Dislocación producida al torcer un cristal de forma que un plano atómico produce una rampa en espiral alrededor de la dislocación.

Tema 4: Imperfecciones o defectos cristalinos

Defectos Cristalinos

Un defecto o imperfección es cualquier separación de la Estructura ideal Los defectos se deben a causas inevitables porque no podemos Actuar para conseguir que desaparezca. La primera causa es el proceso seguido Para la obtención del material. La solidificación del material también puede Influir en la aparición de imperfecciones. Ya en estadosólido por causa de los Tratamientos térmicos, mecánicos oacción de radiación pueden llegar a inducir La creación de un mayor número de defectos.En el caso de los materiales la Aparición de los defectos es algo que intencionadamente se provoca ya que Pueden mejorar alguna propiedad específica. El silicio por ejemplo puede Mejorar su conductividad gracias a la aparición de cantidades dosificadas de Impurezas.Se puede regular que un material tenga buena resistencia y tenacidad Cosa que normalmente varía de forma antagónica.Hay materiales que solo es Posible endurecerlos actuando de forma intencionada.

Tipos de Defectos:

Atendiendo Al número de dimensión de la regíón sobre la que se extiende Puntuales, Lineales y superficiales.

Defectos Puntuales:

Afectan a una o varias posiciones próximas. Las causas Pueden ser diversas: colocación incorrecta de átomos durante el proceso de solidificación,agitación Térmica, tratamientos térmicos y/o mecánicos, acción de radiaciones, adición Intencionada.Pueden estar ocasionados por los átomos principales: vacantes, Intersticiales. O bien por otros átomos diferentes O impurezas: sustitucionales, Intersticiales.

Vacantes

Son Los defectos puntuales más abundantes asociada a la colocaciónincorrecta de los átomos.Aparecen cuando una posición reticular está desocupada. Las vacantes o Vacancias juegan un papel muy importante en las transformaciones a estado sólido.El Número de vacantes viene dado por la siguiente formula:

Nv =Nexp ( - Ev /kT) //Nv:numero de Vacantes N:numero de posiciones reticulares Ev:energía de activación K: Constante de blietzman

La energía necesaria para formar una vacante es del orden de 10kTf siendo Tf la temperatura de fusión A temperaturas próximas a la de fusión La fracción molar de vacantes es del orden de e^-10 o sea una de cada 10000 Posiciones reticulares esta desocupada.El número de vacantes decrece Rápidamente cuando se enfría hasta alcanzar la temperatura ambientes siendo la Fracción molar de vacantes del orden de e^-50 o sea una de cada 10^22 Posiciones reticulares está desocupada. Teniendo en cuenta la celeridad del proceso De paso al equilibrio, es decir su cinética, se pueden alcanzar dos situaciones Extremas diferentes:

Estado recocido

Enfriamiento muy lento alcanzando el equilibrio en todo momento.

Estado de temple

Enfriamiento muy rápido congelando la población de vacantes a altas Temperaturas.

A elevadas temperaturas pueden aparecer vacantes asociadas, divacantes O trivacantes.El número de vacantes asociadas en un metal en equilibrio se Puede aproximar al cuadrado o al cubo de Nv. A temperatura ambiente son Prácticamente inexistentes.

Átomos Intersticiales

Son mucho menos abundantes que las vacantes en Condiciones de equilibrio y ello es debido al hecho de que la colocación de un átomo De la red en una posición intersticial provoca una gran distorsión de la misma. La energía de activación es elevada del orden de 5 eV y la fracción molar es Del orden de 10^-20 a altas temperaturas y nula a temperatura ambiente.

Átomos de Impurezas

Se dan cuandoátomos extraños a los que se definen en la Red aparecen en pequeñas proporciones bien accidentalmente o introducidos de Forma controlada. Pueden situarse bien sea en posiciones reticulares (impurezas Sustitucionales) cuando su tamaño átomo sea grande o bien en posiciones Intersticiales (impurezas intersticiales) si son de tamaño reducido. Las impurezas Tienden a aumentar la dureza y la resistencia tanta cuanta mayor deformación Causen en la red.El efecto endurecedor de las impurezas que entran por inserción Es más importante que el de las impurezas que entran por sustitución.  Además pueden actuar en el sentido de Obstaculizar el desplazamiento de otros tipos de defectos (dislocaciones).

Defectos de Tipo Frenkel y Schottky

En los cristales iónicos pueden aparecer otros dos tipos de Defectos puntuales:

Defecto Schottky

Dos iones de carga opuesta crean sendas vacantes manteniendo el equilibrio Electrostático.

Defecto Frenkel

Vacante creada por un ion que se desplaza a una posición intersticial.

Defectos Lineales

La deformación no se produce de forma simultánea  sobre todo el plano de deslizamiento si no Que lo hace de modo progresivo de forma que la zona cizallada crece con el Tiempo. El límite que separa la parte del cristal ya cizallada y la que no se Llama dislocación
Existen dostipos de dislocaciones: tipo cuña y tipo tornillo.

Tipo cuña

Por Encima o por debajo de un plano aparece un semiplano extra que origina que Alrededor de la línea de dislocación aparezca una zona defectuosa en la que los átomos se dos ponen de forma diferente a como lo hacen en un cristal ideal. Las Dislocaciones se caracterizan por su vector desplazamiento. En las Dislocaciones de tipo cuña la línea de dislocación u el vector de Burgers son Perpendiculares y ambas están contenidas en plano de desplazamiento

Tipo Tornillo

Los planos cristalográficos se disponen alrededor de la Línea de dislocación como la hélice de un tornillo.El vector de Burgers y la Línea de dislocación son paralelos.

Dislocación Tipo mixta

Las dislocaciones no tienen por qué ser ni puramente de Cuña o de tornillo. El ángulo que forman entre si el vector Burgers y la línea De dislocación varia de un punto a otro dando lugar a una dislocación mixta. Las Dislocaciones o bien tienen sus extremos en la superficie u otras zonas Defectuosas o bien aparecen formando bucles.

Densidad de Dislocaciones

Las dislocaciones es un defecto que aparece con suma Frecuencia y es fácilmente perceptible con el material adecuado. Técnicas como La microscopia óptica o electrónica se pueden llegar a medir la población de dislocaciones En un cristal. Se expresa en número de dislocaciones que interceptan la unidad De superficie o bien como la longitud total de las líneas de dislocación por Unidad de volumen. Sus unidades son 1/m2 o m/m3. Para metales puros en estado Recocido la densidad de dislocaciones es del orden de 10^12/m2. En metales Deformados intensamente la densidad puede llegar a ser 4 órdenes de magnitud Superior 10^16/m2. Esto quiere decir que la densidad de las dislocaciones se puede Modificar mediante tratamiento térmico o por deformación.  Los defectos interactúan con las dislocacionespudiendo Estas superar o no el obstáculo. En general las irregularidades de lared obstaculizan El movimiento de las dislocaciones dificultando la deformación de los cristales Aumentado su resistencia. En los tratamientos de maduración la precipitación de Los compuestos llamados intermetálicos en forma muy fina y aleatoriamente Dispersos en la matriz provoca un impedimento al desplazamiento de las dislocaciones Y consecuentemente un aumento muy importante de las propiedades resistivas. En Los procesos de deformación en frio se provoca la multiplicación de las dislocaciones De forma que estas interactúan entre si y se restan movilidad aumentando la Resistencia. La resistencia por tanto crece al aumentar la densidad de Dislocaciones. Esto no quiere decir que cuanto menor sea la densidad de dislocaciones Menos resistente es un material porque debajo de un valor umbral aumenta de Forma notoria la resistencia.

Defectos Superficiales

Se pueden considerar los siguientes casos:

Bordes de Grano

También conocido como límite o junta de grano.

Borde de Subgrano

También conocido como subjunta de grano.

Maclado

Bordes de Grano

Los materiales cristalinos son en la inmensa mayoría De los casos policristalino, es decir son un agregado de granos o cristales. Dentro De cada grano o cristal la disposición de los átomos es ordenada en las tres Dimensiones. Cada grano o cristal se orienta al azar respecto a los granos Vecinos. El borde de grano es la interfase que separa dos granos vecinos. Los Bordes de grano sonzonas de transición en las que no se presenta el Ordenamiento de ninguno de los granos vecinos. El espesor del borde de grano es Del orden de A. Su presencia resta movilidad a las dislocaciones y como Consecuencia de ello provoca un aumento de las propiedadesresistivas. Los bordes De grano son defectos que tienen una importante influencia sobre algunas Propiedades resistivas.

Bordes de Subgrano

Si se calienta un metal que no sufra transformaciones Alotrópicas hasta una temperatura próxima a la temperatura próxima a la de Fusión y tras permanecer un tiempo prologado a dicha temperatura después se enfría Lentamente, se observa que los granos aparecen divididos por unas líneas mucho Más tenues que las del borde de grano. Cada una de esas divisiones se conoce Con el nombre de cristalita o subgrano y las líneas de separación son las Subjuntas de grano. La estructura resultante se denomina estructura mosaico

Maclado

Es Un movimiento de planos atómicos paralelo a un plano específico de manera que La red se divide en dos partes simétricas diferentemente ordenadas. La cantidad De movimiento de cada plano en la regíón maclada es proporcional a su distancia Al plano de maclaje. De esta forma se logra una imagen especular en la regíón Maclada de la red sin deformar. El espesor de las maclas varía entre 10^3 y 10^5 espaciados atómicos de manera que son resolubles con la microscopia…. En Los cristales CCC los planos de macla son los { 1 1 1 } y el desplazamiento Tiene lugar a través de las direcciones < 1 1 2 >.En los cristales CC los Planos de macla son los {1 1 2} y las direcciones de desplazamiento son las <1 1 1>