I DIFETTI NEI CRISTALLI

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Renata Tonelli
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1 I DIFETTI NEI CRISTALLI Nessun cristallo è perfetto: tutti contengono difetti ed imperfezioni. Per difetto cristallinosi intende un irregolarità del reticolo con dimensioni dell ordine di un diametro atomico I difetti influenzano le proprietà meccaniche, chimiche, ottiche, elettriche I difetti possono essere classificati come: Difetti puntuali(zero dimensionali-vacanze, difetti interstiziali, impurezze) Difetti lineari(monodimensionali- dislocazioni) Difetti di superficie(bidimensionale difetti interfacciali) Difetti macroscopici di volume o massa(tridimensionali pori, cricche, inclusioni)

meccaniche, chimiche, ottiche, elettriche I difetti possono essere classificati come: Difetti puntuali(zero dimensionali-vacanze, difetti

2 DIFETTI PUNTUALI Vacanze e difetti interstiziali Il più semplice dei difetti puntuali è la vacanza, ovvero un sito vacante del reticolo. Il numero di vacanze dipende dalla temperatura e cresce con essa esponenzialmente. Un autointerstizialeè un atomo del cristallo che si trova in un piccolo spazio vuoto che normalmente non è occupato. In un metallo un autointerstiziale produce una distorsione molto grande nel reticolo circostante in quanto l atomo è più grande dello spazio in cui si viene a trovare. La formazione di questo difetto è poco probabile ed è presente in concentrazioni significativamente più basse rispetto alle vacanze.

Un autointerstizialeè un atomo del cristallo che si trova in un piccolo spazio vuoto che normalmente non è occupato.

3 Nei composti ceramici, poiché contengono ioni di almeno due tipi diversi, si possono avere difetti tipici per ogni tipo di ione. Ad esempio, nel NaCl ci possono avere vacanze e/o interstiziali sia di Na, sia di Cl. È improbabile che vi sia una significativa concentrazione di anioni (Cl - ) in posizioni interstiziali, in quanto è relativamente grande e per sistemarsi nelle piccole cavità interstiziali dovrebbe produrre una forte distorsione nel reticolo.

È improbabile che vi sia una significativa concentrazione di anioni (Cl - ) in posizioni interstiziali, in quanto

4 Nei composti ceramici, per mantenere l elettroneutralità del materiale i difetti non sono mai singoli. Un difetto che coinvolge una coppia formata da un catione-vacanzaed un catione-interstiziale è detto difetto di Frenkel. Un altro tipo di difetto è la coppia formata da catione-vacanza e anionevacanza (difetto di Schottky)

Un difetto che coinvolge una coppia formata da un catione-vacanzaed un

5 Impurezze Un materiale puro è praticamente impossibile da ottenere: sono sempre presenti impurezze o atomi estranei. È difficile, ad esempio, avere metalli con purezze superiori al % ( circa impurezze/m 3 ). Le impurezze possono essere di tipo a) Sostituzionali(le impurezze sostituiscono gli atomi ospitanti) b) Interstiziali(le impurezze riempiono i vuoti o gli interstizi presenti tra gli atomi ospitanti) metallo

6 Impurezze Anche nei materiali ceramici le impurezze possono essere di tipo a) Sostituzionali(le impurezze sostituiscono gli atomi ospitanti) b) Interstiziali(le impurezze riempiono i vuoti o gli interstizi presenti tra gli atomi ospitanti) Per un interstiziale, il raggio ionico dell impurezza deve essere relativamente piccolo rispetto all anione. Essendoci sia anioni che cationi, un impurezza sostituzionale prende il posto dello ione al quale è elettricamente più simile (un catione sostituisce un catione, un anione sostituisce un anione). Ad esempio nel NaCl, Ca 2+ e O 2- sostituiscono Na + e Cl -, rispettivamente.

essere relativamente piccolo rispetto all anione.

7 DIFETTI LINEARI Dislocazioni È un difetto lineare intorno a cui gli atomi sono fuori posto. Le dislocazioni possono essere: a) a spigolo(presenza di un semipiano di atomi aggiuntivo) b) a vite (immaginata come distorsione prodotta da uno sforzo di taglio) c) miste(con entrambi i contributi precedenti) a spigolo a vite L ampiezza e la direzione della distorsione del reticolo associate ad una dislocazione sono espresse dal vettore di Burgers

(immaginata come distorsione prodotta da uno sforzo di taglio) c) miste(con entrambi i contributi precedenti)

8 DIFETTI INTERFACCIALI Sono aree di confine che hanno due dimensioni e normalmente separano regioni di materiali che hanno differente struttura cristallina e/o differente orientazione cristallografica. A queste imperfezioni appartengono: a) superfici esterne(dove termina il cristallo) b) bordi di grano (superficie che separa due grani con differente orientazione cristallografica in un materiale policristallino) Angolo di disallineamento Bordo del grano ad alto angolo Bordo del grano a piccolo angolo Fra grani adiacenti sono possibili vari gradi di disallineamento cristallografico: a piccolo o alto angolo, a seconda che il disallineamento sia blando o grande. Angolo di disallineamento

A queste imperfezioni appartengono: a) superfici esterne(dove termina il cristallo) b) bordi di grano (superficie che separa due grani con differente orientazione

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