IMPERFECCIONES
CRISTALINAS
Se dice que los cristales se caracterizan porque sus
átomos están situados en posiciones fijas, pero esto no es completamente
cierto, ya que los átomos se mueven dentro de unos límites, de una posición a
otra.
Al ser un concepto geométrico vamos a tratar
separadamente cada uno de los tipos de
imperfecciones. Según su geometría y forma se clasifican en: Puntuales, Lineales, Superficiales
y de Volumen.
Los defectos
puntuales están localizados en posiciones atómicas de la red, las vacantes,
impurezas, la falta o exceso de electrones, son defectos de éste tipo.
Defectos
lineales son aquellos que se extienden a lo largo de una línea del
cristal, esta línea no es necesariamente recta puede ser curva, cerrada o
incluso en forma de lazo. Aunque hay distintos tipos, se las conoce en general
como dislocaciones.
Los defectos
bidimensionales o de superficie, son los formados en el proceso de
formación del cristal por errores de apilamiento de los planos (stacking
fault), por agrupación de defectos lineales, o sirven de límite entre zonas
ordenadas del cristal, siendo la región en la que se interrumpe el orden del
mismo (bordes de grano).
Defectos de
volumen son defectos a gran escala de tipo macroscópico y
representan una inhomogeneidad en la masa del sólido. Grietas, poros,
inclusiones etc. son defectos de éste tipo. Estos, debido a que se forman
principalmente en el proceso de solidificación y ser macroscópicos se
estudiarán al hablar de la solidificación.
En los sólidos amorfos se pueden también considerar
imperfecciones en sus estructuras, sin embargo en estos materiales al tener un
orden de corto alcance la consideración de los defectos es distinto a los
sólidos cristalinos.
La presencia de los defectos de tipo lineal
(dislocaciones) proporcionan un mecanismo que permite la deformación de los
metales con gran facilidad permitiéndoles el cambio de forma permanente
(plasticidad). También disminuyen drásticamente la resistencia mecánica de los
sólidos cristalinos. Las dislocaciones, como se ve, juegan un papel importante
en el comportamiento mecánico de los materiales.
Dislocación de tornillo:
La dislocación de tornillo se puede ilustrar haciendo
un corte parcial a través de un cristal perfecto, torciéndolo y desplazando un
lado del corte sobre el otro la distancia de un átomo.
Dislocaciones de borde:
Una dislocación de borde se puede ilustrar haciendo un
corte parcial a través de un cristal perfecto, separándolo y rellenando
parcialmente el corte con un plano de átomos adicional. El borde inferior de
este plano adicional representa la dislocación de borde.
Dislocaciones mixtas:
Las dislocaciones mixtas tienen componentes tanto de
borde como de tornillo, con una región de transición entre ambas. El vector de
Burgers, sin embargo, se conserva igual para todas las porciones de la
dislocación mixta.
IMPORTANCIA
DE LAS DISLOCACIONES:
Aunque en algunos materiales cerámicos y polímeros
puede ocurrir deslizamiento, el proceso de deslizamiento es de particular
utilidad para entender el comportamiento mecánico de los metales.
En primer término, el deslizamiento explica por qué la
resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del
enlace metálico. Si ocurre el deslizamiento, sólo es necesario que se rompa en
algún momento una pequeña fracción de todas las uniones metálicas a través de
la interfase, por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta
pequeña.
Segundo, el deslizamiento le da ductilidad a los
metales. Si no hay dislocaciones presentes, una barra de hierro sería frágil;
los metales no podrían ser conformados utilizando los diversos procesos, que
involucran la deformación para obtener formas útiles, como la forja.
En tercer lugar, controlamos las propiedades mecánicas
de un metal o aleación al interferir el movimiento de las dislocaciones. Un
obstáculo introducido en el cristal impedirá que en una dislocación se deslice,
a menos que apliquemos mayor fuerza. Si es necesario aplicar una fuerza
superior, entonces el metal resulta ser más resistente. Estos obstáculos pueden
ser defectos puntuales o borde de grano.
En cuarto lugar, se puede prevenir el deslizamiento de
las dislocaciones achicando el tamaño de grano o introduciendo átomos de
diferente tamaño, que son las aleaciones.
