Como se escribió , un material cristalino es aquel en el que los átomos están situados en una matriz periódica o repetida sobre grandes distancias atómicas, es decir, existe un orden de largo alcance, de modo que al solidificarse, los átomos se posicionarán en una secuencia repetitiva de tres. patrón dimensional, en el que cada átomo está unido a sus átomos vecinos más cercanos. Pero la realidad es diferente, los cristales reales nunca son perfectos . Siempre hay defectos. La influencia de estos defectos no siempre es adversa y, a menudo, las características específicas se modelan deliberadamente mediante la introducción de cantidades controladas o números de defectos particulares.
Defectos puntuales
Los defectos puntuales tienen dimensiones atómicas, por lo que ocurren solo en o alrededor de un único punto de la red. No se extienden en el espacio en ninguna dimensión. Las imperfecciones puntuales en los cristales se pueden dividir en tres categorías principales de defectos.
Defectos de vacantes . Los defectos de vacante son el resultado de la falta de un átomo en una posición reticular. La estabilidad de la estructura cristalina circundante garantiza que los átomos vecinos no colapsarán simplemente alrededor de la vacante. El tipo de defecto de vacante puede resultar de un empaquetamiento imperfecto durante el proceso de cristalización, o puede deberse al aumento de las vibraciones térmicas de los átomos provocadas por la temperatura elevada. Todos los sólidos cristalinos contienen vacantes y, de hecho, no es posible crear un material libre de estos defectos. Una vacante (o un par de vacantes en un sólido iónico) a veces se denomina defecto de Schottky.. Este defecto puntual se forma cuando los iones con carga opuesta abandonan sus sitios de celosía, creando vacantes. Estas vacantes se forman en unidades estequiométricas, para mantener una carga neutra general en el sólido iónico.
Defectos sustitutivos . Debido a las limitaciones fundamentales de los métodos de purificación de materiales, los materiales nunca son 100% puros, lo que por definición induce defectos en la estructura cristalina . Los defectos de sustitución resultan de una impureza presente en una posición reticular. Para el tipo de sustitución, los átomos de soluto o impureza reemplazan o sustituyen a los átomos del huésped . Varias características de los átomos del soluto y del solvente determinan el grado en que el primero se disuelve en el segundo. Estos se expresan como las reglas de Hume-Rothery . De acuerdo con estas reglas, se pueden formar soluciones sólidas de sustitución si el soluto y el solvente tienen:
- Radios atómicos similares (15% o menos de diferencia)
- Misma estructura cristalina
- Electronegatividades similares
- Valencia similar: una solución sólida se mezcla con otras para formar una nueva solución.
Defectos intersticiales . Los defectos intersticiales son el resultado de una impureza ubicada en un sitio intersticial o uno de los átomos de la red está en una posición intersticial en lugar de estar en su posición de red. Un autointersticial es un átomo del cristal que se apiña en un sitio intersticial. En los metales, un autointersticial introduce distorsiones y tensiones relativamente grandes en la red circundante porque el átomo es sustancialmente más grande que la posición intersticial en la que está situado. Los defectos intersticiales son generalmente configuraciones de alta energía, por otro lado, la formación de este defecto no es muy probable. Los átomos pequeños (en su mayoría impurezas) en algunos cristales pueden ocupar intersticios sin alta energía, como el hidrógeno.
Defectos de Frenkel. Un defecto de Frenkel o un par de Frenkel es un par cercano de una vacante y un defecto intersticial. Esto se produce cuando un ion se mueve hacia un sitio intersticial y crea una vacante. Su principal mecanismo de generación es la irradiación de partículas. Los defectos de Frenkel son típicos del daño por radiación causado por neutrones de alta energía. Un neutrón de 1 MeV puede afectar aproximadamente a 5000 átomos. La presencia de muchos picos de desplazamiento cambiará las propiedades del material que se irradia. Un pico de desplazamiento contiene una gran cantidad de intersticiales y vacantes de celosía.
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Ciencia de los materiales:
- Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
- Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
- William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
- Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: entender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
- Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
- González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
- Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
- JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
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