Difusión - Tema 5
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Questions and Answers

¿Qué describe el fenómeno de la difusión?

  • El transporte de átomos o especies por su movimiento. (correct)
  • La compresión de sustancias sólidas a altas temperaturas.
  • El movimiento de partículas en un fluido en reposo.
  • La separación de compuestos químicos por destilación.

    • ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la autodifusión es correcta?

  • Se da en el cambio aleatorio de posiciones de los átomos. (correct)
  • No depende de la temperatura del material.
  • Es un mecanismo que solo se da en líquidos.
  • Es más lenta que la difusión por vacantes.

    • ¿Qué factor afecta la velocidad de difusión por vacantes?

  • La cantidad de vacantes presentes. (correct)
  • La presión ejercida sobre el material.
  • El tamaño de las partículas involucradas.
  • La temperatura externa del ambiente.

    • ¿Qué tipo de partículas suelen desplazarse en la difusión intersticial?

    <p>Átomos pequeños como H, C, N, O.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el requisito fundamental para que ocurra la difusión?

    <p>La suficiente energía para superar la barrera de activación.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué representa la ecuación de Arrhenius en el contexto de la difusión?

    <p>La velocidad de un proceso de difusión.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué mecanismo de difusión se relaciona con el movimiento de átomos ocupando vacantes?

    <p>Difusión por vacantes.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué condiciones favorecen la difusión?

    <p>Altos gradientes de concentración y temperaturas elevadas.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué proceso se utiliza para aumentar la dureza de la superficie del acero de engranajes?

    <p>Carburización</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué describe el flujo de difusión en estado estacionario?

    <p>El flujo es constante y depende del gradiente de concentración.</p> Signup and view all the answers

    En el proceso de carburización, ¿qué se busca lograr al aumentar el contenido de carbono en la superficie?

    <p>Mejorar la dureza</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la temperatura típica en el proceso de carburización?

    <p>927 ℃</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la condición para que se establezca un flujo de difusión constante?

    <p>La concentración de los átomos debe ser constante en ambos extremos.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué se realiza durante la etapa de 'predeposición' en la difusión de impurezas en silicio?

    <p>Difusión de impurezas a presión constante</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué establece la primera ley de Fick?

    <p>El flujo es proporcional al gradiente de concentración.</p> Signup and view all the answers

    En qué proceso se utilizan temperaturas de 900-1000 ℃ durante menos de una hora?

    <p>Predeposición</p> Signup and view all the answers

    En el contexto de la difusión, ¿qué se entiende por 'perfil de concentración lineal'?

    <p>La concentración cambia linealmente a través del material.</p> Signup and view all the answers

    Qué se busca principalmente en la etapa de 'Drive-in' en el tratamiento de obleas de silicio?

    <p>Transportar impurezas hacia el interior del material</p> Signup and view all the answers

    Si se tiene un disco de hierro carburizado, ¿qué determinará el flujo de carbono a través de él?

    <p>La diferencia de concentración de carbono en ambos lados.</p> Signup and view all the answers

    Para calcular el flujo de difusión, ¿qué información es necesaria?

    <p>El área y la diferencia de concentración.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué significa el dato 'D927°C = 1.28 x 10-11 m2/s' utilizado en carburización?

    <p>Es el coeficiente de difusión del carbono</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué representa el coeficiente de difusión (D)?

    <p>La resistencia al flujo de masa.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué contenido de carbono se espera en la superficie del acero después de la carburización?

    <p>0.90%</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué se entiende por difusión en estado no estacionario?

    <p>El flujo de difusión depende del tiempo y la posición.</p> Signup and view all the answers

    Al tratar una oblea de silicio para aumentar la concentración de P, ¿qué se necesita calcular primero?

    <p>El gradiente de concentración.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una condición necesaria para aplicar la segunda ley de Fick en estado estacionario?

    <p>La concentración superficial debe ser constante.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué indica la función de error gaussiana en el contexto de la difusión?

    <p>Permite conocer la concentración en función del tiempo y la posición.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuáles son los factores que afectan la difusión?

    <p>Temperatura y coeficiente de difusión.</p> Signup and view all the answers

    En condiciones no estacionarias, ¿cómo se comporta la concentración de la especie que difunde?

    <p>Varía con el tiempo y la posición.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el valor de C en el punto x=0 y t=0 según la ley de Fick?

    <p>C = Cs</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué se puede afirmar sobre D en situaciones donde depende de la composición?

    <p>No puede ser aplicada la segunda ley de Fick.</p> Signup and view all the answers

    En la difusión, ¿qué papel juegan las condiciones de contorno?

    <p>Dependiendo de ellas, se determinará la solución de la segunda ley de Fick.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué propiedad proporcionan los iones o huecos en los materiales cerámicos mencionados?

    <p>Proporcionan propiedades conductoras</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el efecto de la oxidación en el aluminio según el contenido?

    <p>Formación de Al2O3 que impide la oxidación continua</p> Signup and view all the answers

    En el proceso de sinterizado, ¿cuál es el objetivo principal?

    <p>Disminuir el tamaño de los poros</p> Signup and view all the answers

    En el crecimiento de granos, ¿qué ocurre con los granos mayores?

    <p>Crecen a costa de los granos más pequeños</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la función de la capa cerámica (YSZ) en las hojas de turbinas?

    <p>Previene la oxidación a alta temperatura</p> Signup and view all the answers

    ¿En qué etapas se divide el proceso de enlazado por difusión?

    <p>Tres etapas: Unión a alta temperatura y presión, Difusión a lo largo de límites de grano, Difusión por volumen</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una de las aplicaciones mencionadas para evitar la difusión de CO2?

    <p>Botellas de plástico para bebidas carbonatadas</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué efecto tiene el quenching en las estructuras obtenidas?

    <p>Previene la difusión y crea estructuras no en equilibrio.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se relaciona el coeficiente de difusión D con la temperatura?

    <p>Depende de la temperatura mediante una relación tipo Arrhenius.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una característica de la difusión en materiales iónicos comparado con los metálicos?

    <p>La difusión es más lenta debido a alta repulsión eléctrica.</p> Signup and view all the answers

    ¿En qué región del material se da una difusión más frenada?

    <p>En bulk.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué determina la permeabilidad de un polímero?

    <p>La reactividad y facilidad de degradación del polímero.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el primer paso en el proceso de difusión en polímeros?

    <p>La disolución de la molécula en la membrana.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué sucede al cambiar de empaquetamiento entre BCC y FCC?

    <p>Se produce discontinuidad en la difusión.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo afecta la temperatura y la energía de enlace en la difusión?

    <p>Están directamente relacionadas con el coeficiente de difusión.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Tema 5. Difusión

    • La difusión es un fenómeno de transporte de átomos u otras especies.
    • Depende principalmente del gradiente de concentración y la temperatura.
    • Es un mecanismo crucial en muchas aplicaciones, ya que puede modificar profundamente las propiedades de los materiales.

    Mecanismos de difusión

    • Gases y líquidos: movimiento aleatorio (movimiento browniano).
    • Sólidos:
      • Autodifusión: átomos del mismo tipo se mueven.
      • Difusión por vacantes: átomos se mueven a través de espacios vacíos (vacantes) en la red cristalina.
      • Difusión intersticial: átomos pequeños se mueven entre los átomos de la red cristalina.
    • Difusión por vacantes en sólidos:
      • Los átomos se desplazan ocupando posiciones vacantes.
      • Este tipo de difusión depende del número de vacantes y la energía de activación del movimiento de la vacante.
    • Difusión intersticial en sólidos:
      • Los átomos se mueven de una posición intersticial a otra.
      • Suele ser más rápida que la difusión por vacantes, ya que los átomos pequeños tienen más posiciones intersticiales que vacantes.

    Cinética de los Procesos Sólidos

    • Requisito para la difusión: el sistema requiere suficiente energía para superar una barrera de activación.
    • Ecuación de Arrhenius: define la velocidad del proceso de difusión. Incluye el coeficiente de difusión (D), la energía de activación (Q), la temperatura (T) y una constante (Co).

    Flujo de Difusión

    • El flujo de difusión (J) quantifica la cantidad de masa que se difunde a través de un área (A) en un tiempo (t).
    • La ecuación es J = M/At.
    • Se define como masa que se difunde por unidad de área y por unidad de tiempo, perpendicularmente al área en cuestión.

    Difusión en Estado Estacionario

    • El flujo no cambia con el tiempo.
    • La concentración de la sustancia que se difunde permanece constante a lo largo del tiempo.
    • El flujo es proporcional al gradiente (fuerza impulsora) de la concentración.
    • La primera ley de Fick describe la relación y la ecuación es J = -D(dC/dx).

    Difusión en Estado No Estacionario

    • La velocidad de difusión depende del tiempo.
    • La concentración de la sustancia que se difunde cambia con el tiempo y la posición.
    • La segunda ley de Fick explica este tipo de difusión.
    • La solución a la segunda ley depende de las condiciones dadas.

    Factores que afectan la difusión

    • Temperatura: la difusión es más rápida a temperaturas más altas.
    • Tipo de soluto: la difusión difiere según el soluto.
    • Estructura cristalina: la difusión se ve influenciada por la estructura cristalina del material.
    • Tiempo.

    Aplicaciones de los Procesos de Difusión

    • Endurecimiento superficial de acero por carburización: aumenta la dureza superficial.
    • Difusión de impurezas en obleas de silicio: esencial en la fabricación de circuitos integrados.
    • Materiales cerámicos conductores: difusion de iones para crear propiedades conductoras.
    • Oxidación de aluminio: la capa de Al2O3 evita el avance de la oxidación.
    • Barreras térmicas para hojas de turbinas: se utiliza un material cerámico para evitar su oxidación.
    • Fusión y colado: factores a considerar durante la difusión de dopantes en forma sólida/líquida.
    • Sinterizado: tratamiento a alta temperatura reduce poros y la fuerza conductora.
    • Enlazado por difusión: unir metales reactivos/materiales disimilares.
    • Crecimiento de granos: los granos mayores crecen por la dismunición de superficie.

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    Description

    Explora el fenómeno de la difusión en diferentes estados de la materia. Descubre los mecanismos que la rigen, como la autodifusión y la difusión intersticial. Aprende cómo la temperatura y el gradiente de concentración afectan este proceso crucial en la ciencia de materiales.

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