Imperfecciones en Estructuras Cristalinas: Defectos y su Impacto

Defectos en Estructuras Cristalinas

La disposición real de los átomos en un material difiere de la posición ideal esperada según su estructura cristalina. Estas desviaciones se conocen como **defectos cristalinos**.

Tipos de Defectos

Los defectos cristalinos se clasifican principalmente en:

• Defectos puntuales
• Defectos lineales (o dislocaciones)
• Defectos superficiales

Defectos Puntuales

Son discontinuidades en la red que involucran uno o varios átomos. Estos defectos pueden generarse por el movimiento de los átomos al ganar energía por calentamiento.

Tipos de Defectos Puntuales:

• Vacancias: Puntos de red vacíos en la estructura del material.
• Átomos sustitucionales: Átomos de un tipo que reemplazan a los átomos originales en la red.
• Átomos intersticiales: Átomos que ocupan lugares no definidos en la estructura cristalina, situados en los intersticios entre los átomos originales.
• Otros defectos:
  • Defecto de Frenkel: Par de defectos (intersticio-vacancia) formado cuando un ion salta de un punto normal de la red a un sitio intersticial, dejando una vacancia.
  • Defecto de Schottky: Par de vacancias en un material de enlace iónico, donde falta tanto un anión como un catión para preservar la neutralidad eléctrica. Común en cerámicos iónicos.

Importancia de los Defectos Puntuales

Los defectos puntuales distorsionan la red circundante, afectando el movimiento de las dislocaciones. Esta alteración incrementa la resistencia del material al requerir un mayor esfuerzo para que las dislocaciones venzan el defecto.

Defectos Lineales o Dislocaciones

Son defectos que causan una distorsión de la red centrada en una línea. Se crean durante la solidificación de sólidos cristalinos, por deformación plástica o por condensación de vacantes.

• Dislocación de Borde: Se crea por la inserción de un semiplano adicional de átomos dentro de la red. Los átomos alrededor del semiplano insertado se distorsionan.
• Dislocación Helicoidal o de Tornillo: Se forma al aplicar un esfuerzo de cizalladura en un cristal perfecto separado por un plano cortante.

Vector de Burgers

El **vector de Burgers** se define como el vector necesario para cerrar un circuito de Burgers que encierra una línea de dislocación.

Defectos Superficiales

Son imperfecciones ubicadas en un área determinada del material. Los principales defectos de superficie son la superficie del material y las fronteras de los granos.

• Grano: Porción del material con un arreglo atómico idéntico.
• Frontera de Grano: Superficie que separa los granos, una zona estrecha donde los átomos no están correctamente espaciados.

Nucleación

En esta etapa, se forman pequeñas partículas sólidas ordenadas según la estructura cristalina del material. Estas partículas se llaman **núcleos**, y se forman en gran cantidad al inicio de la solidificación.