Intersticios Tetraédricos y Octaédricos

FCC

En una red cúbica de caras centradas originada por un  empaquetado cúbico compacto, las posiciones interatómicas pueden ser:

    Posición octaédrica (NC=6): La posición central de la celda, al igual que las posiciones medias en las aristas del cubo, está rodeada por seis átomos que forman los vértices de un octaedro. (figura a)

        12/4 (en aristas) + 1 (centro) = 4 posiciones octaédricas

   Posición tetraédrica (NC=4). (Existen ocho posiciones tetraédricas en la celda). (figura b)

    Posición triangular (NC=3): Cada tres átomos contiguos determinan un triángulo equilátero cuyo centro es una posición de coordinación 3. (figura c)

HCP

La red hexagonal originada por un  empaquetado hexagonal compacto, las posiciones interatómicas pueden ser:

    Posición octaédrica (NC=6): Los lugares octaédricos están situados entre dos triángulos de direcciones opuestas, cada uno formado por tres átomos situados en uno de los pisos del empaquetado. (figura a)

    Posición tetraédrica (NC=4): Las posiciones tetraédricas existen entre dos pares de átomos en direcciones perpendiculares entre sí y situados cada par en un piso del empaquetado. También aparecen estas posiciones en el centro del tetraedro regular formado por tres átomos de un piso y el tangente a ellos situado en el piso inmediato. (figura b)

    Posición triangular (NC=3): Cada tres átomos contiguos determinan un triángulo equilátero cuyo centro es una posición de coordinación 3. (figura c)

Regla de la Palanca

Los porcentajes en peso de las fases en las regiones bifásicas de un diagrama de fases en equilibrio binario se calculan mediante la regla de la palanca. Por ejemplo, usando la regla de la palanca, el tanto por ciento en peso de líquido y el tanto por ciento en peso de sólido para una temperatura determinada se calcula para una aleación de composición media en la región bifásica (líquido más sólido) en el diagrama de fases binario Cu-Ni.

Para obtener las ecuaciones de la regla de la palanca se considera el diagrama de fases en equilibrio binario de dos elementos A y B, que son completamente solubles entre sí, corno muestra la Figura.

Sea la composición de la aleación de interés y w0 la fracción en peso de B en A. Sea T la temperatura de interés. Si se traza una isoterma a esa temperatura T desde la línea de líquidos hasta la de sólidos (línea LS), a la temperatura T la aleación x consta de una mezcla de líquido de fracción en peso wl de B y sólido de fracción en peso ws de B. 

Las ecuaciones de la regla de la palanca se obtienen usando balances de peso. Una ecuación para la obtención de dichas ecuaciones se obtiene al sumar la fracción de peso de la fase liquida, Xl y la fracción de peso la fase sólida, Xs, e igualar dicha suma a la unidad. De este modo:

Una segunda ecuación para la deducción de la regla de la palanca se obtiene por balance de peso de B en la aleación como un todo y la suma de B en las dos fases por separado. Considérese 1 g de la aleación y efectúese el balance de peso:

DEFECTOS CRISTALINOS 2

Un defecto cristalino es cualquier perturbación en la periodicidad de la red de un sólido cristalino. El cristal perfecto es un modelo ideal, en el que las diferentes especies (ya sean moléculas, iones o átomos neutros) están colocados de forma periódica y regular, extendiéndose hasta el infinito. En la realidad, cualquier cristal presenta defectos en este modelo ideal, empezando por el hecho de que no hay cristales infinitos.

Defectos puntuales

Son discontinuidades de la red que involucran uno o quizá varios átomos. Los defectos puntuales alteran el arreglo perfecto de los átomos circundantes, distorsionando la red a lo largo de quizás cientos de espaciamientos atómicos, a partir del defecto. Una dislocación que se mueva a través de las cercanías generales de un defecto puntual encuentra una red en la cual los átomos no están en sus posiciones de equilibrio. Esta alteración requiere que se aplique un esfuerzo más alto para obligar a que la dislocación venza al defecto, incrementándose así la resistencia del material.

Vacancias: Una vacancia se produce cuando falta un átomo en un sitio normal.

Defectos intersticiales: Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un átomo adicional en una posición normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina. Los átomos intersticiales, mucho más pequeños que los átomos localizados en los puntos de la red, son mayores que los sitios intersticiales que ocupan; en consecuencia, la red circundante aparece comprimida y distorsionada.

Defectos sustitucionales: Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un átomo por otro de un tipo distinto. El átomo sustitucional permanece en la posición original. Cuando estos átomos son mayores que los normales de la red, los átomos circundantes se comprimen; si son más pequeños, los átomos circundantes quedan en tensión.

Defecto Frenkel: Se da cuando un ion salta de un punto normal de la red a un sitio intersticial, dejando detrás una vacancia.

Defecto Schottky: Es un par de vacancias en un material de enlace iónico; deben faltar tanto un anión como un catión de la red si se ha de preservar la neutralidad eléctrica del cristal.

Defectos de línea (Dislocaciones)

Es un defecto lineal o unidimensional en torno a algunos átomos desalineados.

Dislocación de arista o de borde: Un semiplano extra de átomos se inserta en la estructura cristalina

Dislocación helicoidal o de tornillo: Los planos atómicos trazan un camino espiral o helicoidal al redor de la línea de dislocación.

Defectos de superficie

Son las fronteras o planos que separan un material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalográficas distintas.

Superficie del material: En las superficies externas del material la red termina de manera abrupta. Cada átomo de la superficie ya no tiene el mismo número de coordinación y se alterar el enlace atómico. Asimismo, la superficie puede ser muy áspera y contener pequeñas muescas.

Fronteras de grano: La microestructura de la mayor parte de los materiales está formada por muchos granos. Un grano es una porción del material dentro del cual el arreglo atómico es idéntico.

Sin embargo, la orientación del arreglo atómico, o de la estructura cristalina, es distinta para cada grano. La frontera de grano, que es la superficie que separa los granos, es una zona estrecha en la cual los átomos no están correctamente espaciados. Esto quiere decir que, en algunos sitios, los átomos están tan cerca unos de otros en la frontera de grano que crean una región de compresión y en otras áreas están tan alejados que crean una región de tensión.

Bordes de macla: Un límite de macla es un tipo especial de límite de grano a través del cual existe una simetría de red especular; esto es, los átomos de un lado del límite son como imágenes especulares de los átomos del otro lado. La región de material entre estos límites se denomina macla. Las maclas se generan por desplazamientos atómicos producidos al aplicar fuerzas mecánicas cizallantes (maclas mecánicas) y también durante tratamientos térmicos de recocido posteriores a la deformación (maclas de recocido). Los bordes de macla interfieren con el proceso de deslizamiento incrementando la resistencia del metal.

SOLUCIONES SOLIDAS Y DIAGRAMA DE FASES

Soluciones Solidas

Es una solución en estado sólido de uno o más solutos en un disolvente.

 INTERSTICIALES 

Un compuesto intersticial o aleación intersticial son compuestos no- estequiométrico de al menos dos elementos. Se trata de un compuesto o una aleación en la que una parte de las cavidades intersticiales en la red cristalina están ocupados por los átomos o iones de un elemento de aleación.

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Sustitucionales

Son en las que el átomo o ion que se introduce sustituye a otro átomo o ión de la misma carga en la estructura huésped

Diagrama de Fase

Sustancias Puras: Una sustancia pura es aquella cuya composición no varía, aunque cambien las condiciones físicas en que se encuentre. Por ejemplo, el agua tiene una fórmula que es H₂O y es siempre la misma, lo que indica que está formada por moléculas en las que hay 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno. Si cambiara esa fórmula, sería otra sustancia diferente. 

·         Sistemas Isomorfos: En los sistemas isomorfos, sólo se forma una fase sólida; los dos componentes del sistema presentan solubilidad sólida ilimitada. Diagramas de fase: Son representaciones gráficas de las fases que están presentes en un sistema de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones.

·         Sistemas Eutécticos: Se entiende por eutéctico a la mezcla homogénea de sólidos íntimamente conectados, formando una  retícula, al alcanzar una proporción de porcentaje atómico única entre los componentes, que posee un punto de fusión más bajo que el que poseen los compuestos individualmente.

Eutéctico es una mezcla de dos componentes con punto de fusión (solidificación) o punto de vaporización (licue facción) mínimo, inferior al correspondiente a cada uno de los compuestos en estado puro. Esto ocurre en mezclas que poseen alta estabilidad en estado líquido, cuyos componentes son insolubles en estado sólido.

Dados un disolvente y un soluto insolubles en estado sólido, existe para ellos una composición llamada mezcla eutéctica en la que, a presión constante, la adición de soluto ya no logra disminuir más el punto de fusión. Esto hace que la mezcla alcance el punto de congelación (en caso de líquidos, licue facción) más baja posible y ambos se solidifiquen a esa temperatura (temperatura eutéctica).