estructura cristali

8/18/2019 ESTRUCTURA CRISTALI

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Luis Alberto Cauich Cauich IIND 2”A”

ESTRUCTURAS CRISTALINAS

Los átomos y las moléculas son los bloques de construcción de la mayoría de laestructura de la materia. Cuando los materiales se solidifican a partir de un estado

fundido, tienden a quedar cerca y a empacarse de forma muy comprimida, en

muchos casos se arreglan por sí mismos en una estructura muy ordenada y en

otros no tantos.

Existen dos estructuras materiales fundamentales:

CRISTALINAS: una estructura cristalina es aquella en la que los atomos se

localizan en posiciones regulares y recurrentes en tres dimensiones donde el

patrón puede repetirse millones de veces dentro de un cristal.

TIPOS DE ESTRUCTURAS CRISTLINAS: En los metales son comunes tres tipos

de estructura de red.


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Cubica centrada en el cuerpo cubica centrada en las caras

HEXAGONAL DE EMPAQUETAMIENTO COMPACTO


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IMPERFECIONES EN CRISTALES

Hasta este momento se han estudiado las estructuras cristalinas como si fueran

perfectas en ocasiones para satisfacer propósitos estéticos o de ingeniería se

prefiere un cristal perfecto. Sin embargo, hay varias razones por la que una

estructura de red cristalina puede no ser perfecta. Es frecuente que surja

imperfecciones de manera natural debido a la incapacidad del material que se

solidifica para continuar sin interrupción la repetición de la celda unitaria.

Existen dos tipos de defectos o imperfecciones en las estructuras cristalinas.

DEFECTOS PUNTUALES: involucran ya sea un solo átomo o varios de ellosentre los cuales encontramos:

La vacancia: falta de un átomo dentro de la estructura de red.

Defecto schottky: un par faltante de carga opuesta.

Intersticio: distorsión de la red producida por la presencia de un átomo adicional

estructura.

Defecto frenkel: ocurre cuando un ion se retira de una posición y se inserta en

una posición intersticial cuya ocupación no es normal por parte de dicho ion.

DEFECTO LINEAL: es un grupo conectado de defectos puntuales que forman una

línea en la estructura de red. El defecto lineal más importe es la dislocación que

adopta dos formas:

Dislocación de borde: es la arista de un plano adicional que existe en la red.

Dislocación de tornillo: Es un espiral dentro de la estructura de red.


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Ambas tipos de dislocaciones surgen en l estructuras cristalina durante la

solidificación, estas son útiles para explicar ciertos aspectos de comportamiento

mecánico de los metales.

DEFECTOS SUPERFICIALES: son imperfecciones que se extienden en dosdirecciones para formar una frontera.

DEFORMACION EN CRISTALES METALICOS

Cuando un cristal se somete a fuerzas mecánicas que se incrementan en forma gradual,

su respuesta s deformarse de modo elástico. Esto se parece a un alargamiento de

estructura de red sin que haya cambios en la posición de los átomos. Si se elimina la

fuerza, la estructura de red regresa a su forma original. Si el esfuerzo alcanza un valor

alto en relación con las fuerzas electrostáticas que mantiene a los átomos en su lugar

ocurre un cambio permanente denominado deformación plástica donde los átomos se han

movido de forma permanente y se ha establecido un equilibrio nuevo en la red.

Uno de los mecanismos con lo que puede ocurrir la deformación plástica es el

deslizamiento el cual implica un movimiento relativo de los átomos en los lados opuestosde un plano de red, el número de estas direcciones de deslizamiento dependen del tipo de

red.

Las dislocaciones tienen un papel importante para facilitar el deslizamiento en los

metales. Cuando una estructura de red que contiene una dislocación de borde se sujeta

de una fuerza cortante el material se deforma con mucha más facilidad que si se tratara

de una estructura perfecta.

Las dislocaciones representan una situación benéfica y perjudicial. Debido a ellas el metales más dúctil y alcanza con más facilidad la deformación plástica durante su manufactura.

El maclado es la otra forma en que los cristales metálicos se deforman plásticamente,

este se define como el mecanismo de deformación plástica en el que los atomos en un

lado del plano cambian para formar un imagen de espejo en el otro lado del plano.


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GRANOS Y LÍMITES DE GRANOS

TAMAÑO DE GRANO:

El grano cristalino hace referencia a la estructura cristalina de los materiales Los cristales se

forman como consecuencia del proceso de enfriamiento de la masa líquida de los metales.

Este proceso se puede dividir en dos etapas: una primera etapa sería la de enucleación y la

segunda, la etapa de cristalización

La primera etapa comienza con la aparición de un primer núcleo que actúa como creador

del cristal durante el proceso de cristalización. Es necesario que presente un número

determinado de átomos (25-100), la cifra varía en función de la temperatura ya que a altas

temperaturas se necesitan más átomos para consolidar el núcleo, al cual se van

añadiendo nuevos átomos y así se produce el crecimiento progresivo. Cada núcleo suele

tener una orientación de crecimiento aleatoria

En la segunda etapa, la de cristalización, al ir disminuyéndose progresivamente la

temperatura la cristalización avanza paulatinamente aumentando el tamaño de grano, más

aumentará el tamaño cuanto más lento sea este enfriamiento. Esta etapa viene

caracterizada por la velocidad de crecimiento que representa el aumento de peso del cristal

por unidad de tiempo. Mientras exista fase líquida pueden producirse fenómenos de

desplazamiento de los cristales, es decir, si los cristales son menos densos que la fase

líquida flotarán y habrá mayor número de ellos en la superficie mientras que si la densidad

de los cristales es mayor que la de la fase líquida los cristales se hundirán y habrá por tanto

mayor número de ellos en el fondo.

CLASIFICACIÓN DE LOS TAMAÑOS DE GRANO.


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Existen diversos métodos para determinar el tamaño de grano, como se ven en un

microscopio.

LIMITES DE GRANO

Se puede definir como la superficie que separa los granos individuales de diferentes

Orientaciones cristalográficas en materiales poli cristalinas.


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El límite de grano es una zona estrecha en la cual los átomos no están uniformemente

Separados, o sea que hay átomos que están muy juntos causando una compresión,

mientras que otros están separados causando tensión.

ESTRUCTURAS NO CRISTALINAS O AMORFAS.

Las estructuras no cristalinas o amorfas consisten en partículas acomodadas en

forma irregular y por esto no tienen el orden que se encuentra en los cristales

(ejemplos de estas son el vidrio y muchos plásticos).

las estructuras no cristalinas difieren de las cristalinas por la manera en que se

funden: si controlamos la temperatura de una estructura cristalina cuando se está

fundiendo, encontraremos que permanece constante. Las estructuras cristalinas o

amorfas se suavizan y funden en un cierto rango de temperatura; es decir, no

tienen un punto de fusión característico. La mayoría de las estructuras cristalinas

son duras y rígidas y se caracterizan por tener altos grados de fusión y ebullición

(debido a que es necesario entregar mucha energía para romper las uniones

covalentes que forman la red cristalina),

las estructuras, cristalinas al igual que los líquidos y gases, son isotrópicos, es

decir sus propiedades son iguales en todas las direcciones. Esto se debe a la falta

de regularidad en el ordenamiento de sus partículas, lo cual determina que todas

las direcciones sean equivalentes. La característica más notoria de estos

materiales es la ausencia de orden de largo alcance, lo cual significa que, al

contrario de lo que ocurre en un cristal, el conocimiento de las posiciones atómicas

de una región no nos permite predecir cuáles serán las posiciones atómicas en

otra región más o menos distante.


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LOS MATERIALES DE INGENIERIA.

Se han desarrollado decenas de miles de materiales distintos con características muy

especiales para satisfacer las necesidades de nuestra moderna y compleja sociedad, se

trata de metales, plásticos, vidrios y fibras. Una de las grandes revoluciones de esta

ciencia fue el descubrimiento de las diferentes fases térmicas de los metales.

Metales: en estado sólido los metales tienen estructuras cristalinas casi sin excepción las

celdas unitarias de dichas estructuras siempre son BCC,FCC,HCP.los átomos de los

metales se mantienen unidos mediante un enlace metálico lo que significa que sus

electrones de valencia pueden moverse con libertad relativa, son buenos conductores

térmicos y eléctricos tienen la propiedad de la opacidad y la reflectividad.

Cerámicos: Se caracterizan por tener enlaces Iónicos, Covalentes o ambos. Las

propiedades generales que resultan de estos mecanismos de enlace incluyen: dureza y

rigidez elevadas aun a altas temperaturas, fragilidad, aislantes, refractarios y

químicamente inertes. Los cerámicos posen estructuras ya sean cristalinas o no

cristalinas, y en el mismo material puede existir cualquier estructura.

Polímeros: Una molécula de polímeros se mantienen unidas por enlaces covalentes. Un

enlace secundario (de-van-der-waals) mantiene a las moléculas juntas dentro del material

agregado. Existen tres clases de polímeros.

Polímeros termoplásticos: Las moléculas consisten en cadenas largas con estructuras

lineales. Estas estructuras pueden calentarse y enfriarse sin que se altere su estructura

lineal. Polímeros termoestables: Las moléculas se trasforman en una estructura rígida y

tridimensional al enfriarse a partir de su condición de plástico caliente. Los elastómeros:

Tienen moléculas grandes con estructuras engarzadas al estirar y volver a engarzar las

moléculas cuando se someten a fuerzas cíclicas se motiva a que el material agregado

manifieste su comportamiento elástico característico.

Los polímeros se caracterizan por su baja conductividad térmica, baja densidad y

resistividad eléctrica elevada. La resistencia y la rigidez de los polímeros varia mientras

que otros muestran un comportamiento muy elástico.

CONCLUSION


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Al realizar esta experiencia aprendimos la importancia que tiene la naturaleza de los

materiales en el campo de la manufactura, además de esto pudimos comprender la

estructura atómica de los materiales, sus tipos de enlaces y su comportamiento ante

condiciones normales y extremas.

También pudimos comprendimos acerca de la estructura cristalina de los materiales y sus

estructuras amorfas además de los diferentes tipos de materiales de ingeniería.

Es de vital importancia para nosotros los ingenieros el comprender el comportamiento de

los materiales y su importancia en el área de la manufactura.

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