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Intermetálico

Cr 11 Gn 19

Un intermetálico (también llamado compuesto intermetálico , aleación intermetálica , aleación intermetálica ordenada , aleación ordenada de largo alcance ) es un tipo de aleación metálica que forma un compuesto ordenado en estado sólido entre dos o más elementos metálicos. Los intermetálicos son generalmente duros y frágiles, con buenas propiedades mecánicas a alta temperatura. [1] [2] [3] Se pueden clasificar como compuestos intermetálicos estequiométricos o no estequiométricos. [1]

Aunque el término "compuestos intermetálicos", tal como se aplica a las fases sólidas, se ha utilizado durante muchos años, Hume-Rothery ha argumentado que da una intuición engañosa, sugiriendo una estequiometría fija e incluso una clara descomposición en especies . [4]

Definiciones

Definición de investigación

Schulze en 1967 [5] definió los compuestos intermetálicos como fases sólidas que contienen dos o más elementos metálicos, con opcionalmente uno o más elementos no metálicos, cuya estructura cristalina difiere de la de los otros constituyentes . Bajo esta definición se incluyen los siguientes:

  1. Compuestos electrónicos (o de Hume-Rothery )
  2. Fases de empaquetamiento por tamaño, por ejemplo , fases de Laves , fases de Frank-Kasper y fases de Nowotny
  3. Fases de Zintl

La definición de metal incluye:

  1. metales post-transición , es decir, aluminio , galio , indio , talio , estaño , plomo y bismuto .
  2. metaloides , por ejemplo , silicio , germanio , arsénico , antimonio y telurio .

Se excluyen de esta definición las soluciones sólidas homogéneas y heterogéneas de metales y los compuestos intersticiales como los carburos y los nitruros . Sin embargo, se incluyen los compuestos intermetálicos intersticiales, así como las aleaciones de compuestos intermetálicos con un metal.

Uso común

En el uso común, la definición de investigación, que incluye metales y metaloides post-transición , se extiende para incluir compuestos como cementita , Fe3C . Estos compuestos, a veces denominados compuestos intersticiales , pueden ser estequiométricos y comparten propiedades similares a los compuestos intermetálicos definidos anteriormente. [ cita requerida ]

Complejos

El término intermetálico se utiliza [6] para describir compuestos que involucran dos o más metales como el complejo de ciclopentadienilo Cp 6 Ni 2 Zn 4 .

B2

Un compuesto intermetálico B2 tiene un número igual de átomos de dos metales, como el aluminio y el hierro, dispuestos como dos redes cúbicas simples interpenetrantes de los metales componentes. [7]

Propiedades y aplicaciones

Los compuestos intermetálicos son generalmente frágiles a temperatura ambiente y tienen puntos de fusión altos. Los modos de escisión o fractura intergranular son típicos de los intermetálicos debido a los sistemas de deslizamiento independientes limitados necesarios para la deformación plástica. Sin embargo, hay algunos ejemplos de intermetálicos con modos de fractura dúctil como Nb–15Al–40Ti. Otros intermetálicos pueden exhibir ductilidad mejorada al alearse con otros elementos para aumentar la cohesión del límite de grano. La aleación de otros materiales como el boro para mejorar la cohesión del límite de grano puede mejorar la ductilidad en muchos intermetálicos. [8] A menudo ofrecen un compromiso entre las propiedades cerámicas y metálicas cuando la dureza y/o la resistencia a altas temperaturas es lo suficientemente importante como para sacrificar algo de tenacidad y facilidad de procesamiento. También pueden mostrar propiedades magnéticas y químicas deseables, debido a su fuerte orden interno y enlace mixto ( metálico y covalente / iónico ), respectivamente. Los intermetálicos han dado lugar a varios desarrollos de materiales novedosos. Algunos ejemplos incluyen alnico y los materiales de almacenamiento de hidrógeno en baterías de hidruro metálico de níquel . El Ni3Al , que es la fase de endurecimiento en las conocidas superaleaciones a base de níquel , y los diversos aluminuros de titanio también han atraído el interés para aplicaciones en álabes de turbinas , mientras que este último también se utiliza en cantidades muy pequeñas para el refinamiento de grano de las aleaciones de titanio . Los siliciuros , intermetálicos que involucran silicio, se utilizan como capas de barrera y contacto en microelectrónica . [9]

Ejemplos

  1. Materiales magnéticos , por ejemplo , alnico , sendust , Permendur, FeCo, Terfenol-D
  2. Superconductores , por ejemplo , fases A15 , niobio-estaño
  3. Almacenamiento de hidrógeno , por ejemplo, compuestos AB 5 ( baterías de níquel e hidruro metálico )
  4. Aleaciones con memoria de forma, p. ej. Cu-Al-Ni (aleaciones de Cu 3 Al y níquel), Nitinol (NiTi)
  5. Materiales de revestimiento, por ejemplo NiAl
  6. Materiales estructurales de alta temperatura , por ejemplo , aluminuro de níquel , Ni3Al
  7. Amalgamas dentales , que son aleaciones de intermetálicos Ag3Sn y Cu3Sn
  8. Contacto de puerta / capa de barrera para microelectrónica , p. ej. TiSi 2 [10]
  9. Fases de lava (AB 2 ), por ejemplo, MgCu 2 , MgZn 2 y MgNi 2 .

La formación de intermetálicos puede causar problemas. Por ejemplo, los intermetálicos de oro y aluminio pueden ser una causa importante de fallas en las uniones por cable en dispositivos semiconductores y otros dispositivos microelectrónicos . La gestión de los intermetálicos es un problema importante en la confiabilidad de las uniones soldadas entre componentes electrónicos. [ cita requerida ]

Partículas intermetálicas

Las partículas intermetálicas a menudo se forman durante la solidificación de aleaciones metálicas y pueden utilizarse como mecanismo de fortalecimiento de la dispersión . [1]

Historia

Algunos ejemplos de intermetálicos a lo largo de la historia incluyen:

  1. Latón amarillo romano , CuZn
  2. Bronce chino con alto contenido de estaño , Cu 31 Sn 8
  3. Tipo metal , SbSn
  4. Cobre blanco chino , CuNi [11]

El metal de tipo alemán se describe como frágil como el vidrio, no se dobla, es más blando que el cobre pero más fusible que el plomo. [12] La fórmula química no concuerda con la anterior; sin embargo, las propiedades coinciden con un compuesto intermetálico o una aleación de uno. [ cita requerida ]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcd Askeland, Donald R.; Wright, Wendelin J. (enero de 2015). "11-2 Compuestos intermetálicos". La ciencia y la ingeniería de los materiales (séptima edición). Boston, MA. págs. 387–389. ISBN 978-1-305-07676-1.OCLC 903959750  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
  2. ^ Panel sobre el desarrollo de aleaciones intermetálicas, Comisión de ingeniería y sistemas técnicos (1997). Desarrollo de aleaciones intermetálicas: evaluación de un programa. National Academies Press. pág. 10. ISBN 0-309-52438-5.OCLC 906692179  .
  3. ^ Soboyejo, WO (2003). "1.4.3 Intermetálicos". Propiedades mecánicas de materiales de ingeniería. Marcel Dekker. ISBN 0-8247-8900-8.OCLC 300921090  .
  4. ^ Hume-Rothery, W. (1955) [1948]. Electrones, átomos, metales y aleaciones (edición revisada). Londres: Louis Cassier Co., Ltd. pp. 316–317 – vía Internet Archive .
  5. ^ GER Schulze: Metallphysik, Akademie-Verlag, Berlín 1967
  6. ^ Algodón, F. Albert ; Wilkinson, Geoffrey ; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Química inorgánica avanzada (6.ª ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
  7. ^ "Alas de acero: una aleación de hierro y aluminio es tan buena como el titanio, a una décima parte del coste". The Economist . 7 de febrero de 2015 . Consultado el 5 de febrero de 2015 . E02715
  8. ^ Soboyejo, WO (2003). "12.5 Fractura de intermetálicos". Propiedades mecánicas de materiales de ingeniería. Marcel Dekker. ISBN 0-8247-8900-8.OCLC 300921090  .
  9. ^ SP Murarka, Teoría y práctica de la metalización para VLSI y ULSI . Butterworth-Heinemann, Boston, 1993.
  10. ^ Milton Ohring, Ciencia de los materiales de películas delgadas , 2.ª edición, Academic Press, San Diego, CA, 2002, pág. 692.
  11. ^ "El arte de la guerra de Sun Zi: un libro para todos los tiempos". China Today . Archivado desde el original el 7 de marzo de 2005. Consultado el 25 de noviembre de 2022 .
  12. ^ [1] Mecanografía a máquina La enciclopedia de la Sociedad para la Difusión del Conocimiento Útil Por la Sociedad para la Difusión del Conocimiento Útil (Gran Bretaña), George Long Publicado en 1843

Enlaces externos