Cristalografía: estructuras, tipos de cristal y propiedades

Cristalografía

La materia cristalina se considera un medio homogéneo, anisotrópico y simétrico. Los sólidos cristalinos tienden a adoptar estructuras internas geométricas basadas en líneas rectas y planos paralelos. Estos están formados por: átomos (forman moléculas), moléculas (forman celdas) y celdas (en conjunto forman el cristal).

Tipos de cristal

• Monocristal: se define como cristal único y es anisotrópico (las propiedades cambian con la dirección).
• Policristal: Agregado de pequeños cristales de cualquier sustancia con forma irregular. Muchos materiales de origen tanto natural (minerales y metales) como sintético (metales, aleaciones, cerámica, etcétera) son policristales. Las propiedades de los policristales están condicionadas por propiedades como el tamaño, la orientación cristalográfica de los granos y la estructura del borde del grano, por lo que el policristal se podrá considerar anisotrópico (granos orientados al azar) en unos casos e isotrópico en otros (granos están texturizados).

Polimorfismo

Posibilidad de que en un determinado elemento o compuesto químico pueda cristalizar según estructuras distintas. El adoptar una u otra forma depende de las condiciones de presión y temperatura del ambiente durante su formación.

Anisotropía

Si la descripción de una propiedad es independiente de cualquier orientación, se dice que la sustancia es isótropa respecto a esa propiedad.

Redes de Bravais

Disposición infinita de puntos conformando una estructura bajo cierto grupo de traslaciones, en la mayoría de casos no se dan cambios bajo rotaciones o simetría rotacional. Estas hacen que desde todos los nodos de una red de Bravais tengan la misma perspectiva de red, por esto se dice que los puntos de una red son equivalentes.

Geometría de redes de Bravais

Estructura algebraica que tiene una secuencia ordenada, sus objetivos son entre otros la clasificación de los grupos, sus propiedades y sus aplicaciones.

Tipos de grupos cristalinos

• Cúbica de cuerpo centrado (BCC): uno de sus átomos se encuentra contenido justo en el centro del cubo o celda unitaria, y está a la misma distancia de los ocho átomos de las esquinas.
• Cúbica centrada en las caras (FCC): En esta estructura, los átomos están situados en los vértices de una celdilla unitaria y en el centro de las caras.
• Estructura hexagonal de empaquetamiento cerrado (HCP): la celda unitaria consta de tres capas de átomos. Las capas superior e inferior contienen seis átomos en las esquinas de un hexágono y un átomo en el centro de cada hexágono. La capa intermedia contiene tres átomos ubicados entre los átomos de las capas superior e inferior. A diferencia de la FCC, no es una celosía de Bravais, ya que hay dos conjuntos de puntos de celosía no equivalentes.

Imperfecciones puntuales

• Átomos intersticiales: se forma cuando se inserta un átomo o un ion en una composición normalmente desocupada.
• Vacancias: agujero debido a la pérdida de un átomo.
• Átomos sustitucionales: puede provocar perturbaciones en el material según si el radio del átomo sustitucional es más grande o más pequeño.

Imperfecciones lineales y superficiales

Se refiere al cambio inesperado en una estructura ordenada de átomos a lo largo la línea de dislocación. Estos defectos ocurren en su mayoría durante deformaciones permanentes e influyen fuertemente en las propiedades mecánicas del material.

1. Dislocaciones simples: Deslizamiento de los planos cristalinos por acción de una fuerza
2. Dislocaciones helicoidales: se forman al aplicar un esfuerzo cizallante.

Otro tipo de imperfecciones

Defecto frenkel, defecto schotkky y dislocaciones de borde.

Imperfecciones de volumen

Son aquellos que se propagan en 3 dimensiones, provocando una gran alteración en la red.

Tratamientos térmicos

El objetivo de un tratamiento térmico es mejorar o modificar las propiedades de los metales para cambiarlo según las necesidades.

Fórmulas

X0, XL, Xalfa. (X0-Xalfa) (XL, Xalfa) Cantidad%: alfa=XL-X0/XL-Xalfa. L=X0-Xalfa/XL-Xalfa. Peso gr: PA(alfa)=Palfa·Aalfa. PA(liquido)= PL·AL. Palfa=Ptot·alfa% PL= Ptot·L%.