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Intermetálico

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Cr 11 Ge 19

Un compuesto intermetálico es un tipo de aleación metálica que forma un compuesto en estado sólido con una estructura cristalina entre dos o más elementos metálicos. También se le puede llamar compuesto intermetálico , aleación intermetálica , aleación intermetálica ordenada o aleación con orden de largo alcance . Los compuestos intermetálicos suelen ser duros y frágiles, con buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Se pueden clasificar como estequiométricos o no estequiométricos . Un compuesto intermetálico estequiométrico tiene una proporción numérica específica entre los elementos metálicos. [ 1 ]

El término "compuestos intermetálicos" aplicado a fases sólidas se ha utilizado durante mucho tiempo. Sin embargo, Hume-Rothery argumentó que es engañoso, ya que sugiere una estequiometría fija y una clara descomposición en especies . [ 4 ]

Los recientes avances en la química de cristales intermetálicos han llevado al descubrimiento de una nueva familia de compuestos intermetálicos ternarios conocidos como fases ZIP. Estos materiales exhiben un ordenamiento atómico dualista, en el que diferentes subredes atómicas demuestran mecanismos de ordenamiento distintos dentro de una única estructura cristalina. Las fases ZIP pueden cristalizar tanto en variantes estructurales cúbicas centradas en las caras como hexagonales, ampliando así la diversidad estructural conocida de los sistemas intermetálicos complejos. [ 5 ]

Definiciones

Definición de investigación

En 1967, Gustav Ernst Robert Schulze 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 demás constituyentes . [ 6 ] Esta definición incluye:

La definición de metal incluye:

Esta definición excluye las soluciones sólidas homogéneas y heterogéneas de metales, así como los compuestos intersticiales como los carburos y nitruros . Sin embargo, incluye los compuestos intermetálicos intersticiales y las aleaciones de compuestos intermetálicos con un metal.

Uso común

En el uso común, la definición de investigación, que incluye metales y metaloides posteriores a la transición , se extiende para incluir compuestos como la cementita , Fe₃C . Estos compuestos, a veces denominados compuestos intersticiales , pueden ser estequiométricos y comparten propiedades con los compuestos intermetálicos mencionados anteriormente.

Complejos

El término intermetálico se utiliza [ 8 ] para describir compuestos que involucran dos o más metales , como el complejo ciclopentadienilo Cp6Ni2Zn4 .

B2

Estructura Al-Ni B2 (parámetro de red: 2,86 Å) vista desde las direcciones [100], [110], [111] y [112].

Un compuesto intermetálico B2 (también conocido como tipo de estructura de cloruro de cesio) tiene igual número de átomos de dos metales, como aluminio-hierro y aluminio-níquel , dispuestos como dos redes cúbicas simples interpenetrantes de los metales componentes. [ 9 ]

Propiedades

Los compuestos intermetálicos son generalmente frágiles a temperatura ambiente y tienen un alto punto de fusión , aunque muchos también exhiben conductividad metálica o comportamiento semiconductor dependiendo del grado de enlace covalente. Los modos de fractura por clivaje o intergranular son típicos de los intermetálicos debido a los sistemas de deslizamiento independientes limitados necesarios para la deformación plástica. Sin embargo, algunos intermetálicos tienen modos de fractura dúctil como Nb–15Al–40Ti. Otros pueden exhibir una ductilidad mejorada al alearse con otros elementos para aumentar la cohesión del límite de grano. La aleación con otros materiales como el boro para mejorar la cohesión del límite de grano puede mejorar la ductilidad. [ 10 ] Pueden ofrecer un compromiso entre las propiedades cerámicas y metálicas cuando la dureza y/o la resistencia a altas temperaturas son lo suficientemente importantes como para sacrificar algo de tenacidad y facilidad de procesamiento. Pueden exhibir 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.

Aplicaciones

Entre los ejemplos se incluyen el alnico y los materiales de almacenamiento de hidrógeno en las 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 han despertado interés para aplicaciones en álabes de turbinas , mientras que este último también se utiliza en pequeñas cantidades para el refinamiento del grano de las aleaciones de titanio . Los siliciuros , compuestos intermetálicos que contienen silicio, sirven como capas de barrera y contacto en microelectrónica . [ 11 ] Otros ejemplos incluyen:

La formación involuntaria de compuestos intermetálicos puede causar problemas. Por ejemplo, los compuestos intermetálicos de oro y aluminio pueden ser una causa importante de fallos en las uniones de los cables en dispositivos semiconductores y otros dispositivos microelectrónicos . La gestión de los compuestos intermetálicos es fundamental para la fiabilidad de las uniones de soldadura entre componentes electrónicos.

Partículas intermetálicas

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

Ejemplos no deseados

Los compuestos intermetálicos formados por el estaño son duros y quebradizos. Algunos compuestos importantes en electrónica son Ag₃Sn , Cu₃Sn y Cu₆Sn₅ . A medida que estas partículas crecen , tienden a comprometer la integridad de una unión de soldadura hecha con soldadura sin plomo. [ 13 ] Algunos aditivos pueden reducir el tamaño de grano de los IMC y dispersarlos, convirtiéndolos en elementos de refuerzo . [ 14 ]

Historia

Algunos ejemplos de compuestos intermetálicos a lo largo de la historia son:

El metal de tipo alemán se describe como rompible como el vidrio, sin doblarse, más blando que el cobre, pero más fusible que el plomo. [ 16 ] : 454 La fórmula química no coincide con la anterior; sin embargo, las propiedades coinciden con un compuesto intermetálico o una aleación de uno.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 Askeland, Donald R.; Wright, Wendelin J. (enero de 2015). "11-2 Compuestos intermetálicos". La ciencia e ingeniería de los materiales (séptima  ed.). Boston, MA. págs. 387–389 . ISBN  978-1-305-07676-1OCLC 903959750​​ {{cite book}}: CS1 mantenimiento: falta el editor de ubicación ( enlace )
  2. ↑ Panel sobre el desarrollo de aleaciones intermetálicas, Comisión de Ingeniería y Sistemas Técnicos (1997). Desarrollo de aleaciones intermetálicas: una evaluación del programa . National Academies Press. pág. 10. ISBN  0-309-52438-5OCLC 906692179​​ 
  3. ↑ Soboyejo, WO (2003). "1.4.3 Intermetálicos". Propiedades mecánicas de materiales de ingeniería . Marcel Dekker. ISBN 0-8247-8900-8OCLC 300921090​​ 
  4. ↑ Hume-Rothery, W. (1955) [ 1948]. Electrones, átomos, metales y aleaciones (ed. revisada ). Londres: Louis Cassier Co., Ltd. pp. 316–317 – vía Internet Archive .  
  5. ↑ Tunes, MA; Drewry, SM; Schmidt, F. (2026). "Una nueva familia de compuestos intermetálicos ternarios con ordenamiento atómico dual: las fases ZIP" . Advanced Materials . 38 (8) e08168. doi : 10.1002/adma.202308168 . PMC 12878816 . 
  6. ↑ GER Schulze: Metallphysik, Akademie-Verlag, Berlín 1967
  7. ↑ Frank, FC; Kasper, JS (10 de marzo de 1958). "Estructuras de aleación complejas consideradas como empaquetamientos de esferas. I. Definiciones y principios básicos". Acta Crystallographica . 11 (3): 184– 190. Bibcode : 1958AcCry..11..184F . doi : 10.1107/S0365110X58000487 .
  8. ↑ Cotton, 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
  9. ↑ «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
  10. ↑ Soboyejo, WO (2003). "12.5 Fractura de intermetálicos". Propiedades mecánicas de materiales de ingeniería . Marcel Dekker. ISBN 0-8247-8900-8OCLC 300921090​​ 
  11. ↑ Murarka, SP (junio de 1993). "Metalización: teoría y práctica para VLSI y ULSI". Choice Reviews Online . 30 (10): 30–5612–30-5612. doi : 10.5860/choice.30-5612 (inactivo el 1 de julio de 2025). ISSN 0009-4978 . {{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo desde julio de 2025 ( enlace )
  12. ↑ Ohring, Milton (2002). Ciencia de los materiales de películas delgadas . Academic Press. ISBN 978-0-12-524975-1.
  13. ↑ Nan Jiang (2019). "Problemas de fiabilidad de las uniones de soldadura sin plomo en dispositivos electrónicos" . Ciencia y tecnología de materiales avanzados . 20 (1): 876– 901. Bibcode : 2019STAdM..20..876J . doi : 10.1080/ 14686996.2019.1640072 . PMC 6735330. PMID 31528239 .  Icono de acceso abierto
  14. ↑ Meng Zhao, Liang Zhang, Zhi-Quan Liu, Ming-Yue Xiong y Lei Sun (2019). "Estructura y propiedades de soldaduras sin plomo de Sn-Cu en encapsulados electrónicos" . Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 20 (1): 421– 444. Bibcode : 2019STAdM..20..421Z . doi : 10.1080/14686996.2019.1591168 . PMC 6711112. PMID 31489052 .  {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )Icono de acceso abierto
  15. ↑ "El arte de la guerra de Sun Zi: un libro para todos los tiempos" . China Today . Archivado del original el 7 de marzo de 2005. Consultado el 25 de noviembre de 2022 .
  16. ↑ Long, George (1843). "Type-pounding". The Penny Cyclopædia of the Society for the Diffusion of Useful Knowledge . C. Knight.

Fuentes

  • Sauthoff, Gerhard [en alemán] (1995). Intermetálicos . Wiley-VCH. págs. 1–165 . ISBN  978-3-527-29320-9.
  • Sauthoff, Gerhard [en alemán] (2006). «Intermetálicos». Enciclopedia de Química Industrial de Ullmann . Wiley Interscience. págs. 393–423 . doi : 10.1002/14356007.e14_e01.pub2 . ISBN  978-3-527-30385-4.
  • Intermetálicos , revista científica
  • "Creación y crecimiento de compuestos intermetálicos" . Archivado del original el 18 de diciembre de 2005.
  • Proyecto "IMPRESS Intermetallics" . www.spaceflight.esa.int . Archivado del original el 29 de marzo de 2007. Consultado el 22 de diciembre de 2024 .
  • Vídeo de un compuesto intermetálico AB 5 solidificándose/congelándose . Archivado del original el 10 de diciembre de 2015.