SISTEMAS CRISTALINOS

En la historia de la humanidad el hombre ha tratado de encontrar las aplicaciones de los materiales y en que se pueden utilizar. Para esto se ha estudiado la conformación y las estructuras de los materiales.

Por esta razón trataremos de darles una explicación más amplia de lo que es todo lo concerniente a los defectos cristalinos en los materiales.

Defectos puntuales
Entre los defectos puntuales que pueden aparecer entre los defectos cristalinos son:
-Vacante. (Que es el más simple defecto puntual).

-Defecto Frenkel

-Defecto Schottky

-Defectos de Líneas (Dislocaciones)

- Dislocaciones de cuñas

- Dislocaciones Helicoidales

- Dislocaciones Mixtas.

Defectos Superficiales

Existe un número de imperfecciones cristalinas que muestran las características y dimensiones de una superficie.
Los defectos superficiales son los límites o bordes o planos que dividen un material en regiones, cada una de las cuales tiene la misma estructura cristalina pero diferente orientación

Deslizamiento

Un sistema de deslizamiento es la combinación de un plano y una dirección que se haya sobre el plano a lo largo del cual se produce el deslizamiento.
El mecanismo de deslizamiento puede definirse como el movimiento paralelo de dos regiones cristalinas adyacentes, una respecto a la otra, a través de algún plano.
Los cristales cúbicos centrados en las caras (FCC) poseen 12 sistemas de deslizamiento debido a que tiene cuatro grupos (111) y con tres direcciones (110) en cada una

Importancia de los defectos
- En los materiales metálicos, los defectos como las dislocaciones, defectos puntuales y límites de grano sirven como obstáculo a las dislocaciones.
- Es posible controlar la resistencia de un material metálico controlando la cantidad y el tipo de imperfección

Importancia de los defectos de superficie:
- En todos los casos provocan irregularidades en la red cristalina del material

Importancia de los defectos puntuales:
- Se incrementa la resistencia mecánica del material

Importancia de las dislocaciones (defectos lineales):
- Es un mecanismo para la deformación plástica de los metales, ya que el esfuerzo aplicado causa el movimiento de las dislocaciones.

Las formas geométricas de las celdas unidad definen los denominados sistemas cristalinos. Estos son siete paralelepípedos definidos por tres distancias (a, b y c) y tres ángulos (a, b y g). Estos paralelepípedos deben cumplir con la condición de “llenado del espacio”. Esta condición establece que al trasladarse la celda en vectores unitarios en las tres dimensiones debe llenar todo el espacio.

Se define como celda unitaria, la porción más simple de la estructura cristalina que al repetirse mediante traslación reproduce todo el cristal.

Los siete sistemas cristalinos definen la forma de los paralelepípedos, pero nada nos dice acerca de cómo se ubican los puntos de red dentro de la misma. Hay cuatro maneras distintas de ubicar puntos de red en una celda unidad

1. Celda unidad primitiva (P), contiene un punto de red por celda unidad ubicado en el origen.
2. Celda unidad centrada en el cuerpo (I).tiene un punto de red en el origen y uno en el centro de la celda.
3. Celda unidad centrada en las caras (F), tiene un punto de red en el origen y uno en el centro de cada una de las caras.
4. Celda unidad centrada en una cara (A, B o C) tiene un punto de red en el origen y otro en una de las caras.
La combinación de estos cuatro tipos de centrados con los siete sistemas cristalinos da origen a las catorce Redes de Bravais.

Los planos cristalinos son puramente imaginarios, son definidos en función de la forma y tamaño de la celda unidad y proveen una grilla de referencia a los cuales se pueden referir los átomos ubicados dentro de la celda unidad. Ocasionalmente los planos cristalinos pueden coincidir con planos de átomos pero no es lo habitual. Este concepto es amplia mente utilizado en difracción de rayos X.

Los planos cristalinos son nombrados asignándole a cada conjunto de planos tres números conocidos como “índices de Miller”. Estos son simbolizados con las letras hkl.

La derivación de los índices de Miller se realiza de la siguiente manera: Tomemos la figura de la siguiente transparencia. En ella el origen de la celda unidad está indicado con O y se marcan dos planos paralelos. Debemos imaginar un tercer plano que es paralelo a éstos dos y que pasa por el origen. Consideremos el plano que está adyacente al que pasa por el origen. Este corta el eje x en a/2, al eje y en b y al eje z en c/3, esto es las intersecciones fraccionarias son ½, 1 y 1/3. Tomando las recíprocas de estos valores se obtienen los índices de Miller, es decir (213), esto es h=2, k=1 y l=3. Cuando un plano es paralelo a alguno de los ejes, se considera que corta a dicho eje en infinito y consecuentemente el índice de Miller correspondiente es cero.

Para la utilización de este concepto de planos cristalinos en difracción de rayos X (DRX), es necesario conocer la distancia entre los planos o distancia interplanar. La ecuación para el cálculo de estas distancias, es sumamente complicada para sistemas cristalinos que tienen ángulos (a, b o g) distintos de 90o, sin embargo se simplifica considerablemente para sistemas ortogonales, esto es con todos los ángulos iguales a 90o (sistemas cúbico, tetragonal y ortorrómbico).