Asdrúbal Valencia Giraldo - Ciencia de los metales

En general, el maclado sucede cuando el sistema de deslizamiento se ve restringido o cuando algo aumenta la tensión cizallante crítica resuelta, de modo que la tensión para el maclado sea menor que la necesaria para el deslizamiento.

Las deformaciones de la red requeridas para producir maclas son pequeñas, así que la deformación macroscópica que se puede producir por maclado es pequeña. Lo importante es que el maclado produce cambios de orientación que pueden colocar nuevos sistemas de deslizamiento en condiciones favorables respecto al eje de tensión y así puede ocurrir deslizamiento adicional.

7.7. Detección experimental de las dislocaciones

La breve descripción teórica que se ha hecho deja pocas dudas sobre la validez del concepto de dislocación; sin embargo, es reconfortante tener también evidencia experimental de su existencia física, lo cual se ha logrado por medio de una variedad de técnicas que se resumen a continuación.

1 Modelo de burbuja. Una de las primeras técnicas fue el uso de una analogía cristalina compuesta de un arreglo bidimensional de burbujas de jabón de tamaño uniforme. Cuando este arreglo se deformaba entre placas de vidrio, el cizallamiento se presentaba mediante el paso de dislocaciones de borde, cuya estructura característica se veía revelada por los acomodamientos de las burbujas (véanse figuras 7.52 y 75.3).Figura 7.52 Modelos de burbujas de algunos defectos de la redFigura 7.53 Modelo de burbuja de una dislocaciónCrecimiento de cristales. En 1949, los trabajos de J. Frenkel y su grupo demostraron que las dislocaciones podían cumplir un papel importante en el crecimiento de cristales a partir de vapores o líquidos. Se sabía que el crecimiento era mucho más rápido que el determinado de manera teórica para un cristal perfecto. En la figura 7.54 se ilustra el proceso de crecimiento señalado por Frederick Charles Frank, en el cual los átomos se agregan más fácilmente sobre las dos superficies de la dislocación. Esto fue comprobado experimentalmente desde 1950 por Griffin (véase figura 7.55).

Figura 7.54 Crecimiento de un cristal en torno a una dislocación de hélice

Figura 7.55 Crecimiento de cristales en torno a dislocaciones

1 Ataque selectivo. En esta técnica se usa el hecho de que el ataque químico puede ser más intenso en una dislocación. El punto en el que la dislocación intersecta una superficie libre es atacado más activamente, haciendo una indentación, como se ve en las figuras 7.56 y 7.57. Sin embargo, en esta técnica se necesita mucho cuidado en la experimentación e interpretación de los resultados.

Figura 7.56 Principio de la revelación de dislocaciones por ataque selectivo

Figura 7.57 Puntos de ataque asociados con dislocaciones en fluoruro de litio (LiF)

1 Decoración. Posteriormente se considerará la interacción entre dislocaciones y solutos, pues los átomos de impurezas pueden ser atraídos por la línea de dislocaciones, debido a los campos de tensión. Por esta razón, las dislocaciones se pueden decorar con precipitados. El ejemplo clásico son las dislocaciones de haluros cristalinas, reveladas con precipitación de plata coloidal (véase figura 7.58).

Figura 7.58 Decoración en NaCl

Fuente: Barber (2010: 175).

1 Microscopía electrónica de láminas delgadas. El desarrollo de los microscopios electrónicos y las técnicas de producción de láminas delgadas de metal (100nm) permitieron que, en 1956, Walter Bollman (Bollman, 1956) y Peter Bernhard Hirsch (Hirsh, Horne y Welan, 1956) observaran por primera vez las dislocaciones.Actualmente, la técnica de microscopía electrónica de transmisión es el principal medio para observar dislocaciones, ya que las que poseen ciertas orientaciones difractan los electrones de manera diferente y se pueden ver como líneas finas y oscuras (véase figura 7.59).

Figura 7.59 Dislocaciones en un cristal de Si

1 Microscopía de campo iónico. El microscopio de campo iónico (véase figura 7.60) tiene una resolución de 0,2 a 0,3 nm, lo que permite obtener imágenes a elevados aumentos de las puntas de alambres finos de metales de alto punto de fusión. Así se revelan las posiciones de los átomos individuales y la cristalografía de las muestras. En este campo se están desarrollando todos los días técnicas más elaboradas.

Figura 7.60 Microscopia de campo iónico de un compuesto ordenado Co-Pt en la orientación (001)

Fuente: Hren y Ranganathan (1968: 165).

1 Difracción de rayos X. La observación directa de dislocaciones con rayos X ofrece menos resolución que la difracción de electrones. Por esta razón, solo es aplicable a cristales con densidades de dislocaciones muy bajas (104 mm–2), pero tienen la ventaja de una mayor penetración y se pueden usar probetas más gruesas (105 nm).

2 Microscopía de fuerza atómica. El microscopio de fuerza atómica (AFM, sigla del inglés Atomic Force Microscope) es un instrumento mecano-óptico capaz de detectar fuerzas del orden de los piconewtons. Al rastrear una muestra, es capaz de registrar continuamente su topografía mediante una sonda o punta afilada de forma piramidal o cónica. Basado en la interacción local entre la punta y la superficie de una muestra, proporciona imágenes tridimensionales de superficies, con alta resolución espacial en tiempo real. Debido a esto, el AFM es utilizado en la caracterización de materiales para determinar su nanoestructura y sus propiedades físicas. Con ese poder de resolución es especialmente adecuado para observar las dislocaciones (véase figura 7.61).

Figura 7.61 a. Modelo de una dislocación de hélice en calcita pura; b. observación en el AFM.

1 Microscopio de efecto túnel. La técnica de microscopía de efecto túnel (STM, Scanning Tunneling Microscopy) emplea un voltaje aplicado entre la muestra y una punta conductora, como se observa en la figura 7.62. Cuando existe una separación de 1,0 nm entre ellas, se observa la corriente generada por el “tunelamiento” de los electrones. Esta corriente varía como función de la distancia entre la punta y la muestra, y es la señal usada para generar una micrografía.

Figura 7.62 Interacción entre la punta y la muestra, empleando la microscopía de efecto túnel