INTERCARAS SÓLIDO - SÓLIDO Los materiales a ambos lados de

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INTERCARAS SÓLIDO - SÓLIDO
Los materiales a ambos lados de la intercara pueden diferir tanto en estructura
como en composición. Tenemos el caso particular de las frontera de grano, donde
los cristales a ambos lados de la intercara solo difieren en la orientación relativa
de sus planos atómicos. Definiremos la intercara sólido – sólido como el contacto
limitado por la rugosidad y la posible contaminación en las superficies, es una unión
débil excepto si se inducen deformaciones.
Hagamos una clasificación de las intercaras en función de su estructura, más
concretamente de cómo se produzca el acoplo entre las estructuras presentes a
ambos lados de la intercara, esto se conoce como GRADO DE COHERENCIA.
Distinguimos tres situaciones distintas:
1. Intercara coherente
Este tipo de intercaras sólo pueden darse si las dos fases presentan un ajuste
perfecto, es decir, los planos a ambos lados de la intercara tienen exactamente
la misma estructura atómica. Es evidente que esta condición impone bastante
restricciones tanto a las estructuras que pueden formar intercaras coherentes como
a la orientación relativa de las mismas.
Los cambios de composición dan lugar a la aparición de enlaces que podríamos
clasificar de erróneos y por tanto a diferencias en la energía de enlace, o lo que
es lo mismo a una energía interfacial. Para el caso de las intercaras coherentes la
energía interfacial es muy baja, aproximadamente entre 1 – 200 mJ / m2.
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Las intercaras coherentes están libres de tensiones puesto que al ser idénticos los
planos interfaciales no debe haber ningún desajuste. Sin embargo, esta situación
está bastante idealizada, ya que aunque estemos garantizando las condiciones
necesarias para que las disposiciones atómicas de los planos interfaciales sean
idénticas, las distancias interatómicas no van a serlo. A pesar de esto, si las
distancias interatómicas no son muy elevadas, se puede mantener el grado de
coherencia de la intercara permitiendo que las redes se deformen ligeramente.
Estas tensiones y deformaciones que aparecen para mantener el grado de
coherencia de la intercara se denominan tensiones o deformaciones de coherencia.
2. Intercara semicoherente
Si el desajuste entre los parámetros de red que describíamos en las inercaras
coherentes crece por encima de un cieto valor, o si el área de la intercara es
muy grande, la energía elástica asociada a las deformaciones de coherencia
es demasiado grande por lo que resulta más favorable desde el punto de vista
energético, la deformación de dislocaciones que acomoden el alto grado de
desajuste. A través de este mecanismo de relajaión de la red se consigue un ajuste
casi perfecto entre las dos redes salvo en el entorno próximo de la dislocación.
Si el desajuste es moderado (# 0.25) podemos escribir
#= (d_#-d_#)/d_#
La distancia entre las dislocaciones necesarias para acomodar este desajuste será
(hacemos la aproximación # <<
D= d_#/# #b/#
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Siendo b el vector de Burger de dislocaciones que para estos grados de desajuste
pueden aproximarse como b= (d_#+d_#)/2
En este caso la energía interfacial contiene dos términos uno de origen químico
y otro de origen elástico. Los valores de energía interfacial de intercaras semi
coherentes están comprendidos entre 200 y 500 mJ /m2, aunque a medida que
aumentamos el grado de desajuste el aumento de energía de origen elástico se
va haciendo más lento debido al solapamiento de los campos de tensiones de las
dislocaciones que estarán tanto más próximas cuanto mayor sea la diferencia entre
los parámetros de red de ambas fases.
3. Intercaras incoherentes
En este caso nos encontraos con estructuras atómicas de los planos interfaiales
ompletamente distintas, o con diferencias interatómicas tan grandes (# > 0.25) que
no hay posibilidad alguna de relajación de las redes. Este tipo de intercaras incluirán
las fronteras de grano de ángulo alto. Se caracterizan por una elevada energía
interfacial (500 - 1000 mJ /m2), esto es consecuencia del alto grado de desorden
presente en la intercara.
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