Domande esame di Chimica dei metalli

Difetti puntiformi

Ci possono presentare quattro tipologie di difetti puntiformi:

• Vacanza: è un difetto intrinseco che si manifesta come assenza di un atomo nel reticolo cristallino, che lascia libera la posizione. Quando è presente una vacanza gli sforzi locali degli altri atomi sono diretti verso di essa, per colmare il vuoto atomico. Il numero di vacanze aumenta all'aumentare della temperatura e si stima che ci sia 1 posizione vuota reticolare ogni 10000.
• Atomo autointerstiziale: è un difetto intrinseco dovuto alla presenza di un atomo dello stesso tipo che si inserisce negli interstizi del reticolo, provocando degli sforzi locali direzionati verso il reticolo.
• Atomo interstiziale: è un difetto estrinseco dovuto alla presenza di un atomo diverso negli spazi interstiziali del reticolo.
• Atomo sostituzionale: è un difetto estrinseco dovuto alla presenza di un atomo differente che sostituisce un atomo del reticolo. Se l'atomo è più piccolo degli altri atomi gli sforzi locali saranno diretti verso l'interno dell'atomo diverso; se, invece, l'atomo è più grande gli sforzi locali saranno diretti verso l'esterno dell'atomo.
• Coppia di Frenkel: presenza contemporanea di una vacanza di un interstiziale.

Difetti di linea

Si dividono in:

• Dislocazioni a spigolo: una dislocazione è una linea di atomi che si trova al fondo di un semipiano all'interno del reticolo cristallino. Lo scorrimento della dislocazione coinvolge pochi atomi, che rompono il loro legami per formarne nuovi con atomi adiacenti; questo movimento avviene sempre perpendicolarmente alla linea di dislocazione.
• Dislocazioni a vite: in questo caso lo scorrimento interessa solo una parte del cristallo, senza influenzare tutto il reticolo cristallino come avviene nelle dislocazioni a spigolo.

Tanto più facilmente le dislocazioni si muovono, tanto più facilmente il metallo cambia forma quindi più duttile. Intorno alle dislocazioni si concentrano zone di compressione e trazione, che possono interagire quando le dislocazioni si avvicinano; se esse hanno lo stesso segno si respingono, ma se hanno segno opposto si annullano, dando origine al cristallo perfetto. Quando i metalli hanno alte concentrazioni di deformazione si ha un incrudimento e successivamente una frattura.

Difetti di superficie

I metalli hanno generalmente struttura policristallina cioè formata da un gran numero di piccoli cristalli detti grani, orientati casualmente all'interno del materiale; la forma, dimensione e orientazione caratterizzano la microstruttura del cristallo, direttamente collegata alle proprietà del materiale. Vi sono tre difetti di superficie:

• Superficie del cristallo.
• Interface tra fasi diverse.

Ripetizione dei difetti puntiformi

Ci possono presentare quattro tipologie di difetti puntiformi:

• Vacanza: è un difetto intrinseco che si manifesta come assenza di un atomo nel reticolo cristallino, che lascia libera la posizione. Quando è presente una vacanza gli sforzi locali degli altri atomi sono diretti verso di essa, per colmare il vuoto atomico. Il numero di vacanze aumenta all'aumentare della temperatura e si stima che ci sia 1 posizione vuota reticolare ogni 10000.
• Atomo autointerstiziale: è un difetto intrinseco dovuto alla presenza di un atomo dello stesso tipo che si inserisce negli interstizi del reticolo, provocando degli sforzi locali direzionati verso il reticolo.
• Atomo interstiziale: è un difetto estrinseco dovuto alla presenza di un atomo diverso negli spazi interstiziali del reticolo.
• Atomo sostituzionale: è un difetto estrinseco dovuto alla presenza di un atomo differente che sostituisce un atomo del reticolo. Se l'atomo è più piccolo degli altri atomi gli sforzi locali saranno diretti verso l'interno dell'atomo diverso; se, invece, l'atomo è più grande gli sforzi locali saranno diretti verso l'esterno dell'atomo.
• Coppia di Frenkel: presenza contemporanea di una vacanza di un interstiziale.

Ripetizione dei difetti di linea

Si dividono in:

• Dislocazioni a spigolo: una dislocazione è una linea di atomi che si trova al fondo di un semipiano all'interno del reticolo cristallino. Lo scorrimento della dislocazione coinvolge pochi atomi, che rompono il loro legami per formarne nuovi con atomi adiacenti; questo movimento avviene sempre perpendicolarmente alla linea di dislocazione.
• Dislocazioni a vite: in questo caso lo scorrimento interessa solo una parte del cristallo, senza influenzare tutto il reticolo cristallino come avviene nelle dislocazioni a spigolo.

Tanto più facilmente le dislocazioni si muovono, tanto più facilmente il metallo cambia forma quindi più duttile. Intorno alle dislocazioni si concentrano zone di compressione e trazione, che possono interagire quando le dislocazioni si avvicinano.