30 Questions
¿Qué es un cristal perfecto?
Un cristal perfecto es un cristal infinito, con una estructura completamente simétrica y ordenada, con sus átomos en reposo (0K) y los electrones distribuidos en sus estados energéticos más bajos.
¿Qué son las vibraciones de red y cómo afectan a los cristales?
Las vibraciones de red son vibraciones colectivas de todos los átomos del cristal y se propagan a través del cristal como ondas sonoras. Son responsables de las propiedades físicas de los cristales, como su dureza, su resistencia y su conductividad térmica.
¿Qué son las vibraciones locales en un cristal?
Las vibraciones locales son vibraciones de un solo átomo o grupo de átomos que no se propagan a través del cristal.
¿Cómo afectan las vibraciones locales a las propiedades químicas de los cristales?
Las vibraciones locales pueden afectar las propiedades químicas de los cristales, ya que pueden conducir a reacciones químicas al romper o formar enlaces químicos.
¿Por qué los electrones se hallan en sus niveles energéticos más bajos en un cristal perfecto?
Los electrones se hallan así debido a que de esta manera están más fuertemente unidos a los átomos del cristal y evitan así moverse libremente a través de él.
¿Cuáles son los posibles tipos de defectos en un cristal?
Los posibles tipos de defectos son las vibraciones de los átomos, que pueden ser de red o locales.
¿Cómo afecta la distorsión de la red cristalina en metales cúbicos centrados en el cuerpo (BCC) al límite elástico y la tenacidad?
Aumenta el límite elástico pero disminuye la tenacidad.
¿Qué son los bordes de grano en metales y qué fenómenos facilitan?
Son zonas desordenadas con alta energía asociada, que facilitan fenómenos como la difusión y ciertas transformaciones.
¿Qué sucede durante la solidificación en cuanto a la formación de un germen sólido?
Los átomos adyacentes pueden agruparse formando un germen sólido, que crece rápidamente al disminuir la temperatura.
¿Qué ocurre al bajar la temperatura por debajo de la de fusión del material metálico?
Aumenta la probabilidad de formación de núcleos estables, iniciando el proceso de solidificación.
¿Cómo afecta la temperatura al tamaño crítico de germen en la formación de núcleos estables?
El tamaño crítico de germen disminuye al disminuir la temperatura, afectando la formación de núcleos estables.
¿Por qué la nucleación puede ser homogénea o heterogénea?
La nucleación puede ser homogénea (a partir de líquido homogéneo) o heterogénea (en zonas no homogéneas), con la presencia de impurezas que aumenta la nucleación.
¿Qué efecto tiene la presencia de vacantes en los materiales cristalinos en la entropía del sistema?
La presencia de vacantes aumenta la entropía, que es una medida del desorden del sistema.
¿Por qué los defectos termodinámicamente estables en un cristal no tienen tendencia a desaparecer con el tiempo?
Los defectos termodinámicamente estables en un cristal no tienen tendencia a desaparecer con el tiempo debido a que están en equilibrio con su entorno.
¿Cómo varía la concentración de vacantes en equilibrio con la temperatura?
La concentración de vacantes en equilibrio aumenta exponencialmente con la temperatura.
¿Qué proceso puede hacer que las vacantes sean menos perjudiciales para las propiedades físicas del material?
Los procesos para eliminar el exceso de vacantes, como la migración al borde de grano, hacen que sean menos perjudiciales para las propiedades físicas del material.
¿Qué contribuye a la disminución del impacto de las vacantes en las propiedades físicas del material?
La formación de micro vacíos contribuye a la disminución del impacto de las vacantes en las propiedades físicas del material.
¿Qué modos pueden generar un exceso de vacantes en un material cristalino?
El enfriamiento rápido desde una temperatura elevada y la irradiación con partículas de alta energía son modos de generar un exceso de vacantes.
¿Qué tipos de defectos pueden afectar a un solo átomo o ion en un cristal?
Los defectos puntuales, que incluyen vacantes, impurezas e intersticios.
¿Qué son las dislocaciones y cómo pueden ser creadas en un cristal?
Las dislocaciones son defectos lineales que afectan a una fila de átomos o iones, y pueden ser creadas durante la formación del cristal o por exposición al calor o tensión.
¿Qué impacto tienen los defectos superficiales en los cristales y cómo pueden ser causados?
Los defectos superficiales, como grietas, poros y rugosidades, impactan la superficie del cristal y pueden ser causados por tensión, corrosión o impacto.
¿Qué tipo de defectos afecta una gran región del cristal y cómo pueden ser creados?
Los defectos volumétricos, como huecos, burbujas y precipitados, afectan una gran región del cristal y pueden ser creados por desgasificación, evaporación o deposición de material.
¿Cómo pueden los defectos influir en las propiedades de los cristales?
La presencia de defectos puede influir en la conductividad eléctrica, conductividad térmica, elasticidad y resistencia de los cristales.
¿Qué puede aumentar el volumen del cristal y distorsionar localmente la red cristalina durante la solidificación?
La formación de vacantes durante la solidificación aumenta el volumen del cristal y distorsiona localmente la red cristalina.
¿Qué factores influyen en el tamaño de grano durante la solidificación y cómo afectan su formación?
Los factores que influyen en el tamaño de grano durante la solidificación son la temperatura de solidificación (Ts), el número de nucleación (N) y la concentración de soluto (C). Si la temperatura de solidificación es alta, habrá pocos granos que crecerán mucho, lo que resulta en un grano basto. Si la temperatura es baja, se formarán muchos granos que crecerán poco, obteniendo un material policristalino de grano fino. Si la temperatura es muy baja, la formación de granos será casi nula, resultando en un sólido amorfo.
¿Cómo se puede controlar el tamaño de grano a través de la velocidad de solidificación?
La velocidad de solidificación puede controlar el tamaño de grano. Una velocidad de enfriamiento baja produce un grano basto, mientras que una velocidad más alta produce un grano fino. Si la velocidad es muy alta, el sólido puede quedar en estado vítreo (amorfo).
¿Qué tipo de estructura granular se forma en la solidificación homogénea y qué factores influyen en su formación?
En la solidificación homogénea se formarán granos equiaxiales. Si el enfriamiento del líquido es muy rápido, los cristales no tienen tiempo de crecer por igual en todas las direcciones, lo que da lugar a una estructura columnar de granos alargados.
¿Cuáles son los defectos producidos durante la solidificación y cuál es su origen?
Los defectos producidos durante la solidificación son los repuches, cavidades de contracción, micro rechupes, porosidad y la segregación. Estos se deben a la diferencia de volumen específico entre el líquido y el sólido, contracción durante la solidificación, o bien gases ocluidos en el líquido.
¿Qué es la segregación en el proceso de solidificación y qué tipos existen?
La segregación implica diferencias en composición entre distintas zonas del material. Existen dos tipos: macro segregación, que ocurre entre zonas distantes de la pieza y es principalmente por gravedad, y micro segregación, que se produce en un intervalo de temperaturas y puede homogeneizarse por difusión.
¿Por qué se forma la estructura dendrítica durante la solidificación y cuál es su impacto en las propiedades del material?
La estructura dendrítica se forma debido a la micro segregación, la composición de los dendritas es distinta de la de los espacios inter dendríticos. Esto provoca direcciones preferentes de crecimiento en el cristal, gradientes de composición que dificultan el crecimiento del sólido y una forma no esférica de los granos, lo que impacta en las propiedades del material.
Study Notes
Proceso de solidificación en materiales metálicos
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La distorsión de la red cristalina en metales cúbicos centrados en el cuerpo (BCC) aumenta el límite elástico pero disminuye la tenacidad, elevando la temperatura de transición dúctil-frágil bajo irradiación con partículas.
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Los bordes de grano en metales son zonas desordenadas con alta energía asociada, lo que facilita fenómenos como la difusión y ciertas transformaciones.
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Durante la solidificación, los átomos adyacentes pueden agruparse formando un germen sólido, que crece rápidamente al disminuir la temperatura.
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Al bajar la temperatura por debajo de la de fusión del material metálico, aumenta la probabilidad de formación de núcleos estables, iniciando el proceso de solidificación.
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El tamaño crítico de germen disminuye al disminuir la temperatura, lo que afecta la formación de núcleos estables.
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El paso del estado líquido a una estructura sólida cristalina al bajar la temperatura es una transformación estable debido a la disminución de la energía de Gibbs.
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La nucleación puede ser homogénea (a partir de líquido homogéneo) o heterogénea (en zonas no homogéneas), con la presencia de impurezas que aumenta la nucleación.
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La energía de activación para la formación de un núcleo y el tamaño crítico del germen son menores cuanto menor es la temperatura.
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La velocidad de nucleación homogénea es proporcional al número de núcleos formados, que aumenta al disminuir la temperatura.
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El crecimiento de un núcleo estable está regido por la difusión de átomos para formar la estructura cristalina granular.
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El frente de solidificación avanza perpendicularmente al flujo de evacuación del calor, con una velocidad de crecimiento proporcional a la velocidad de nucleación y a la de crecimiento.
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La velocidad de solidificación es menor a menor temperatura, lo que influye en el proceso de formación de la estructura cristalina granular.
Impacto de los defectos en los niveles energéticos de los cristales
- Los defectos en los cristales, como vacantes, impurezas e intersticios, afectan la distribución de electrones en los niveles energéticos del cristal, alterando sus propiedades físicas.
- Los defectos puntuales, que afectan a un solo átomo o ion, incluyen vacantes, impurezas e intersticios, y pueden ser creados durante la formación del cristal o por exposición al calor o radiación.
- Las dislocaciones son defectos lineales que afectan a una fila de átomos o iones, y pueden ser creadas durante la formación del cristal o por exposición al calor o tensión.
- Los defectos superficiales, como grietas, poros y rugosidades, impactan la superficie del cristal y pueden ser causados por tensión, corrosión o impacto.
- Los defectos volumétricos, como huecos, burbujas y precipitados, afectan una gran región del cristal y pueden ser creados por desgasificación, evaporación o deposición de material.
- La presencia de defectos puede influir en la conductividad eléctrica, conductividad térmica, elasticidad y resistencia de los cristales.
- La formación de vacantes durante la solidificación aumenta el volumen del cristal y distorsiona localmente la red cristalina.
- Los defectos extrínsecos, como átomos intersticiales y de sustitución, pueden introducirse en el cristal por mezcla con el metal durante la solidificación o difusión desde la superficie del sólido.
- La irradiación con partículas de alta energía puede crear defectos extrínsecos, como vacantes, intersticios y dislocaciones, en los cristales.
- La difusión desde la superficie del sólido es el proceso por el cual los átomos o moléculas de un sólido se mueven desde la superficie hacia el interior del sólido.
- La concentración de vacantes en equilibrio se produce por efecto de la temperatura, ya que un sistema está en equilibrio cuando la energía libre de Gibbs es mínima.
- Los defectos en los cristales son influenciados por el tipo de enlace, la red cristalina y la presencia de impurezas, y tienen un impacto significativo en las propiedades finales del material.
Proceso de solidificación en materiales metálicos: Descubre los conceptos clave sobre la solidificación de metales, incluyendo la nucleación, crecimiento de núcleos estables y la influencia de la temperatura en el proceso. Impacto de los defectos en los niveles energéticos de los cristales: Conoce cómo los defectos en los cristales, como vacantes, dislocaciones y defectos superficiales, afectan las prop
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