1.3 ANALISIS DE ESTRUCTURAS CRISTALINAS.

Por: Diversa Ingeniería 

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Si deseas usar esta información para alguno de tus trabajos te pido de favor que nos des los créditos correspondientes, de tal manera mencionando a sus respectivos autores a si sea el caso.

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El conocimiento actual de las estructuras cristalinas se ha obtenido principalmente a partir de las técnicas de difracción de rayos X de la misma longitud de onda que la distancia interplanar de la red cristalina en cuestión. 

DISLOCACIONES

 Imperfecciones lineales de una red que otra forma seria perfecta. Se introduce en la red durante el proceso de solidificación del material o al deformarlo. Son útiles para explicar la deformación y el endurecimiento de los metales. Se puede identificar dos tipos de dislocaciones: la dislocación de tornillo y la dislocación de borde.

DE TORNILLO 

El cristal perfecto es cortado y deformado una distancia igual a un espaciamiento atómico. La línea a lo largo de la cual ocurre este corte es una dislocación de tornillo. 

DISLOCACION 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 borde adicional representa la dislocación de borde. 

 DESLIZAMIENTO 

El proceso mediante el cual se mueve una dislocación causando que se deforme un material se conoce como deslizamiento. Un movimiento continuo de la dislocación finalmente causa un escalón y deformación permanente del cristal. El deslizamiento le da ductilidad a los metales. Si no hay dislocaciones presentes, los metales no podrían ser conformados por procesos que involucran deformación.

Se controla 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 mas resistente. 

DEFECTOS PUNTUALES.

Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizás varios átomos. Estos defectos o imperfecciones pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los átomos al ganar energía por calentamiento; durante el procesamiento del material; mediante la introducción de impurezas o intencionalmente a través de las aleaciones .

VACANCIAS.

Una vacancia se produce cuando falta un átomo en un sitio normal. Las vacancias se crean en el cristal durante la solidificación a altas temperaturas o como consecuencia de danos por radiación. A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias, pero estas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura. 

DEFECTOS INTERSTICIALES.

Se forman cuando se inserta un átomo adicional en una posición normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina. Los átomos intersticiales, aunque mucho más pequeños que los átomos localizados en los puntos de la red, provocan que la red circundante aparezca comprimida y distorsionada. Los átomos de carbono se agregan al hierro para producir acero. Una vez dentro del material, el número de átomos en la estructura de mantiene casi constante, incluso al cambiar la temperatura.

DEFECTOS INTERSTICIALES.

Se forman cuando se inserta un átomo adicional en una posición normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina. Los átomos intersticiales, aunque mucho mas pequeños que los átomos localizados en los puntos de la red, provocan que la red circundante aparezca comprimida y distorsionada. Los átomos de carbono se agregan al hierro para producir acero. Una vez dentro del material, el número de átomos en la estructura de mantiene casi constante, incluso al cambiar la temperatura.

 1.2 REDES DE BRAVAIS 

Por: Diversa Ingeniería 

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Las Redes de Bravais o celdas unitarias, son paralelepípedos que constituyen la menor subdivisión de una red cristalina que conserva las características generales de toda la retícula, de modo que por simple traslación del mismo, puede reconstruirse el sólido cristalino completo.

Tamaño y forma de las celdas unitarias pueden describirse mediante tres vectores a, b y c, con origen en un vértice de esta, y tres ángulos axiales, y. Dicho tamaño y forma está definido por las siguientes características: Parámetros de red: dimensiones de los costados y ángulos entre sus costados. Numero de átomos por celda unitaria: cada celda unitaria está definida por un numero especifico de puntos de red.

Todas las posibles redes cristalinas pueden ser descritas con SIETE SISTEMAS CRISTALINOS y 14 CELDAS UNITARIAS ESTANDAR, conocidas como REDES DE BRAVAIS.

CLASIFICACION DE RETICULOS ESPACIALES EN SISTEMAS CRISTALINOS, SISTEMA CRISTALINO LONGITUDES AXIALES Y ANGULOS INTERAXIALES RETICULOS ESPACIALES .

Cubico sencillo, Cubico centrado en el cuerpo.

Cubico centrado en las caras Cubico Ejes iguales en ángulos rectos a = b = c, = = = 90

Tetragonal Ejes en ángulos rectos, dos de ellos iguales Tetragonal sencillo a = b c, = = = 90

Tetragonal centrado en el cuerpo 

Ortorrómbico Ejes distintos en ángulos rectos a b c, = = = 90 Ortorrómbico sencillo Ortorrómbico centrado en el cuerpo Ortorrómbico centrado en las bases 

Ortorrómbico centrado en las caras Romboédrico Ejes iguales, inclinados por igual a = b = c, = = 90 

Romboédrico sencillo Hexagonal Ejes iguales a 120 y a 90 con el tercero a = b c, = = 90 , = 120 

Hexagonal sencillo Monoclínico Ejes distintos, dos de ellos no forman Monoclínico sencillo ángulo recto Monoclínico centrado en la base a b c, = = 90 Triclínico Ejes distintos con distinta inclinación, y ninguno en ángulo recto Triclínico sencillo a b c, 90.

Cubico Tetragonal

Ortorrómbico Romboédrico Hexagonal Monoclínico

Triclínico

SISTEMA CRISTALINO LONGITUDES AXIALES Y ANGULOS INTERAXIALES RETICULOS ESPACIALES.

Tetragonal sencillo Tetragonal Ejes en ángulos rectos, dos de ellos iguales a = b c, = = = 90 Tetragonal centrado en el cuerpo.

CELDA UNITARIA CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO.

De posiciones atómicas De esferas rígidas De unidad aislada.

TRANSFORMACIONES POLIMORFICAS O ALOTROPICAS.

Los materiales que pueden tener mas de una estructura cristalina se llaman alotrópicos o polimórficos. El termino alotropía por lo general se reserva para este comportamiento en elementos puros. A bajas temperaturas, el hierro tiene una estructura cubica centrada en el cuerpo, pero a temperaturas mas altas se convierte en una estructura cubica centrada en las caras. Estas transformaciones dan los fundamentos para el tratamiento térmico del acero y el titanio.

Muchos materiales cerámicos, como el sílice (SiO2), son polimórficos. La transformación puede venir acompañada de un cambio en el volumen durante el calentamiento o el enfriamiento. De no estar controlado correctamente, ese cambio en el volumen hará que el material se agriete o falle. 

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ANALISIS DE ESTRUCTURAS CRISTALINAS.

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1.1 ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES 

Por: Diversa Ingeniería 

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Relación estructura-propiedades.

Procesamiento para realizar su función un componente debe tener la forma correcta. Para esto se debe aprovechar la relación entre la estructura interna del material, su procesamiento y las propiedades finales del mismo. Cuando se modifica alguno de estos tres aspectos, cualquiera de los restantes también cambia.

Estructura de un material

La estructura de un material se puede considerar en diferentes niveles.

En el siglo V antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito postuló, sin evidencia científica, que el Universo estaba compuesto por partículas muy pequeñas e indivisibles, que llamó "átomos". 

Átomo, la unidad más pequeña posible de un elemento químico. En la filosofía de la antigua Grecia, la palabra “átomo” se empleaba para referirse a la parte de materia más pequeño que podía concebirse. Esa “partícula fundamental”, por emplear el término moderno para ese concepto, se consideraba indestructible. De hecho, átomo significa en griego “no divisible”. El conocimiento del tamaño y la naturaleza del átomo avanzó muy lentamente a lo largo de los siglos ya que la gente se limitaba a especular sobre él. 

Sin embargo, los avances científicos de este siglo han demostrado que la estructura atómica integra a partículas más pequeñas.

El átomo es la parte más pequeña en la que se puede obtener materia de forma estable, ya que las partículas subatómicas que lo componen no pueden existir aisladamente salvo en condiciones muy especiales. El átomo está formado por un núcleo, compuesto a su vez por protones y neutrones, y por una corteza que lo rodea en la cual se encuentran los electrones, en igual número que los protones.

Protón, descubierto por Ernest Rutherford a principios del siglo XX, el protón es una partícula elemental que constituye parte del núcleo de cualquier átomo. El número de protones en el núcleo atómico, denominado número atómico, es el que determina las propiedades químicas del átomo en cuestión. Los protones poseen carga eléctrica positiva y una masa 1.836 veces mayor de la de los electrones.

Neutrón, partícula elemental que constituye parte del núcleo de los átomos. Fueron descubiertos en 1930 por dos físicos alemanes, Walter Bothe y Herbert Becker. La masa del neutrón es ligeramente superior a la del protón, pero el número de neutrones en el núcleo no determina las propiedades químicas del átomo, aunque sí su estabilidad frente a posibles procesos nucleares (fisión, fusión o emisión de radiactividad). Los neutrones carecen de carga eléctrica, y son inestables cuando se hallan fuera del núcleo, desintegrándose para dar un protón, un electrón y un antineutrino. 

1- Estructura atómica.

 La disposición de los electrones que rodean al núcleo de los átomos individuales afecta el comportamiento eléctrico, magnético, térmico y óptico. La configuración electrónica influye en la forma en que los átomos se unen entre si (enlaces químicos).

2- Estructura Cristalina.

Es esta estructura se toma en consideración la disposición o arreglo de los átomos. Los metales, semiconductores, muchos cerámicos y algunos polímeros tienen una organización de átomos muy regular, es decir, una estructura cristalina. Se pueden controlar las imperfecciones en la organización atómica a fin de producir cambios profundos en las propiedades. 

3- Estructura Granular

En la mayor parte de los metales, los semiconductores y cerámicos se encuentra una estructura granular. El tamaño y forma de los granos influye en el comportamiento del material. 

4- Estructura Multifásica.

En la mayor parte de los materiales se presenta más de una fase, teniendo cada una de ellas su arreglo atómico y propiedades únicas. El control del tipo, tamaño, distribución y cantidad de estas fases dentro del material es otra de las principales formas de controlar las propiedades. 

Estructura cristalina y su consecuencia en las propiedades.

La estructura física de los materiales de ingeniería tiene importancia en cuanto a la disposición de los átomos, iones o moléculas que constituyen el solido y de las fuerzas de enlace entre ellos. Si están ordenados en una disposición que se repite en las tres dimensiones, se dice que el solido posee ESTRUCTURA CRISTALINA (metales, aleaciones y algunos materiales cerámicos. 

La disposición atómica en los solidos cristalinos forma una red espacial donde los átomos se encuentran en la intersección de una red de líneas en tres dimensiones, en otras palabras, es una disposición de puntos tridimensionales infinita. 

La red difiere de un material a otro tanto en tamaño como en forma, dependiendo del tamaño de los átomos y del tipo de enlace entre ellos. La celda unitaria es la subdivisión de la red cristalina que sigue conservando las características generales de toda la red.

Al apilar celdas unitarias idénticas, se puede construir toda la red.

La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones. Estos son empaquetados de manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en  las tres dimensiones del espacio.

Por: Diversa Ingeniería 

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1.2 REDES DE BRAVAIS