Defectos Cristalinos y Propiedades de Materiales: Dislocaciones, Enlaces y Aislamiento Eléctrico

¿Cuáles son las diferencias entre las dislocaciones de borde y de tornillo y cómo estas se relacionan con la deformación plástica de los metales?

La dislocación de borde puede ser ilustrada haciendo un corte parcial a través de un cristal perfecto, separándolo y rellenando parcialmente el corte con un plano adicional de átomos. El borde inferior de este plano representa la dislocación de borde. En cambio, la dislocación de tornillo se puede ilustrar haciendo un corte parcial a través de un cristal perfecto, torciéndolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un átomo.

Relación con la Deformación Plástica

La deformación plástica o permanente de los sólidos cristalinos es difícil sin dislocaciones. Cuando se aplica una fuerza cortante en la dirección del vector de Burgers a un cristal que contenga una dislocación, esta puede moverse al romper los enlaces entre los átomos de un plano. El plano cortado se desplaza ligeramente para establecer enlaces con el plano parcial original de átomos. Este desplazamiento hace que la dislocación se mueva un espacio de un átomo hacia el lado. Si este proceso continúa, la dislocación se recorre a través del cristal hasta que se produce un escalón en el exterior del mismo. El cristal ha sido deformado.

¿Por qué los materiales cerámicos presentan propiedades de aislación eléctrica? Justifique.

Los materiales cerámicos son elementos formados principalmente por enlaces iónicos. En un sólido iónico, cada ion tiene una capa de valencia llena, por lo tanto, los electrones no pueden sacarse con facilidad de su ion anfitrión. La conducción eléctrica suele requerir el movimiento de los iones completos, un movimiento más difícil y lento, y la densidad de iones móviles es considerablemente menor que la de los electrones en los metales. Esto caracteriza a los sólidos iónicos como aislantes y no conductores eléctricos.

¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre un enlace iónico y un enlace secundario tipo Van der Waals?

Los enlaces secundarios, como los de tipo Van der Waals, unen moléculas o grupos de átomos mediante atracción electrostática débil, como en plásticos, cerámicos o agua. El mecanismo de enlazamiento secundario es algo semejante al enlace iónico, es decir, por atracción de cargas opuestas. La diferencia clave es que en los enlaces secundarios no se transfieren electrones y los órdenes de magnitud de las fuerzas son distintos. La atracción depende de distribuciones asimétricas de carga positiva o negativa dentro de una unidad atómica o molecular que se enlaza.

Explique los tipos de defectos de punto que se producen en los sólidos iónicos.

Generalidades

En sólidos iónicos también hay defectos de vacancias e intersticios. No hay vacancias únicas aisladas, porque la eliminación de un solo ion ocasionaría un desequilibrio eléctrico en el cristal. Por lo tanto, se producen:

• Defectos de Schottky:

  Grupo de vacancia catión-anión tal que el cristal queda eléctricamente neutro.

• Defecto de Frenkel:

  Otra posibilidad para mantener la neutralidad es la formación de un par vacancia/intersticial.

Explique la principal causa de los siguientes tipos de defectos cristalinos:

• Defectos de punto:

  Los defectos puntuales ocurren como resultado directo de la vibración térmica de la estructura del cristal.

• Dislocaciones:

  Los defectos lineales, unidimensionales, están asociados sobre todo con deformaciones mecánicas.

• Límites de grano:

  Cuando dos granos se encuentran inclinados unos grados uno con respecto a otro, esta frontera inclinada está configurada por pocas dislocaciones de borde aisladas.

• Defectos tridimensionales:

  Un conjunto de defectos puntuales pueden formar un defecto volumétrico.

¿Cuál es el rol que cumple el ingeniero constructor en la selección de los materiales de ingeniería?

Debido a la diversidad de posibles respuestas, estas serán evaluadas en función del mérito de estas.