Difetti nei cristalli

Difetti di punto nelle LEGHE

AM 3g mol 1 cm3 3cm g mmol 0,9N     4exp 2, 7 10V   58, 62 10 1273 N      27 4 24 379, 27 10 2, 7 10 21,8 10 /N vacanze mV 8

Aggiungendo impurezze (B) ad un metallo puro (A):

1. Soluzione solida di B in A (distribuzione casuale di difetti di punto)
   • Sol. solida Sostituzionale
   • Sol. solida interstiziale (es., Cu in Ni) (es., C in Fe)
2. Soluzione solida di B in A + una nuova fase (concentrazioni di B maggiori)
   • Seconda fase
   • Composizione differente
   • (Spesso) struttura differente

Soluzioni solide Sostituzionali se gli atomi sono simili, cioè:

1. Dimensioni simili, r
2. Stessa struttura cristallina
3. Elettronegatività simile
4. Stessa valenza (a parità di tutto il resto, è più solubile il metallo avente valenza maggiore

Si formano soluz. solide interstiziali se un atomo è molto più piccolo dell'altro (es., atomi piccoli sono H, C, O, N). Di solito

le solubilità sono basse (< 10%).

10Soluzioni solide sostituzionali

11Soluzioni solide interstiziali

Es. C in Fe- (CFC)

R(Fe)=0,129 nm

Interstizio R(C)=0,071 nm (ottaedrico)

Calcolo raggio dell'interstizio:

4  2 4a R a R2

4     2 2 2 2a R r a R R r2r   0, 0530, 414 r nmR 

Infatti la massima solubilità del C in Fe è 2%

12La composizione

Per specificare la composizione di una lega si usano comunemente le frazioni massiche (o wt %) e le frazioni atomiche (o at %).

Es. in una lega binaria A-B

m m m  ;

Frazioni massiche: A A Bw wA Bm m m mtot A B tot  naturalmente 1w wA B 

wt % A 100wAn n n  ;

Frazioni atomiche: A A Bz zA Bn n n ntot A B tot

ƒnaturalmente 1z zA Bƒ ×at % A 100z 13A

Conversioni da w a zi i

Come convertire una frazione massica in frazione atomica?

Es. lega binaria Al (70 wt%) – Cu (30 wt%)

Si prende una base di calcolo, ad es. 100 g di materiale.

Quindi : Al = 70 g e Cu = 30g

A quante moli corrispondono?

70 30m mƒ = ƒ = ƒ = ƒ = ƒ = ƒ = 2,59 mol; 0, 472 mol

Al Cu

n nƒ = ƒ = ƒ = ƒ = 0,846; 0,154

Al Cu

zƒ+ ƒAl Cu

n n n nAl Cu Al Cuƒ+ = ƒ

naturalmente 1 14z zAl Cu

Conversioni da z a wi i

Come convertire una frazione atomica in frazione massica?

Es. lega binaria Al (60 at%) – Cu (40 at%)

Si prende una base di calcolo, ad es. 100 moli di materiale.

Quindi : Al = 60 mol e Cu = 40 mol

A quante grammi corrispondono?

ƒ × ƒ × ƒ = ƒ × ƒ × ƒ = ƒ × ƒ × ƒ = ƒ × ƒ × ƒ = 2542g

m n M g m n MAl Al Al Cu Cu Cu

a cui si ricava:

m mƒ = ƒ = ƒ = ƒ = 0,389; w 0, 611

Al Cu

wƒ+ ƒAl Cu

m m m mAl Cu Al Cuƒ+ = ƒ

naturalmente 1w wAl Cu 15

Composizione

Talvolta è utile specificare la composizione

Come massa di un componente per unità di volume di materiale (in unità del S.I. kg/m³). Es. in una lega binaria A-B

Concentrazione volumetrica: m_A/m_B = c_A/c_B = V_A/V_B = V_tot/V_tot

m_A/m_B ≈ 1 + c_A/c_B ≈ 1 + V_A/V_B ≈ 1 + ρ_A/ρ_B

con A e B i componenti della lega

16 Difetti di linea

Dislocazioni:

• sono difetti di linea,
• lo slittamento tra piani reticolari avviene quando le dislocazioni si muovono,
• questo meccanismo produce deformazioni permanenti (plastiche).

Es. Zinco (EC):

• prima della deformazione
• dopo una deformazione (trazione)

Gradini di slittamento

17 Difetti nei solidi

Difetti lineari (dislocazioni)

• Sono difetti a una-dimensione attorno a cui gli atomi sono "disallineati"
• Dislocazione a spigolo: inserimento di un semipiano aggiuntivo di atomi ⊥ b alla linea di dislocazione
• Dislocazione a vite:

Deformazione di taglio del reticolo - b alla linea di dislocazione

Vettore di Burger, b: misura della distorsione reticolare 18

Dislocazione a spigolo 19

Dislocazione a vite

Screw Dislocation b

Dislocationline (b)

Burgers vector b (a) 20

Dislocazione mista

Dislocazione a spigolo

Dislocazione a vite 21

Imperfezioni nei solidi

La dislocazioni sono "visibili"

Adapted from Fig. 4.6, Callister 7e. 22

Difetti di superficie

• Superfici esterne (es. Energia superficiale)
• Bordi dei grani
• Un caso particolare è il bordo di geminato (piano); attorno ad esso c'è simmetria speculare.