Capítulo 1. Fisica de Materiales

Captulo 1. - Cristales, slidos desordenados y amorfos

Captulo 1 1

1. Orden estructural de corto y largo alcance 2. Clasificacin de los materiales:

cristalinos (mono-, poli- y nanocristalinos)no cristalinos o amorfos

3. Aleaciones (ordenadas y desordenadas) 4. Materiales cristalinos:

red y base; celda unidadsistemas cristalinosdirecciones y planos cristalogrficosejemplos de estructuras cristalinas

5. Cohesin: energa de enlaceEnlaces primarios y secundarios

6. Micro- y nanoestructuras7. Cristales reales:

defectos: puntuales, de lnea, planares, de volumen superficie: caractersticas, reconstruccin

Tilley: Caps. 2, 3, 5Askeland: Caps. 3, 4

http://www.doitpoms.ac.uk/ TLPs:Crystallography, Lattice Planes and Miller Indices

Orden perfectoOrden de largo alcance

Orden decorto alcance

Desorden

monocristalcristal realAmorfoSLIDO

LquidoLQUIDO

gas realgas perfecto

GAS

>>100 r0310 r00DISTANCIA DE ORDENDISTANCIA DE ORDEN

r0 es el radio atmicoCaptulo 1-1 2

Orden estructural de corto y largo alcance

CRISTAL AMORFOCRISTAL AMORFOOrden de largo Orden de corto Orden de largo Orden de corto

alcance alcance alcancealcance

Captulo 1-1 3

basada en la distribucin espacial de los tomos

MATERIALES CRISTALINOS (CRISTALES)hay distribucin regular de los tomos dentro de un cierto rango (distancia de orden) Monocristales Policristales Nanocristales

MATERIALES NO CRISTALINOS O AMORFOSno hay distribucin regular de los tomos

Captulo 1-2 4

Clasificacin de los materiales

mmonocristalmonocristal policristalpolicristal

2r0

Captulo 1-2 5

orden de largoalcance

GRANOGRANO

nanocristalnanocristal


nm

no no cristalino cristalino (amorfo)(amorfo)


orden de cortoalcance

Captulo 1-2 6

Captulo 1-2 7

materiales materiales parcialmente parcialmente cristalinoscristalinos

http://www.keramverband.de/brevier_engl/3/4/1/3_4_1.htm

PORCELANAPORCELANA

agujas de mullitamullita en bloque

grano de cuarzo

cristal de corindn

vidrio (amorfo)

Materiales cristalinosMullita: Al6Si2O13Cuarzo: SiO2Corndn: Al2O3

POLPOLMEROMERO

cristalinoamorfo

Dos o ms componentes, una faseSoluciones slidas : tipos

solvente

solutoSS INTERSTICIAL (Fe-C) SS SUBSTITUCIONAL (Cu-Ni)

rsoluto

Reglas de Hume-Rothery

Estructura cristalina semejante Electronegatividades parecidas Misma valencia (solubilidad total) Los metales

con menor valencia tienden a disolverse en losde mayor valencia

La diferencia entre los radios atmicos ha deser menor que el 15%

15%soluto solventesolvente

r rr Tvm

Qv Evm

T > Tvm

Qi Eim

Captulo 1-7 73

Los Los defectosdefectos puntualespuntuales en en movimientomovimiento puedenpueden

aniquilarseaniquilarse V+I V+I cristalcristal perfectoperfecto formarformar aglomeradosaglomerados procesoproceso energenergticamenteticamente favorablefavorable!!

2 22v v vf f bE E E= divacante

Captulo 1-7 74

CRISTALES INICOS

+-

V-V+

(V+)+(V-) defecto de Schottky

++ V-

catin

anin

compensacin

centro de color

Captulo 1-7 75

SEMICONDUCTORES

enlacescolgantes

vacantes cargadas

defectos de antiestructura(antisites)(semiconductores compuestos)

Captulo 1-7 76

Captulo 1-7 77

QuQu eses??Una lnea a lo largo de la cual los tomos estn desplazados de susposiciones normales, siendo el desplazamiento el mismo para todos

El vector de Burgers se conserva a lo largo de toda la lnea

vector de Burgers

Defectos de lnea: dislocaciones

tQ

P

vector de Burgers

N

M

El vector de Burgers se conserva a lo largo de toda la lneaCaptulo 1-7 78

corte

CCmomo se se puedepuededescribirdescribir??

gran distorsin (simulacin por ordenador) pequeos desplazamientos (teora de la elasticidad)

cristal perfecto

r

r

>

G

G

M P

B Cr

NCLEO

2 ncleo elstica elsticaE E bE E + =Captulo 1-7 79

TiposTipos

DISLOCACIDISLOCACINNEN ARISTAEN ARISTA

DISLOCACIDISLOCACINNHELICOIDALHELICOIDAL

vector de Burgers

t

t

t b GG

t bGG &

Captulo 1-7 80

AlgunasAlgunas caractercaractersicassicas de de laslas dislocacionesdislocaciones

Vector de Burgers : el vector de traslacin ms corto

a

b

c

1 1 1, ,2 2 2

1 3cci 111 2 2

ab b= =G G

Plano de deslizamiento: el que contiene la lnea de dislocaciny el vector de Burgers

Captulo 1-7 81

dislocacin mixta lazos de dislocacin

Las Las dislocacionesdislocaciones en general no son en general no son llneasneas rectasrectas

G G GE Sb b b= +

Captulo 1-7 82

Las Las dislocacionesdislocaciones se se puedenpueden movermover

En el plano de aniquilacin de dislocacionesdeslizamiento(deslizamiento) generacin de defectos puntuales

MOVIMIENTO

Fuera del plano multiplicacin de dislocacionesdeslizamiento(escalada) interaccin con otros defectos

STOP

Captulo 1-7 83

Deslizamiento

Deslizamiento cruzadopara una dislocacin helicoidal

Captulo 1-7 84

plano de deslizamiento

Escalada

Captulo 1-7 85

AlCaZn

FRONTERADE GRANO

DISLOCACIONES

PRECIPITADOSPocitos de ataque en NaCl

Lazos de dislocacin en Zn

200 nm

Captulo 3 86(Johnston)

(Eyre)

Imagen porScanningTransmissionElectronMicroscopydel ncleo de una dislocacin en zafiro

Shibata et al. (2006)

Captulo 3 87

alto ngulobajo ngulo

Captulo 1-7 88

Defectos planares: fronteras de grano

alto ngulo bajo ngulo

=36.9

1

Captulo 1-7 89

Frontera de grano

Grano

Captulo 1-1 90

Frontera de macla

Maclas en Ti

Captulo 1-7 91

Defectos planares: fronteras de macla

Regiones en las que se interrumpe la secuenciade apilamiento normal de la estructura

{111} en cccABCABCABC

INTRNSECO

EXTRNSECO

Captulo 1-7 92

Defectos planares: defectos de apilamiento

Defectos planares: planos de deslizamiento cristalogrfico(Crystallographic Shear planes)

Captulo 1-7 93

WO3

Defectos 3D

Captulo 1-7 94

Aglomerados de defectospuntuales en Zr

Precipitados en Al-Li-Zr Al3Li

Al3ZrLi, Zr

Al

Al-12.5at%Li-0.04at%Zr J. del RoCaptulo 1-7 95

Defectos 3D

PRODUCCIN DE DEFECTOS

Captulo 1-7 96

TEMPLADO: enfriamientorpido

vacantes (si TM

iones dao superficialneutrones dao extendido

E=1 MeV 100 dpaelectrones dao localizado

E=1 MeV 3 dpa

ED 10-20 eV

( )(max) 22

(max) 2

4

22

P

P

EMmEM m

E mcE EMc

= ++=

n,p

e-

DAO

EP(max)>ED

ELECTRONES NEUTRONES

Primary Knock on Atomm, E

PKAm, E

voids

vacantes intersticiales

IRRADIACIN

Captulo 1-7 97

(Primario)

Mg-Al-Ca

Mg puro

Captulo 1-7 98

= 2.6x1022 n cm-2, E>0.1 MeV

PLANOS DE DESLIZAMIENTO

ANIQUILACIN

CREACIN DE UNAFILA DE VACANTES

CREACIN DE UNA FILA DE INTERSTICIALES

Captulo 1-7 99

Superficies1015 tomos/cm2

1023 tomos/cm3

SSLO un LO un tomo de cada 10tomo de cada 1088estest cerca de la superficiecerca de la superficie

SUPERFICIE

VOLUMEN

enlaces

el nel nmero de coordinacimero de coordinacinnes menor que en el volumenes menor que en el volumen

ReestructuraciReestructuracin espacial n espacial y electry electrnica de los nica de los tomostomos

Catlisis Reactividad Crecimiento cristalino Nanotecnologa:

Multicapas y superredesCaptulo 1-7 100

http://www.chem.qmul.ac.uk/surfaces/scc/ RELAJACIN

Captulo 1-7 101

RELAJACIN: ejemplo para Zr plano basal

a=0.3272 nmc/a=1.5952c/2=0.2609 nm

d c/2

n=0

n=1

n=2

n=3

n=4

SUPERFICIE

d=0.2558 nm

d=0.2601 nm

d=0.2603 nm

d=0.2604 nm

Captulo 1-7 102

http://www.chem.qmul.ac.uk/surfaces/scc/RECONSTRUCCIN

Captulo 1-7 103

RECONSTRUCCIONES

Si {111} 2x1

Burns, Solid State Physics

Captulo 1-7 104

100x100 2

Superficie Au(001) sin defectos

Reconstruccin hexagonal en laltima capa

Corrugacinsuperficial

O. Rodrguez de la FuenteTesis Doctoral

Captulo 1-7 105

DEFECTOS


Captulo 1-7 106

Formacin de una depresin

Una depresin es un dipolo de dislocaciones 2D



Captulo 1-7 107

Interaccin vacantes/superficie en Zr

Plano basal

Plano prismtico Energa de enlace superficie/vacante

Captulo 1-7 108

Documents

Capítulo 1. Fisica de Materiales