermoleculares dando lugar a una superficie.

Isótropos: Dos o más cosas son isótropos cuando tienen igual dirección u orientación.

Nucleación: Es el comienzo de un cambio de estado en una región pequeña pero estable.

Policristal: Es un agregado de pequeños cristales de cualquier sustancia, a los cuales, por su forma irregular, a menudo se les denomina cristalitas o granos cristalinos. 

Bibliografía

Avner, Sydney H.: “Introducción a la metalurgia física Segunda Edición”, McGraw-Hill, 1992

Higgins, Raymond A.: “Ingeniería Metalúrgica tomo II” compañía editorial continental. S.A. 1971

Molera Sola, Pere.: “Conformación metálica”, Marcombo S.A. 1991

Sitios de Internet

http://132.248.12.175/mbizarro/4-Defectos%20cristalinos.pdf http://www.unalmed.edu.co/~cpgarcia/Defectos1.pdf http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r77136.PDF http://descom.jmc.utfsm.cl/proi/materiales/ESTRUCTURAS.htm#DEFECT

OSDESUPERFICIE http://cienciamateriales.argentina-foro.com/t129-18-limite-de-grano-comp

ortamiento-en-la-zona http://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica4/grano.h

tm http://www.unedcervera.com/c3900038/ciencia_materiales/defectos.html

Defectos de apilamiento

Se observa como la interrupción de la secuencia de apilamiento ordenado de las estructuras cristalinas.

Limites de Macla Una macla es un tipo especial de limite de grano en el cual los

átomos de un lado del limite están localizados en una posición que es la imagen especular de los átomos del otro lado. Las maclas consisten en agrupaciones homogéneas de uno o de varios individuos de la misma especie que poseen en común dos de sus tres direcciones cristalográficas principales. Muchas maclas se reconocen fácilmente debido a que en ellas existen ángulos entrantes dirigidos hacia el interior del cristal.

Dentro de un grano, la aplicación de un esfuerzo cortante puede desplazar levemente los átomos a lo largo de la macla.

El resultado es una imagen especular de dos redes respecto del plano de macla.

Difusion Termica

Características de cada modo de transmisión

CONDUCCIÓN.- La conducción es el transporte de calor a través de una sustancia y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes temperaturas. El calor fluye desde el objeto que está a mayor temperatura hasta el que la tiene menor. La conducción continúa hasta que los dos objetos alcanzan a la misma temperatura (equilibrio térmico).

Podemos explicarlo si tenemos en cuenta las "colisiones de las moléculas". En la superficie de contacto de los dos objetos las moléculas del objeto que tiene mayor temperatura, que se mueven más deprisa, colisionan con las del objeto que está a menor temperatura, que se mueven más despacio. A medida que colisionan, las moléculas rápidas ceden parte de su energía a las más lentas. Estas a su vez colisionan con otras moléculas contiguas.

Este proceso continúa hasta que la energía se extiende a todas las moléculas del objeto que estaba inicialmente a menor temperatura. Finalmente alcanzan todas la misma energía cinética y en consecuencia la misma temperatura.

Algunas sustancias conducen el calor mejor que otras.

Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y éstos mejor que los gases.

Los metales son muy buenos conductores del calor, mientras que el aire es un mal conductor.

CONVECCIÓN.- La convección tiene lugar cuando áreas de fluido caliente (de menor densidad) ascienden hacia las regiones de fluido frío. Cuando ocurre esto, el fluido frío (de mayor densidad) desciende y ocupa el lugar del fluido caliente que ascendió. Este ciclo da lugar a una continua circulación (corrientes convectivas) del calor hacia las regiones frías.

En los líquidos y en los gases la convección es la forma más eficiente de transferir calor.

En el verano, en una carretera recalentada, se puede ver como asciende de ella el aire caliente formando una columnas oscilantes. También se ve a veces como asciende el aire desde un radiador (el aire caliente sube y el frío baja).

En este gif animado ves como un mechero calienta el aire, éste asciende en una corriente convectiva y hace girar la espiral de papel.

Hemos usado un agitador del calorímetro sujeto por una pinza y en él apoyamos un dedal en el que pegamos la espiral de papel.

El calor calienta el aire y el papel y además de hacer girar la espiral la alarga y llega a tocar la pinza lo que le impide seguir girando.

RADIACIÓN.- Tanto la conducción como la convección requieren la presencia de materia para transferir calor.

La radiación es un método de transferencia de calor que no precisa de contacto entre la fuente de calor y el receptor.

No se produce ningún intercambio de masa y no se necesita ningún medio material para que se transmita.

Por radiación nos llega toda la energía del Sol. Al llegar a la Tierra empieza un complicado ciclo de transformaciones: la captan las plantas y luego la consumimos nosotros, el agua se evapora, el aire se mueve....

La energía radiante del Sol se transmite a través del espacio vacío en forma de radiación que viaja a la velocidad de la luz . Entre las diferentes ondas que la componen hay radiación visible, ultravioleta, infrarroja etc. La ultravioleta es tan energética que puede ionizar la materia, pero la radiación infrarroja interfiere con los electrones de los átomos promocionándolos a un nivel superior y produce la agitación de los átomos y de las moléculas que se traduce en calor.

En los hornos microondas la energía generada para que vibren las moléculas de la sustancia que se calienta la transmiten ondas con una frecuencia inferior a las del infrarojo. Ver tipos de radiaciones.

La radiación se produce cuando los electrones situados en niveles de energía altos caen a niveles de energía más bajos. La diferencia de energía entre estos niveles se emite en forma radiación electromagnética. Cuando esta energía es absorbida por los átomos de una sustancia los electrones de dichos átomos "salten" a niveles de energía superiores.

Todos los objetos absorben y emiten radiación. Este "applet" de java muestra como un átomo absorbe y emite radiación. Cuando la absorción de energía está equilibrada con la emisión, la temperatura del objeto permanece constante. Si la energía absorbida es mayor que la emitida la temperatura del objeto aumenta, y si ocurre lo contrario la temperatura disminuye.

La energía total radiada por un cuerpo caliente es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura expresada como temperatura absoluta. E=cte· T4

Un cuerpo negro se define como aquel que absorbe todo el calor que cae sobre él.

Un cuerpo a una temperatura dada emite más con su superficie ennegrecida.  

En esta página puedes ampliar tus conocimientos sobre la radiación infrarroja.

Ejemplo 1

Placa solar

El calor llega desde el Sol hasta la placa metálica por radiación. El metal de la placa emite radiación en el infrarrojo

El calor se transmite al líquido que está en contacto con la placa por conducción. En el líquido se establecen corrientes covectivas que lo mezclan y uniformizan el calor. El agua caliente sube y la fría baja.El agua más caliente sube al depósito superior y de la parte inferior de este depósito baja el agua más fría que entra por la parte de abajo de la placa.

Con esta sencilla placa, y dependiendo de la radiación solar, se alcanzan temperaturas muy altas. Probablemente hayas visto estas placas en los tejados de algunas casas. Busca en la red "placas solares"

Ejemplo 2

Recipiente metálico con agua al fuego

Las llamas (o una plancha eléctrica) calientan el metal porque los gases de combustión están en contacto con el fondo y le transmiten el calor por conducción (el metal se dilata y sus partículas vibran más).

El metal transmite el calor al agua del fondo del recipiente por conducción. El agua caliente del fondo asciende, originando corrientes convectivas (propagación por convección) y se mezcla con el agua fría.

Las paredes de los recipientes calientes emiten radiación en el infrarrojo a los alrededores.

Ejemplo 3Cocina vitrocerámica

En las cocinas vitrocerámicas la plancha de la cocina está fría y sólo sirve de soporte a la base del recipiente. En el fondo del recipiente se originan corrientes eléctricas inducidas por un campo magnético variable. La energía eléctrica pasa del interior de la cocina en forma de onda electromagnéticas (ondas originadas en un generador de campo magnético variable) hasta el fondo de la olla. Las ondas no interfieren con la plancha, pero si con el fondo del recipiente en el que se origina una corriente eléctrica que genera calor. Del fondo del recipiente pasa al líquido que está en contacto con él por conducción.

El calor circula dentro del líquido por convección y el fondo y las paredes radian en el infrarrojo.