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Point defects in materials
"Descrizione"
by ivan (999 pt)
2021-Sep-18 15:49

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Esistono 3 tipi di difetti puntuali: 

INTERSTIZIALI

SOSTITUZIONALI

VACANZE


 


 

VACANZE

Una vacanza costituisce una posizione reticolare non occupata (una sede vacante). Le vacanze si formano a seguito di fenomeni di agitazione termica, di incrudimento, di irradiazione.

Le vacanze tipicamente si formano in prossimità delle superficie dei cristalli dove mancano dei legami atomici e quindi possono agevolmente muoversi e dare vita a una vacanza.

Sono difetti di EQUILIBRIO e dipendono dalla temperatura. 

Se la T è 0 K (zero assoluto), il numero di vacanze nel nostro materiale è zero.

 

Esempio di materiale contenente difetti interstiziali: ACCIAIO, un materiale che presenta una matrice di atomi di ferro in cui sono disciolti in posizione intersezione degli atomi di carbonio. 

 

I difetti puntuali sono presenti in tutti i materiali solidi: metalli, ceramici, in particolare, nei ceramici aventi legame ionico, troviamo anziché difetti di una sola tipologia, coppie di difetti, per questioni legate all'equilibrio di carica. Il cristallo Ionico deve essere elettricamente neutro.

Quindi è presente una fase: un elemento atomico preponderante, per esempio il ferro, che costituisce il materiale della matrice e poi abbiamo dei materiali che costruiscono i difetti, che sono inseriti all'interno di questa matrice. Nel caso delle soluzioni liquide, ugualmente, noi abbiamo un solvente liquido in cui è disciolto un saluto, banalmente acqua zucchero, dove l'acqua è il solvente e lo zucchero il soluto. Nel caso delle soluzioni solide, noi abbiamo una situazione analoga, con solvente e soluto in fase solida. per esempio l’acciaio, che si può considerare una soluzione solida avente come solvente una matrice di ferro e come assoluto degli atomi di carbonio posti in posizione interstiziale. Le soluzioni solide sono tipicamente sistemi monofasici costituiti da un'unica fase. è vero che abbiamo due specie atomiche differenti, per esempio ferro-carbonio, ma il sistema acciaio comprende entrambe queste specie atomiche. Nel caso dell'acciaio il carbonio risulta omogeneamente disciolto nella fase di ferro. Noi abbiamo un sistema che è la combinazione dei due elementi differenti. Non è che possiamo individuare dei cristalli di ferro pure o di carbonio puro.  Il ferro e il carbonio sono simultaneamente presenti all'interno delle stesse Celle cristalline. Le soluzioni solide sono sistemi monofase, una sola fase solida, avente proprietà continue e omogenee in ogni suo punto, in ogni suo sotto volume con dei difetti interstiziali che sono casualmente e omogeneamente distribuiti all'interno del solvente solido. Quindi ci sono due tipi di soluzioni solide: interstiziali e sostituzionali. 

 

 

INTERSTIZIALI

Aggiunta atomi interstiziali. I possibili atomi interstiziali che possiamo

aggiungere sono H, O, N, C, B e tutti hanno dimensioni di raggio atomico modeste,

dell’ordine di qualche decimo di angstrom (un centesimo di nm). Si vanno a collocare nei siti interstiziali, negli spazi vuoti tra atomi di fase, per esempio nell’acciaio il ferro. la struttura cristallina dell’acciaio è uguale a quella del ferro alla stessa temperatura. Possiamo anche avere una coesistenza di più impurezze interstiziali, per esempio l'acciaio è una soluzione solida di carbonio e ferro, ma ci sono alcuni trattamenti che prevedono per esempio l'arricchimento superficiale dell'acciaio con atomi di azoto. Queste si chiamano trattamenti di nitrazione, quindi il cuore del nostro lingotto ha solo carbonio, mentre la pelle esterna contiene sia carbonio che azoto, in questo modo abbiamo un effetto rafforzante, effettuato per indurire la superficie dell'acciaio.

 

 

SOSTITUZIONALI

Più rare, utilizzo atomi sostituzionali; gli atomi del solvente vengono sostituiti dagli atomi del soluto. Gli atomi sostituzionali possono essere più piccoli e più grandi rispetto a quelli originali e ovviamente, il fatto che la dimensione dell'atomo vari, causa degli stati tensionali all'interno del reticolo cristallino, e quindi anche gli atomi vicini vengono perturbati. Anche in questo caso struttura cristallina nel solvente non viene modificata. 

Ci sono alcune regole che devono essere rispettate affinché queste soluzioni solide si formino. Per le interstiziali l'atomo di soluto deve essere necessariamente piccolo per penetrare all'interno dello spazio vuoto. Per le soluzioni solide sostituzionali invece si seguono criteri di omologia, c'è una serie di regola che dicono che la solubilità di un atomo sostituzionale è tanto maggiore quanto le dimensioni rispetto all’atomo del soluto sono simili. Determinante sarà anche la valenza, la carica e l’elettronegatività; tanto più saranno simili queste tanto più sarà maggiore la sostituzione.

 

 



 


 


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