Imperfezioni nei solidi

Imperfezioni nei solidi

Cap. 4

Difetto puntuale

La vacanza è un sito vacante del reticolo, ovvero un posto originariamente occupato mancante di un atomo.

La presenza di vacanze aumenta l'entropia del sistema → le vacanze aumentano all’aumentare della T.

ΔG_v = n · Δg_v + T · S con S = k · Δg ln2

Processo termicamente attivato

Vediamo ora un processo termicamente attivato.

Legge di Arrhenius: y = y₀ · exp(-ΔG_v / kT) → N_v = N · exp(-Q_v / kT)

M° tot. atomi

Per la formazione di una V.

Costante di Boltzmann 1.38 · 10^-23

N_v/N = A · exp(-ΔG / kT)

1/T

L’autointerstiziale è un atomo del cristallo che si trova spostato in un sito interstiziale, ovvero un piccolo spazio vuoto che normalmente non viene occupato.

Leghe e difetti di impurità

Leghe: materiali costituiti oltre che dal metallo base anche da atomi di impurità.

→ Soluzione solida: per aggiunta di atomi di soluto nel materiale ospitante mantenendo la struttura cristallina.

→ I difetti puntuali di impurità sono di due tipi:

• Sostituzionali (ex. Cu-Ni)
• Interstiziali (ex. C)

Imperfezioni nei solidi

Difetto puntuale

La vacanza è un sito vacante del reticolo, ovvero un posto momentaneamente occupato mancante di un atomo.

La presenza di vacanze aumenta l'entropia del sistema.

N_v = N · exp (-Q_v / k · T)

• M° tot.
• Costante
• N° atomici
• Di Boltzmann 1.38 · 10^-23 J

"E_v per la formazione di una v."

⇒ Le vacanze aumentano all'aumentare della T.

ΔG = n · ΔG_v + T · S con S = k · Δln Ω

Processo termicamente attivato

Vediamo ora un processo termicamente attivato.

Legge di Arrhenius: y = y_o · exp (-ΔG / kT)

N_v = n / N = A · exp (-ΔG / kT)

L'autointerstiziale è un atomo del cristallo che si trova riportato in un sito interstiziale, ovvero un piccolo spazio vuoto che normalmente non viene occupato.

Leghe e composizione

Leghe: materiali costituiti oltre che dal metallo base anche da atomi di impurità.

⇒ Soluzione solida; per aggiunta di atomi di soluto nel materiale ospitante mantenendo la struttura cristallina.

→ I difetti puntuali di impurità sono di due tipi:

• Sostituzionali (ex. Cu-Ni)
• Interstiziali (ex. C)

La composizione della lega si esprime o in percentuale peso o in percentuale atomica.

C = m₁ / (m₁ + m₂) · 100

C = n₁ / (n₁ + n₂) · 100

Dislocazioni e difetti interfacciali

La dislocazione è un difetto lineare intorno a cui gli atomi sono fuori posto. Esistono 3 tipi.

A spigolo: viene aggiunto un semipiano i cui spigoli terminano nei cristalli. È un difetto che si sviluppa attorno all'asse del semipiano.

A vite: causa ottenuta da uno sfaso di taglio, la regione superiore ruota attornomistal.

L'ampiezza e la direzione della dislocazione dei reticoli associata con una dislocazione vengono espresse dal vettore di Burggers.

Difetti interfacciali sono aree di confine 2D e separano regioni a differente struttura cristallina e/o orientazione cristallografica. Questi sono:

• Superfici esterne: gli atomi superficiali hanno maggiore E_u
• Bordi dei grani: tra grani adiacenti sono possibili disallineamenti cristallografici

Se limitati bordo di grano è piccolo / bordo angolo alto (ex bordo) un angolo.

Coesione tra fasi

La diffusione

Il trasferimento di massa sia all'interno di un solido sia da parte di un liquido o di un gas avviene tramite la diffusione.

Ex. Coppia di diff. = 2 barre di metalli differenti (Cu-Ni) a contatto.

Scaldata a elevate temp.

Raffreddata a T ambiente.

Interdiffusione

Metti bene se metalli puri => autodiffusione.

Condizioni e tipologie

Condizioni:

• Posizione adiacente vuota
• Sufficiente energia per vincere i legami (vibrazione)

Tipologie:

• Per vacanze
• Interstiziale

Se c è costante => diff. stazionaria (ex. atomi di gas attraverso un lamina di un metallo con concentrazione esterni = cost.).

J = Q / At - Indica quanto è veloce.

J = -D dc/dx

c a profilo di concentrazione

La pendenza usando il grado è