TEORIA MATERIALES(a1,a2)
TEMA A1
ESTRUCTURAS CRISTALINAS
ESTADO AMORFO VS ESTADO CRISTALINO
E.Amorfo 🡪Distribución irregular de los átomos (se conocen como vidrios)
E.Cristalino🡪Distribución regular y periódica de los átomos (se conocen como cristales)
Cristal ideal---Formado por la celda unidad, que es un paralelepípedo
Sistema cristalino🡪Existen 7 sistemas cristalográficos según Bravais,dentro del sistema cubico existen 3;
Cúbicas----------------------SIMPLE---------------CENTRADA EN EL CUERPO---------------CENTRADA EN LAS CARAS
(SC) (BCC) (FCC)
METALES:
Existen 3 tipos de estructuras para los metales: BCC,FCC y HCP (esta ultima :hexagonal compacta)
FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO:
Es la cantidad de espacio que ocupan los átomo dentro de la celda unidad. Las estructuras compactas tienen mayor factor de empaquetamiento que las estructuras menos compactas. FE=Volúmen de atomos/Volumen total
INDICE DE COORDINACION:
Numero de átomos vecinos a un átomo dado que equidistan de él. (CS=6)-(BCC=8)-(FCC=12)
INTERSTICIOS:
Son espacios dentro de las celdillas donde caben átomos de tamaños menores al del átomo principal.
TEMA A1
ESTRUCTURAS CRISTALINAS II
PLANOS Y DIRECCIONES CRISTALOGRÁFICAS:
Dirección: segmento que une nudos de la red
Plano: determinado por tres nudos de la red
Dirección:
• Calcular coordenadas punto O. • Calcular coordenadas punto E. • Obtener vector OE (E-O). • Quitar fracciones. • Reducir a los mínimos enteros. • Los tres índices, entre corchetes:
Plano:
Tomar origen que no contenga al plano. • Calcular los puntos de intersección con los tres ejes (puede ser ∞). • Hacer la inversa de los puntos. • Quitar fracciones. • Reducir a los mínimos enteros primos entre sí.
DENSIDAD LINEAL Y PLANAR:
Lineal se refiere a una línea de átomos y planar a un plano atómico.
P1= longitud (contenida en la línea) de los átomos con centro en dicha línea/ longitud de la línea seleccionada.
Pp= área (contenida en el plano) de los átomos con centro en dicho plano/ área del plano seleccionado.
POLIMORFISMO : propiedad de algunas sustancias, capaces de cristalizar con más de una estructura cristalina, en función de la presión y/o temperatura.
ALOTROPIA: polimorfismo, en el caso en que la sustancia sea un elemento químico
TEMA A2
DEFECTOS CRISTALINOS
CRISTAL IDEAL: modelo ideal en el que las diferentes especies están colocadas de manera periodica y regular hasta el infinito.
DEFECTO: cualquier alejamiento de la periodicidad del cristal ideal.
CAUSAS: 1) Los átomos están oscilando continuamente (agitación térmica).
2) Es imposible preparar sustancias 100% puras.
3) Los defectos, al aumentar la entropía de un cristal, contribuyen a reducir su energía libre.
4) Proceso de preparación de los materiales: solidificación, deformación, etc.
5) Acciones mecánicas que pueden desplazar a los átomos de sus posiciones.
TIPOS:
A. Defectos de punto Vacantes Schottky y Frenkel Impurezas
B. Defectos lineales Dislocaciones
C. Defectos superficiales Bordes de grano
D. Defectos tridimensionales Inclusiones, precipitados
VACANTES: Siempre hay vacantes, son intrínsecos. Su concentración depende de la Tª
N: número total de posiciones atómicas (ocupadas o vacías)
EV: energía para crear una vacante (J, eV)
kB: cte. de Boltzmann = 8.62·10-5 eV/K·át=1.38·10-23 J/K·át
QV: energía para crear 1 mol de vacantes (J/mol, cal/mol)
R: cte. de los gases ideales = 1.987 cal/K·mol R =NA · kB
DEFECTO DE PUNTO (SCHOTTKY Y FRENKEL)
Schottky : Faltan dos iones de carga opuesta Vacante de catión + vacante de anión
Frenkel: Un catión se mueve a una posición intersticial Vacante de catión + catión intersticial
IMPUREZAS ATOMICAS: átomo de composición química diferente a la del cristal
Las hay : 1)Sustitucionales: átomo extraño que sustituye a uno de la matriz.
2)Intersticial: átomo extraño que ocupa un intersticio de la matriz.
DISLOCACIONES: se refiere al cambio abrupto de una estructura ordenada de átomos a lo largo de una “línea de dislocación”. (Suele ocurrir en la deformación plástica, estas influyen en las propi. Mecánicas del material)
Densidad de dislocaciones : longitud de líneas de dislocación por unidad de volumen del cristal. (cm/cm^-2)
CAUSAS: DEFORMACIÓN PLÁSTICA DEL CRISTAL
- Acción de un esfuerzo externo
- Límites de grano, defectos internos e irregularidades superficiales —>concentradores de tensiones —>facilitan su formación
SOLIDIFICACIÓN DEL CRISTAL
PERTURBACIONES INTERSTICIALES:
- Acción de una excitación exterior (ej. bombardeo con neutrones)🡪 los átomos pasan a posiciones intersticiales🡪asimetría de la red
-Para deformar plásticamente un cristal deberemos facilitar el movimiento de las dislocaciones mientras que si queremos mejorar la resistencia de un cristal queremos evitar que se muevan.
BORDES DE GRANO: La mayor parte de los materiales comunes son policristalinos: están formados por monocristales (granos) orientados en direcciones cristalográficas diferentes.
FRONTERAS DE GRANO: regiones que separan dos o
más granos en un policristal ,
zonas menos estables que la masa del cristal y
tienen una energía interfacial asociada.