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?

Átomos pequeños como H, C, N, O. Signup and view all the answers

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

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

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

La velocidad de un proceso de difusión. Signup and view all the answers

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

Difusión por vacantes. Signup and view all the answers

¿Qué condiciones favorecen la difusión?

Altos gradientes de concentración y temperaturas elevadas. Signup and view all the answers

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

Carburización Signup and view all the answers

¿Qué describe el flujo de difusión en estado estacionario?

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

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

Mejorar la dureza Signup and view all the answers

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

927 ℃ Signup and view all the answers

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

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

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

Difusión de impurezas a presión constante Signup and view all the answers

¿Qué establece la primera ley de Fick?

El flujo es proporcional al gradiente de concentración. Signup and view all the answers

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

Predeposición Signup and view all the answers

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

La concentración cambia linealmente a través del material. Signup and view all the answers

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

Transportar impurezas hacia el interior del material Signup and view all the answers

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

La diferencia de concentración de carbono en ambos lados. Signup and view all the answers

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

El área y la diferencia de concentración. Signup and view all the answers

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

Es el coeficiente de difusión del carbono Signup and view all the answers

¿Qué representa el coeficiente de difusión (D)?

La resistencia al flujo de masa. Signup and view all the answers

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

0.90% Signup and view all the answers

¿Qué se entiende por difusión en estado no estacionario?

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

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

El gradiente de concentración. Signup and view all the answers

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

La concentración superficial debe ser constante. Signup and view all the answers

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

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

¿Cuáles son los factores que afectan la difusión?

Temperatura y coeficiente de difusión. Signup and view all the answers

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

Varía con el tiempo y la posición. 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?

C = Cs Signup and view all the answers

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

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

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

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

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

Proporcionan propiedades conductoras Signup and view all the answers

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

Formación de Al2O3 que impide la oxidación continua Signup and view all the answers

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

Disminuir el tamaño de los poros Signup and view all the answers

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

Crecen a costa de los granos más pequeños Signup and view all the answers

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

Previene la oxidación a alta temperatura Signup and view all the answers

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

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

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

Botellas de plástico para bebidas carbonatadas Signup and view all the answers

¿Qué efecto tiene el quenching en las estructuras obtenidas?

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

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

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

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

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

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

En bulk. Signup and view all the answers

¿Qué determina la permeabilidad de un polímero?

La reactividad y facilidad de degradación del polímero. Signup and view all the answers

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

La disolución de la molécula en la membrana. Signup and view all the answers

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

Se produce discontinuidad en la difusión. Signup and view all the answers

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

Están directamente relacionadas con el coeficiente de difusión. 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.