Enlaces, estructuras y difusiones (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería Mecánica - 1º curso
Asignatura Ciència i tecnologia dels materials
Año del apunte 2015
Páginas 6
Fecha de subida 17/03/2015
Descargas 7

Descripción

Apuntes del profesor clavero

Vista previa del texto

20/02/2015 Enlaces atómicos: r r Enlaces primarios o fuertes: Mucha fuerza necesaria para romperlos.
Enlace iónico: • --^-^'jlto-: ; Átomos con carga. Metal y no metal materiales duros y frágiles. El material no se deforma.
Poco conductores eléctricos y mal conductores eléctricos.
Se produce entre metales y no metales. Enlace no direccional, la magnitud del enlace es igual en todas las direcciones alrededor del ion.
Enlace covalente: Sustancias moleculares (liquido) Sólidos de red covalente ^ ^ ^ , " ¡ , 4 ^ ' .
í » \ Entre átomos no metálicos. Se comparten pares de electrones formándose así las moléculas.
Enlace direccional, entre átomos específicos y solo en la direccionen que se comparten los electrones Redes covalentes: .1 • Diamante: estructura tetraédrica.
• Grafito: placas laminares de átomos de carbono «...
^ . ... ^, Enlace metálico: Entre metales sobran electrones, tienen libertad (nube de electrones). Los electrones se mueven fácilmente, aplicando poca energía. Son buenos conductores eléctricos y térmicos.
Son dúctiles (se pueden deformar). Enlaces no direccionales Clasificación de materiales: • Enlace metálico (metales) • Enlaces iónicos (cerámicos): red cristalina (una forma de ordenación que se repite a lo largo de todo el material) • Enlace covalente (cerámicos y polímeros) Enlaces secundarios o débiles: _ - - ~- Entre moléculas polares (dipolos) la misma molécula tiene diferencia de cargas dentro de si.
Ejemplo: H2O • Polímeros o sólidos moleculares: cambian de estado con el calor como el agua.
• Materiales funcionales: creados para una función concreta. Ejemplo: Neodimio Materiales cerámicos: • Sólidos 100% covalentes • Sólidos 100% iónicos • Sólidos entre covalente e iónico • Sólidos en los que se diferencian enlaces claramente iónicos o covalentes. Enlace mixto * Polímeros: , Enlaces covalentes o secundarios, a veces es totalmente covalente.
TEMA 2 {ESTRUCTURAS CRISTALINAS) Estructuras en metales ylTfl? ^ Cúbica: Los átomos se ordenan formando cubos. Hay 3 variables: Simple: cada punto es 1/8 de átomo, por lo tanto hay un solo átomo ( la celda se comparte) " O ce RC • Centrado en el cuerpo (BCC): 1/8 en cada vértice más un átomo en el centro.
• Centrado en las caras (FCC): 1/8 en cada vértice en cada cara % átomo más (4 en total) .
' l . ^ "^^^ 1- — Z ¿7 4 V ^^^^^^ -* 3 Ti el- Iñ ñ 25/02/2015 Estructura hexagonal compacta (HCP): 0 o Secuencia de apilamiento: ABABABAB.... Secuencia de apilamiento de los átomos de cada capa. Ejemplo: HCP=7-3-7-3-73 ESTRUCTURA CRISTALINA ELEMENTO Cúbica simple Po Cúbica centrada en el cuerpo (BCC) Ba, Cr, Fe(temperatura ambiente) y metales alcalinos Cúbica centrada en las caras (FCC) Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pt, Pb Hexagonal compacta (HCP) B, Cd, Co, Mg, Ti, Zn,...
Materiales monocristalinos: Monocristaiino: cuando la disposición periódica u repetitiva de los átomos es perfecta y se extiende a lo largo de toda la muestra.
3 Materiales policristalinos: • Policristalino: es un agregado de pequeños cristales de cualquier sustancia, a los cuales, por su forma irregular se les denomina granos cristalinos.
- Consta de muchos grados cristalinos, cada uno con uja orientación, unidos a través de los bordes de grano.
- Es el resultado del crecimiento simultaneo, subsiguiente a la coalescencia de cristales en crecimiento a partir de múltiples puntos de nucleación.
Imperfecciones: Aleaciones y soluciones sólidas: Fase: parte de un sistema cuya composición (naturaleza y concentración de los constituyentes) y organización atómica son fijas.
Componentes: cada una de las sustancias que componen la fase.
Aleación: combinación de elementos que forman un material de características diferentes.
Una o más fases.
Solución sólida: dos o más componentes dispersos en una fase única.
Criterio de posiciones atómicas: Soluciones sólidas intersticiales • • Los átomos de B (soluto) ocupan posiciones intersticiales (huecos) de la red de A (disolvente).
En metales solo entran átomos de radio pequeño Soluciones sólidas sustitucionales: • Los átomos de B ocupan posiciones de A • Típica entre metales Reglas de Hume-Rothery 1. La diferencia entre radios atómicos debe ser pequeña (menor del 15%) 2. Los dos metales deben tener la misma estructura cristalina 3. La electronegatividad debe ser similar 4. La valencia debe ser la misma o lo más parecida posible 4 Clasificación de los defectos Dimensión Tipo de imperfección 0 Puntual: vacantes, impurezas 1 Lineal: dislocaciones 2 Superficial: superficie de cristal 3 Volumétrico: poros, fisuras Defectos puntuales: Zona del material donde los átomos situados alrededor de un punto han perdido la distancia de equilibrio prevista en la red ideal. Y pueden ser: • • • • Vacante: falta un átomo i Auto intersticial: ocupa un lugar que no debe Impureza intersticial: un átomo extraño ocupa un intersticie Sustitucional: un átomo extraño sustituye a otro Defectos lineales: • • Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica Las dislocaciones pueden ser: de cuña o helicoidales: • • De cuña (borde, arista). Se crea por inserción de un semiplano dentro de la red. Símbolo -L Helicoidales (tornillo). Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo cortante en un cristal.
Defectos superficiales • Superficie del material: los límites del material - Discontinuidad de la estructura regular cristalina - Zona de alteración del enlace atómico ^ • Fronteras de grano: superficies que separan los distintos granos del material policristalino • Macla: pequeña diferencia en la orientación de dos partes del interior de un grano - Dentro de un grano,la aplicación de un esfuerzo cortante puede desplazar levemente los átomos a lo largo de la macla 5 - El resultado es una imagen especular de dos redes respecto del plano de la macla Variaciones en la secuencia de desplazamiento Difusiones: Difusión: transferencia de materia por movimiento atómico Ejemplo gráfico: gotas de tinta en agua Mecanismos de difusión: • Interdifusión: cuando un material se difunde en otro. Cambia la concentración • Autodifusión: difusión dentro del mismo material • Difusión por vacantes: un átomo abandona su lugar en la red para ocupar alguna vacante próxima y dejando una nueva • - Se crea una corriente de átomo y otra de vacantes en sentidos contrarios - A mayor temperatura, mayor es el número de vacantes y más energía disponible luego más temperatura más grado de difusión Difusión intersticial: los átomos intersticiales se difunden a otros puntos intersticiales - Se crea una corriente de átomos y otra de puntos intersticiales vacantes en sentidos contrarios - Este proceso de difusión es más rápido debido a que los puntos de intersticie ya existen Energía de activación de la difusión: • Un átomo debe abrirse paso entre los átomos circundantes para su difusión a otro sitio.
Este proceso requiere superar cierta barrera energética.
• Solo los átomos con una energía térmica mayor o igual a Q* podrán difundirse de un punto a otro del material.
6 ...