DIFETTI DI DIMENSIONE SUPERIORE, UNIDIMENSIONALI

DISLOCAZIONI

Le dislocazioni sono responsabili della DEFORMAZIONE PLASTICA dei materiali (= deformazione permanente).

Abbiamo 3 tipologie di dislocazione nei materiali:

• A spigolo
• A vite
  
• Miste

A SPIGOLO: si trovano nei materiali metallici e ceramici. Osservando l’immagine sotto possiamo capire come sono fatte: è un semipiano aggiuntivo di atomi introdotto all’interno del reticolo cristallino dove ci dovrebbe essere spazio vuoto. La presenza di una dislocazione introduce delle perturbazioni all’interno del reticolo: in particolare, nell’intorno della dislocazione gli atomi sono più vicini, quindi le distanze inter-atomiche risultano accorciate è gli atomi sono soggetti ad una maggiore compattazione (si creano dei campi tensionali al di sopra e al di sotto della dislocazione, al di sotto delle forze di trazione, al di sopra delle forze di compressione).

Se io applico una sollecitazione di taglio, tendo a far muovere la dislocazione stessa come illustrato in figura. Spingiamo quindi verso sinistra la parte superiore del cristallo dove è presente la dislocazione e spingiamo verso destra la parte inferiore dove la dislocazione è assente. La dislocazione si muove di determinati passi atomici fino a fuoriuscire dalla parte opposta del cristallo, formando un gradino. Il cristallo si è deformato in modo irreversibile, non si può far rientrare il gradino, la sua forma risulta alterata in modo permanente Questo gradino ha la grandezza di un passo atomico, quindi decisamente piccolo, ma preso se considerato macroscopicamente, lo spostamento si nota. L’energia necessaria per far muovere una dislocazione è sensibilmente inferiore rispetto all'energia necessaria a far muovere un intero piano atomico, perché per far muovere una dislocazione è necessario rompere un numero relativamente più basso di legami atomici. Per motivi energetici quindi è favorito il moto delle dislocazioni. 

Le dislocazioni a spigolo quindi non sono immobili: il semipiano atomico aggiuntivo non rimane fermo in un punto, ma può muoversi irreversibilmente.

Il materiale risulta deformato in modo IRREVERSIBILE = DEFORMAZIONE PLASTICA dei materiali (non c’entra nulla con i materiali plastici);

A differenza di altri difetti, per esempio le vacanze, le dislocazioni non sono difetti di equilibrio termodinamico. La densità di vacanze dipendeva dalla temperatura e al contrario la densità delle dislocazioni non dipende dalla temperatura. Esse si formano durante la solidificazione e soprattutto durante le lavorazioni meccaniche. La densità di dislocazione è la lunghezza complessiva di tutte le linee di dislocazioni presenti in unità di volume. Questo parametro ha un significato anche fisico, è come se mettessi in fila tutte queste linee nere che vedo nella foto al microscopio elettronico. Essa si esprime in cm fratto cm(cubi) quindi in cm(alla meno 2). Nei metalli la densità di dislocazione e di qualche milione di cm(alla meno 2) ma a seguito di forze di sollecitazione la densità di dislocazione può raddoppiare.

Sono presenti nei materiali cristallini, nei materiali metallici le dislocazioni possono muoversi, nei ceramici le dislocazioni esistono, ma sono immobili, cioè non si possono muovere. Nel momento in cui si muovono, il materiale non si deforma ma si rompe 

(domanda) perché? 

(risposta) I parametri di cella elementare all'interno dei ceramici sono maggiori rispetto a quelli all’interno dei metalli. Nei metalli ci sono atomi più vicini, gli atomi sono più densamente impacchettati e quindi ci sono dei piani di scorrimento preferenziale più numerosi, come accennato la volta scorsa. Inoltre perché le dislocazioni si muovano gli atomi devono poter scorrere l'uno sull'altro o meglio i piani atomici devono poter scorrere l'uno sull'altro e quindi perché nei metalli questo è possibile e nei ceramici no?

Il fatto che le dislocazioni si muovano rende i metalli più deformabili (ma questa è una conseguenza non la risposta) quindi perché?

Nei metalli ci sono legami diversi rispetto alle ceramiche. Il legame metallico è adirezionale e al suo interno crea condivisioni di elettroni.  Il legame nei ceramici è covalente o ionico, in particolare il legame covalente è fortemente direzionale. I legami nei ceramici covalenti sono fortemente direzionali e se io provo a far slittare dei piani atomici, ho dei problemi, perché i piani atomici non possono scorrere l'uno sull'altro, perché nel legame direzionale è come se gli atomi fossero vincolati l'uno all'altro. Superata una certa soglia di sollecitazione, i legami si spezzano e quindi il ceramico si frattura. Nel caso dei ceramici ionici, ci sono degli ioni all'interno del materiale, quindi delle cariche di segno opposto e se io le faccio scorrere l'una sull'altra, (domanda) qual è il rischio? 

(risposta) Perché un materiale sia stabile ed esista ogni carica positiva al suo interno deve essere circondata da cariche negative, per avere forze di interazione di tipo attrattivo in modo che il materiale sia coeso. Se io vado a muovere queste cariche e vado a porre due cariche dello stesso segno vicine, esse si respingono tra di loro e quindi due atomi dello stesso segno vicini tendono a respingersi. Questo respingimento a livello macroscopico si traduce in una frattura, quindi ho un fenomeno di clivaggio dei piani atomici a causa della repulsione di carica. Invece nei materiali metallici io non ho questo problema, perché il legame metallico prevede l'esistenza di una sorte di nuvole elettronica attorno ai nuclei positivi. Anche se io vado a fare slittare i piani atomici, il legame non è direzionale e non ho problemi legati al respingimento di carica dello stesso segno, quindi i piani atomici possono scorrere facilmente e le dislocazioni possono muoversi facilmente, di conseguenza i metalli possono essere soggetti a grandi deformazioni prima di giungere a frattura. 

A VITE: si trovano raramente nei materiali metallici e a volte in alcuni materiali organici (es

cristalli organici sintetizzati artificialmente);

MISTE: sono una combinazione delle due.