Defectos Cristalinos 2015 1

7/17/2019 Defectos Cristalinos 2015 1

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DEFECTOS CRISTALINOS

1Profesora: Clara Turriate.


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DEFECTOS DE LA ESTRUCTURACRISTALINA

Los slidos reales contienen imperfecciones cuyo

nmero y tipo juega un papel importante en la

determinacin de las propiedades del slido.

Muchas de sus propiedades fsicas y mecnicas de los

materiales pueden ser afectados, tales como:

- la capacidad de formar aleaciones en fro,

- la conductividad elctrica

- la corrosin etc.

Clara Turriate 2


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!ormacin de un cristal

Clara Turriate 3

Indeendiente!ente del !e"anis!o a!#iental $ue %a

ori&inado un "ristal' este si&ue dos etaas: nucleacin( crecimiento.1. N)CLEACI*N.+ Co!ien,a "on la for!a"i-n de un

n"leo o art/"ula ini"ial' a artir de la "ual 0ste (auede "re"er ( uede ser:

Homognea: mismacomposicin del cristal

Heterognea: diferente

composicin.Las partculas extraasquedan incluidas dentro delnuevo cristal.


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2. CRECIIENTO.+ A artir de los n"leos se ini"ia elcrecimiento de los "ristales sie!re $ue las"ondi"iones del !edio lo er!itan tie!o'

esta#ilidad' et".

La "ristali,a"i-n nun"a es erfe"ta. 4aria"iones en el"olor o la for!a de los "ristales

El "re"i!iento real de los "ristales se seara de este

!odelo ideal' rodu"i0ndose los defectos cristalinos.Clara Turriate 5


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DEFECTO C!"T#L"$O

Clara Turriate 6

Son discontinuidades en la organizacin espacial del cristal.

Influyen en las propiedades mecnicas, fsicas y qumicas de

los materiales cristalinos.

%ueden ocurren por:

- el movimiento t&rmico de lasunidades que forman la red'

- tensiones impuestas so(re elslido desde el exterior'

-

dislocacin de arista'- defectos macroscpicos talescomo fisuras' poros ) lasinclusiones extraas.


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" DEFECTO T*!+"CO: Dilatacin t&rmica por

vi(racin." DEFECTO ELECT!,$"CO: "mpure-as atmicas.

" +#TE!"#LE E+"CO$DCTO!E

" DEFECTOS ATMICOS: Fallos en la estructura

cristalina

" %$T#LE' L"$E#LE O %E!F"C"#LE

Clara Turriate 7


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DEFECTOS PUNTUALES

"ATMOS INSTERSTICIALES:

"tomo en un intersticio."Espontneo."L! concentr!ci"n !ument! conTemper!tur!.

"LU#ARES $ACANTES: En %os &ue no'!( tomos"TOMO E)TRA*OS:

tomos +i,erentes &ue se sit-!n en %ospuntos reticu%!res o en %os 'uecos.Espontneo.

L! concentr!ci"n sue conTemper!tur!.

Clara Turriate8

A B

C##$ LOEFECTO DE

D"F",$.


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" Vacanciaes un hueco creadopor la perdida de un tomo #ue

se encontra$a en esa posicin

dejando un lugar vacante." %istorsionan la red.

" &l nmero de vacantes en

e#uili$rio se incrementa con latemperatura.

Clara Turriate 9

%ue"oDEFECTOSPUNTUALES

Esp!cios/!c0os en %!

re+


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DEFECTOS PUNTUALES

&ste defecto ocurre cuando untomo del slido es reempla'adopor un tomo diferente.

&l tomo sustituyente puede serms grande o ms pe#ue(o #ue eltomo original.

&ste defecto puede presentarsecomo una impure'a o como unaadicin deli$erada en una aleacin.

Las impure'as dan lugar a la formacin

de cristales no este#uiomtricos.Clara Turriate

ATOMOS E)TRA*OSEN LA RED


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DEFECTOS PUNTUALES

)curre cuando un ion salta de un

punto normal dentro de la red a un

sitio intersticial dejando entonces

una vacancia. *cristales inicos+

Clara Turriate 1;

.

DEFECTO SC1OTT23

O"urre "uando un i-n !i&ra a lasuer


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ermiten:

La difusin en el estado slido

!ormacin de soluciones slidas *aleaciones+

lta conductividad trmica y elctrica de losmetales

Modifican las propiedades del cristal

IPORTANCIA DE LOS DEFECTOS P)NT)ALES

Clara Turriate 11


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Identi


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Son defe"tos $ue dan lu&ar a

una distorsi-n de la red"entrada en torno a unal/nea. Se "rean durante lasolidisti"a' or "ondensa"i-n de4a"antes.

DEFECTOS DE I!EA

Clara Turriate 13


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IMPORTANCIA DE LAS

DISLOCACIONES

" roveen ductilidad en los metales. i no estuvieranpresentes las dislocaciones, una $arra de hierro sera frgil y

los metales no podran ser moldeados por varios procesos

tales como forjado.

" &l desli'amiento atmico e/plica el por#ue de la baja

resistencia de los metales respecto al valor terico

predicho por los enlaces metlicos

" &s posi$le controlar las propiedades mecnicas de un

metal o aleacin inter!iriendo con el mo"imiento de las

dislocaciones

Clara Turriate 15


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DEFECTOS BIDI"E!SIO!AES

RED de "ristaldefe"tuosoRED de "ristal ideal

!ronteras superficiales, interfases o planos #ue separan un

material en regiones de la misma estructura cristalina perocon distintas orientaciones *material policristalino+. 0ipos:$orde de grano*limite entre cristales+, superficies li$res * encontacto con el am$iente+y planos de macla*cam$io de

orientacin del grano+.

Clara Turriate 16


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I"ITES DE#$A!O

e puede definir como lasuperficie que separa los 0ranosindividuales de diferentesorientaciones cristalo0r1ficas en

materiales policristalinos. e puede controlar las

propiedades de un materialmediante el endurecimiento por

tamao de 0rano de(ido a que loslmites de 0rano act2an como

(arreras al movimiento dedislocaciones.

Clara Turriate 17

Li!itede

&rano


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El %orde de macla es un lano$ue seara dos artes de un &rano$ue tienen una e$ue?a diferen"iaen la orienta"i-n "ristalo&r>


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"onocristales

/ El ordenamiento atmico es perfecto/ $o 3a) interrupciones a lo lar0o de todo el material/ $o 3a) cam(ios en la orientacin de la red/ La forma macroscpica de un monocristal puede refle4ar o no la

simetra de la estructura cristalina

#l0una aplicaciones in0enieriles precisan monocristales:

El i en la microelectronica5afiro 6#l7O89para la industria del l1serEl diamante en a(rasivosEl $i en superaleaciones para 1la(es de tur(inas

Las propiedades cam(ian con la direccin: anisotrpicos.


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Clara Turriate 1

&olicristales

La ma)ora de los slidos cristalinos est1n

formados por pequeas cristalitas;La estructura del cristal es la misma en cada una

de las cristalitas' pero la orientacin de la red varade unas a otras

Estas cristalitas se denominan 0ranos. La re0indonde dos 0ranos se encuentran se llama fronterade 0rano.

L!s propie+!+es pue+en o no /!ri!r con %! +irecci"n.# causa de las imperfecciones est1n mas cerca de alcan-ar laresistencia mec1nica ideal.

La ma)ora de los materiales en in0eniera son policristalinos.


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Aplicaciones de los cristales

Clara Turriate 2;

&aneles fotovoltaicos

n panel fotovoltaico consta de un cristal de slice que' al serestimulado por un fotn' es capa- de desprender electrones 4e,ecto,otoe%5ctrico6 que son reco0idos por un material conductor. Lafa(ricacin de paneles fotovoltaicos tiene la necesidad de

o(tencin de cristales planos' a un (a4o coste.


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Cristales l'uidosLos crist!%es %0&ui+os constan de un fluidocompuesto por mol&culas alar0adas quetienen la propiedad de ordenarse como un

cristal ante la polari-acin el&ctrica delmedio. #l ordenarse cam(ian sus

propiedades pticas 6color' opacidad' etc9.e 3an utili-ado intensamente en las

pantallas de pequeos aparatoselectrnicos 6calculadoras' relo4es9 )actualmente se est1n introduciendo en elmercado de los monitores 6pantalla plana9.


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Cristales articiales

u uso en la industria como cristales a(rasivos 6elalto coste de los naturales como el diamante 9.En la 4o)eria 6variedad de piedras preciosasartificiales con colores impactantes9.

In,ormtic!n c3ip consta de distintas capas de materialescrecidos durante el proceso de fa(ricacin: metal'xido ) semiconductor cristalino 6slice9 que' alreci(ir un impulso el&ctrico' puede transmitirlo ono a un material conductor.


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E@er"i"io de ali"a"i-n.1n o/ido de la forma 2 cristali'a en la misma estructuradel cloruro de sodio *3a4l: c$ico de cara centrada parael in 3a5 y para el in 4l-+. &l compuesto tiene unafrmula apro/imada de 26,78 &l defecto se presentade$ido a #ue algunas posiciones del catin estn

ocupados por tomos de y un nmero e#uivalente delas posiciones del anin estn vacos. %eterminar: *a+ ladensidad del cristal no este#uiomtrico, si la constantereticular de la celda unidad es 9,7; ta. 9, g?cc , @=

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E*ercicios

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1. Si la densidad real de un ala!#re de "o#re' de

1;;"! de lar&o ( un "ent/!etro de di>!etro' es 9'3&""' deter!ine:a. El or"enta@e de 4a"an"ias or "ada "elda unitaria#. La "antidad de 4a"an"ia "ontenidas en el ala!#re

". La "antidad de >to!os de Cu en el ala!#re.2. Se tiene una solu"i-n solida for!ada or >to!osB''' siendo B el !etal #ase' esta disueltointersti"ial!ente ( es sustituto. Se %adeter!inado eeri!ental!ente $ue 3;;1;;;lu&ares est>n 4a"antes' $ue la eansi-n4olu!0tri"a es 2 "onser4ado la solu"i-n el!is!o tio de red FCC $ue el !etal #ase' $ue elor"enta@e de esa"ios 4a"ios totales es de 21 (

$ue la densidad es 8'96 &"". Deter!ine la f-r!ula


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A. &l o/ido de hierro BB cristali'a en la misma estructura del cloruro desodio *3a4l: c$ico de cara centrada para el in 3a5 y para el in4l-+. &l compuesto tiene una frmula apro/imada de !e )CD. &ldefecto se presenta de$ido a #ue algunas posiciones del metal estnocupados por iones de !e5A en lugar de iones !e5@ y un nmeroe#uivalente de las posiciones de los aniones estn vacos. i larelacin de iones de !e5A a iones de !e5@ es como @es a D;, y laarista de la celda unidad es de A,@ E. %eterminar la densidad delcristal no este#uiomtrico.

9. 1na aleacin formada por A elementos ,2 y 4 presenta unempa#uetamiento c$ico de cuerpo centrado igual #ue el metal $aseFG. La aleacin se ha formado por sustitucin de 2 y por ocupacinintersticial de 4. 4onsiderando #ue dos de cada 866 lugares de la

red cristalina estn vacantes, #ue el = atmico de 2 es D6= de , elde 4 es D6= de y la e/pansin volumtrica D,@;= . %eterminar ladensidad de la aleacin.

%atos: >adio atmico de H D,D;E. Masa atmica de H ;I 2H;,9 I 4H D@

Clara Turriate 26


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>)B&%%& !JB4 %& L)MB3&>L&

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+.D,$E-A

/.E0foliacin

1.Densidad

2.Tenacidad

3.Brillo

4.Color

Es"ala de o%s


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1n semiconductor, es un material #ue tiene las

propiedades elctricas de un conductor y de un aislante,como por ejemplo el #ermanioy el Silicio

$metaloides%, este ultimo el ms utili'ado en laactualidad para la fa$ricacin de componentes

electrnicos.

LOS SEMICOND&CTORES

1n material conductor, tiene grancantidad de electrones li$res,

permitiendo el flujo de electronesentre sus tomos *electricidad+

&je: el co$re.

1n aislantees todo locontrario por lo cual se

dice #ue no conduceelectricidad.&je: lstico

Silicio

- !a$ricacin de componentes electrnicos- 4onstruccin de ladrillos, vidrios y otros materiales- ilicona para implantes mdicos

- !ertil'ate en la agricultura


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emiconductores comerciales

Clara Turriate 29

Son !ateriales de "ondu"ti4idad inter!edia entre la de los!etales ( la de los aislantes' $ue se !odi


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NI$ELES DE ENER#7A : +ientras m1s distante se encuentre

el electrn del n2cleo ma)or es el estado de ener0a' ) cualquier

electrn que 3a)a de4ado su 1tomo' tiene un estado de ener0ama)or que cualquier electrn en la estructura atmica.


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Si un ele"tr-n de la #anda de 4alen"ia al"an,ara la ener&/ane"esaria ara saltar a la #anda de "ondu""i-n' odr/a!o4erse al estado 4a"/o de la #anda de "ondu""i-n de otro>to!o 4e"ino' &enerando "orriente el0"tri"a. A te!eraturaa!#iente "asi nin&n ele"tr-n tiene esta ener&/a.

Es un aislante.

Si un ele"tr-n de la #anda de 4alen"ia al"an,ara la ener&/a

ne"esaria ara saltar a la #anda de "ondu""i-n' odr/a!o4erse al estado 4a"/o de la #anda de "ondu""i-n de otro>to!o 4e"ino' &enerando "orriente el0"tri"a. A te!eraturaa!#iente "asi nin&n ele"tr-n tiene esta ener&/a.Es un aislante.

Ganda ro%i#idaE&H7e

Dia&ra!a de #andas del Car#ono: diamante

Ganda de 4alen"ia5 ele"trones>to!o++

++

Ganda de "ondu""i-n5 estados>to!o

Ener&/a


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No %a( #anda ro%i#ida. Los ele"trones de la #andade 4alen"ia tienen la !is!a ener&/a $ue los estados4a"/os de la #anda de "ondu""i-n' or lo $ue ueden!o4erse &enerando "orriente el0"tri"a. Atemperatura ambiente es un buen conductor.

No %a( #anda ro%i#ida. Los ele"trones de la #andade 4alen"ia tienen la !is!a ener&/a $ue los estados4a"/os de la #anda de "ondu""i-n' or lo $ue ueden!o4erse &enerando "orriente el0"tri"a. Atemperatura ambiente es un buen conductor.

Dia&ra!a de #andas del Car#ono: grafto

Ganda de4alen"ia

5 ele"trones>to!o


++

++E

ner&/a


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Si un ele"tr-n de la #anda de 4alen"ia al"an,a la ener&/ane"esaria ara saltar a la #anda de "ondu""i-n' uede !o4erse

al estado 4a"/o de la #anda de "ondu""i-n de otro >to!o

4e"ino' &enerando "orriente el0"tri"a. A te!eratura a!#iente

al&unos ele"trones tienen esta ener&/a. Es un semiconductor.

Si un ele"tr-n de la #anda de 4alen"ia al"an,a la ener&/a

ne"esaria ara saltar a la #anda de "ondu""i-n' uede !o4erse

al estado 4a"/o de la #anda de "ondu""i-n de otro >to!o

4e"ino' &enerando "orriente el0"tri"a. A te!eratura a!#iente

al&unos ele"trones tienen esta ener&/a. Es un semiconductor.

Dia&ra!a de #andas del Ge

E&H;'78e Ganda ro%i#ida

Ganda de 4alen"ia5 ele"trones>to!o++

++


Ener&/a


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SEMICOND&CTORES $CRISTAL DE SILICIO%

En e'uilibrio $Aislante%

Electrones libres ( )ona de

conducci*n+ $Conductor%

Semiconductores Intrnsecos: cristales en estado puro,

todos los tomos son i-uales+ No tiene impure)as


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TIPOS DE SEMICOND&CTORES

TIPO P. Portadores

ma(oritarios /uecos $0%

Semiconductores Extrnsecos: se le a-re-an impure)as,

es decir tomos di!erentes de otros materiales

$aleaciones%+ Proceso conocido como dopaje del cristal

de silicio+

TIPO N. Portadores

ma(oritarios electrones $1%


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LA &NION PN

Kona de agotamiento

*2arrera de potencial+

2ONA P.

ortadores

Mayoritarios uecos

2ONA N.

ortadores

Mayoritarios electrones

&NION DE DOS ELECTRODOS $DIODO%

$SEMICOND&CTORES P 3 N%

C-!o se o#tiene

S/!#olo

Foto


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0ransistor

" e fa$rican con la uninde tres semiconductores y 3

" egn se unan tenemos

33 o 3" on dispositivos de 0>&

terminales llamados,4olector, 2ase y &misor


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Cl T i t 38

%tt:JJJ.(outu#e."o!Jat"%K4H%;,+L89
http://www.youtube.com/watch?v=xh90z-kLx78http://www.youtube.com/watch?v=xh90z-kLx78http://www.youtube.com/watch?v=xh90z-kLx78

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