1. Defectos o imperfecciones
en los sistemas cristalinos
Juan Carlos Vazquez
David Barba
Manuel Cabrera
Jose Carlos Ortiz

2. Introducción.
• ¿Alguna vez te has preguntado que hace que un cristal de rubí sea rojo y otro
azul? ¿Qué hace al acero mucho más duro y resistencia que el hierro puro? La
respuesta es sencilla… es el arreglo de los átomos o de los iones de los
materiales diseñados.
• Los arreglos de estructuras cristalinas siempre tienen defectos:
1. Tienen un efecto sobre las propiedades de los materiales
2. En muchas aplicaciones es útil, sin embargo en otras se trata de minimizar.
3. Se dividen en tres tipos: puntuales; lineales y superficiales.

3. Defectos Puntuales.
Son interrupciones localizadas en arreglos atómicos o iónicos.
Esta alteración afecta una región donde intervienen varios átomos o iones en una
estructura cristalina.
Se pueden introducir por ello movimiento de los átomos o iones al aumentar la
energía por el calentamiento, por el procesamiento, por la introducción de
impurezas o por dopado.
Hay seis tipos de defectos puntuales: vacancia; átomo intersticial, átomo de
sustitución pequeño; átomo de sustitución grande; defecto de Frenkel y defecto de
Scottky.

5. Tipo 1: Vacancia.
• Es cuando faltan un átomo o ion en su sitio normal de la estructura cristalina.
• Recordemos que cuando faltan átomos o iones aumenta el desorden normal o entropía del
material, que a su vez, aumenta la estabilidad termodinámica de un material cristalino.
• Todos los materiales cristalinos tienen defecto de vacancia.
• Se introducen a los metales y aleaciones durante a solidificación, a temperaturas elevadas o
como consecuencia de danos por la radicación.
• Juegan un papel importante en la determinación de la rapidez con la que se pueden mover
los átomos o iones.

6. Formula para calcular vacancia.

7. Tipo 2: Intersticial.
• Se forma cuando se inserta un átomo o ion adicional en la estructura
cristalina, normalmente una posición desocupada.
• Los átomos intersticiales son mucho menores que los átomos que están en
los puntos de la red, pero son mayores que los sitios intersticiales que
ocupa.
• En consecuencia, la región cristalina vecina esta comprimida y
distorsionada.

8. Tipo 3: Sustitucional:
• Átomo/Ion es sustituido con un tipo distinto de átomo o ion.
• Estos átomos sustitucionales ocupan el sitio mayor de la red: cuando son mayores
se reducen los espacios interatómicos y viceversa cuando son menores.
• Estos defectos pueden introducir de forma de una impureza, de una adición
deliberada en la aleación,
• Una vez introducidos, la cantidad de defectos es relativamente independiente de la
temperatura.

9. Tipo 4: Intersticialidad (Defecto
auntointersticial)
• Un átomo idéntico a los puntos normales de red está en una
posición intersticial.
• Es común en estructuras con bajo factor de
empaquetamiento.

10. Tipo 5: De Frenkel.
• Un par vacancia-intersticial cuando un ion salta de un punto
normal de red a un sitio intersticial, dejando atrás una
vacancia.

11. Tipo 6: De Schottky.
• Las vacancias se presentan en un material con enlaces
iónicos donde debe faltar un número estequiometrico de
aniones y cationes en el cristal si se quiere conservar la
neutralidad eléctrica.

12. Defectos Lineales.
• Lasdislocaciones son imperfecciones lineales en un cristal que de otra
manera seria perfecto.
• Se suelen introducir en cristal durante la solidificación del material o cuando
el material se deforma permanentemente.
• Anqué en todos los materiales incluyendo cerámicos y polímeros, hay
dislocaciones.
• Se pueden identificar tres clases de dislocaciones: de tornillo, borde y mixta.

13. Tipo 1: De tornillo.
• Se puede ilustrar haciendo un corte parcial en un cristal perfecto torciendo
ese cristal una distancia atómica.
• Si se continuara la rotación se describiría una trayectoria espiral.
• El eje o línea respecto al cual se traza la trayectoria, es la dislocación de
tornillo.

15. Tipo 2: De borde o arista.
• Se puede ilustrar haciendo un corte parcial en un cristal perfecto abriendo el cristal
y llenando en parte el corte con un plano adicional de átomos.
• La orilla inferior de este plano insertado representa la dislocación de borde.
• El vector necesario para cerrar el circuito es el vector de Burgers.
• Al introducir la dislocación, los átomos que están arriba de la línea de dislocación
están muy comprimidos entre sí, mientras que los de abajo están muy distendidos.
• A diferencia de una dislocación de borde o arista, una de tornillo no se puede
visualizar como un semiplano adicional de átomos

17. Tipo 3: Mixtas.
• Tienen componentes de bordes y de tornillos con una región de transición entre
ella.
• Cuando se aplica una fuerza cortante en la dirección del vector de Burgers a un
cristal que contenga una dislocación, esta se puede mover rompiendo los enlaces
de los átomos en un plano.
• El plano de cortes se desplaza un poco para establecer enlaces con el plano parcial
de átomos originales.
• Ejemplo: Otra forma de visualizarlo, es imaginar cómo se movería una onda en una
alfombra si tratáramos de eliminarla aplanándola en lugar de levantar la alfombra.

19. Deslizamiento.
• Es el proceso por el que se mueve una dislocación y se hace que
se deforme un material metálico.
• La dirección en la que se mueve la dislocación es la dirección de
deslizamiento.
• Durante el deslizamiento, una dislocación se mueve desde un
conjunto de entornos hasta otro conjunto idéntico de entornos.

20. Ley de Schmid.
• Se puede usar para comparar las propiedades de los metales
que tengan estructuras cristalinas BCC, FCC y HCP. Como los
distintos cristales o granos están orientados en direcciones
aleatorias, no se puede aplicar la ley de Schmid para
pronosticar el comportamiento mecánico de los materiales
policristalinos.

21. Defectos superficiales.
• Son imperfecciones de la estructura cristalina ubicadas en un área del
material.
• Los principales defectos son la misma superficie y las fronteras de los
granos.
• La superficie del material es un defecto de estructura porque se rompe con
la simetría de los átomos entrelazados, estos átomos tienen enlaces
químicos no completos, lo cual los hace más reactivos químicamente del
resto de los átomos. Son límites o los planos que separan un material en
regiones, cada región tiene la misma estructura cristalina, pero diferente
orientación.

22. • Lasdimensiones exteriores del material representan
superficies en donde termina el cristal en forma súbita.
• Cada átomo en la superficie ya no tiene el número
adecuado de coordinación y se interrumpe el
enlazamiento atómico.
• La superficie exterior también puede ser apera, contener
muescas diminutas y ser mucho más reactiva que el
interior del material.
• Ejemplo: la oxidación de metales, ya que estos presentas
estructuras policristalinos los átomos no llegan a
completar sus enlaces.