Ciencia de materiales. Estructuras de materiales

Ciencia de Materiales

Estructura de materialesM.C. Agustín Eduardo Bravo Bénard

Unidad de Investigación y Asistencia Técnica en Materiales

Departamento de Ingeniería Mecánica

Facultad de Ingeniería,

Universidad Nacional Autónoma de México

Celdas unidad en el sistema cristalino cúbico

Cúbica sencilla Cúbica centrada en el cuerpo

Cúbica centrada en las caras

Estructuras cristalinas

Body-Centered Cubic (BCC)

Face-Centered Cubic (FCC)

Hexagonal Close-Packed

Estructuras cristalinas

Empaquetamiento hexagonal compacto

ABABAB

ABCABCABCHCP

FCC

BCC

ABABAB

Estructuras cristalinas

Nº de coordinación

Hexagonal compacto

Cúbico compacto

(FCC)

• Coordination # = 12

• ABAB... Stacking Sequence

• APF = 0.74

• 3D Projection • 2D Projection

A sites

B sites

A sites Bottom layer

Middle layer

Top layer

Adapted from Fig. 3.3,Callister 6e.

Hexagonal Close-Packed Structure (hcp)

CristalesCristal = Red + Base Maurits Cornelius Escher (1898 – 1972)

Tipos de huecos

Huecos octaédricos

Huecos tetraédricos

Hueco trigonal

Estructuras cristalinas

Tipos de cristalesCrisitales iónicos:a) Estan formados de especies (átomos, moléculas) cargadasb) los aniones y cationes son por lo general de tamaño distintoCristales covalentes:a)Los atomos se mantienen unidos por enlaces covalentes (alótropos del carbono)Cristales MolecularesCristales Metálicos

Estructuras cristalinas

Cloruro de Cesio

- Celda Unitaria: cúbica simple (2 redes superpuestas)- Nº de coordinación para ambos iones es 8

Cloruro Sódico

Estructuras cristalinas

- C.U: cúbica centrada en las caras para los aniones- Nº de coordinación para ambos iones es 6- Los cationes ocupan todos los huecos octaédricos

ZnS (zinc blenda)

Estructuras cristalinas

- C.U: cúbica centrada en las caras para los aniones- Nº de coordinación para ambos iones es 4- Los cationes ocupan la mitad de los huecos tetraédricos

CaF2 (fluorita)

Estructuras cristalinas

- C.U: cúbica centrada en las caras para los cationes- Nº de coordinación para el catión y el anión son 8:4- Los aniones ocupan todos los huecos tetraédricos

TiO2 (rutilo)

Estructuras cristalinas

- C.U: hexagonal compacto para aniones- Nº de coordinación para el catión y el anión son 6:3- Los cationes ocupan la mitad de los huecos octaédricos

Estructura del diamante

Planos y direcciones cristalográficas

Direcciones: [100], [010], [001]Familia de direcciones: <100>

Planos: (110), (101), (011)Familia de planos: {110}

Direcciones cristalográficas

DeslizamientoEstructura cristalina

Plano de deslizamiento

Dirección de deslizamiento

Metalescon estructuraBCC

{110}{112}{123}

<111>

Metalescon estructuraFCC

{111} <110>

Metalescon estructurahexagonal

{0001}{1120}{1010}{1011}

<100><110><1120>

Ley de Bragg

Defectos cristalinos:

1) puntuales- vacantes- defectos intersticiales- defectos sustitucionales- defecto Frenkel- defecto Schottky

2) lineales (dislocaciones)- de tornillo- de borde

3) de superficie- superficie macroscópica- límites de grano- fallas de apilamiento- maclas

Dislocación de tornillo

b = vector de Burgers

Dislocación de borde

b = vector de Burgers

Deslizamiento

Ley de Schmidt

Dirección dedeslizamiento

λφ

Esfuerzo cortanteτr = Fr/A

A0

A

σ = F/A0

τr = σ cosφ cosλ

• Placa de Nb-Hf-W soldada por un haz de electrones.• Cada grano es un cristal. • Para un material policristalino con orientaciones variadas, las

propiedades direccionales se anulan.

1 mm

Límites de grano

Modelo de burbujas

Lattice defects in the soap bubbles model

substitutional smaller atom

interstitial atom

dislocation

vacancy

¿Cómo hacen las burbujas?

En el laboratorio...

Borde de macla

Cristalinidad en polímeros

Materiales Cuasicristalinos

Periodicidad atómica.Simetría de traslación distinta a cristales.

Cristales CuasicristalesSimetría de rotación 1, 2, 3, 4, 6 5, 8, 10, 12

Unidad estructural Celda unitaria Estructura unitaria

EstructurasCúbica, Hexagonal, Tetragonal, …

Icosaédrica, Octaédrica, Decagonal, Duodecagonal

Planos atómicos Periódicos Aperiódicos

Materiales Cuasicristalinos

Cuasicristales Icosaédricos:

Cuasicristales Icosaédricos

LC, 3.5 def

2 p, 5.17 def 10 p, 11.57 def

Amorfización En Estado SólidoColaminado acumulado de capas elementales.

Colaminado de Al-Sn