Aula 4 Imperfeições Nos Sólidos

March 24, 2018 | Author: cesarteimoso | Category: Solution, Solid, Atoms, Metals, Crystal


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Faculdade PitágorasUnidade Maceió Imperfeições nos sólidos Profº. Dr. José Atalvanio [email protected] Curso: Engenharia Civil Disciplina: Introdução a ciência dos materiais Período: 3º Turma: C Turno: Noturno Introdução Tem sido assumido que materiais cristalinos apresentam perfeita ordem na escala atômica; No entanto, tais sólidos idealizados são raramente encontrados;  Muitos apresentam inúmeros defeitos ou imperfeições.  Defeitos cristalinos estão relacionados à irregularidade do retículo;  A classificação das imperfeições cristalinas é feita de acordo com a geometria ou dimensionalidade do defeito; Defeitos pontuais (associados a uma ou mais posições atômicas) Vacâncias e auto-intersticial  A vacância é o defeito pontual mais simples (ausência de átomos);  A síntese de qualquer material sólido apresentará vacância no produto final;  A existência das vacâncias é explicada pela termodinâmica: a vacância aumenta a entropia (S) do sistema. vacância Átomo substitucional pequeno Átomo intersticial Átomo substitucional grande um pequeno espaço que em condições normais não é ocupado. .  Estão relacionados a um átomo do próprio cristal que está localizado em uma região intersticial.Auto-intersticial Interstícios: espaços vazios entre os átomos do retículo. A formação deste defeito não é altamente provável e ele existe em concentrações muito pequenas.  Nos metais. a auto-intersticial introduz grandes distorções nas vizinhanças do retículo devido os átomos serem substancialmente maiores que a posição intersticial na qual está situado.  Exemplo: A prata esterlina apresenta 92. são ligas nas quais átomos impuros são adicionados intencionalmente para conferir características específicas do material.5% de liga de cobre. . A liga com cobre melhora significantemente a resistência mecânica sem depreciar a resistência à corrosão.  As ligas são usadas nos metais para melhorarem a força e a resistência a corrosão. Em condições ambientes. no entanto.  Muitos metais não são altamente puros. é muito mole. a prata é altamente resistente a corrosão.Impurezas nos sólidos  Um metal puro nunca terá um único tipo de átomo.  Impurezas ou átomos estranhos estarão sempre presentes e alguns existirão como defeitos pontuais cristalinos.5% de prata e 7. Este movimento torna a liga mais dura e forte.  Os átomos impuros são randomicamente e uniformemente dispersos no sólido. . Os átomos intersticiais interferem na condutividade elétrica e no movimento dos átomos que formam o material. sólidos ou substituem os átomos átomos  Intersticial: os átomos do soluto ocupam os interstícios existentes no retículo. Um segundo cátion monovalente deve ser removido provocando uma vacância. a estrutura cristalina é mantida e nenhuma nova estrutura é formada. Os defeitos pontuais impuros são encontrados nos sólidos de duas formas:  Substitucional: impuros hospedeiros. Um cátion bivalente substitui um cátion monovalente.Soluções sólidas  Formam-se quando átomos do soluto são adicionados ao material suporte.  Uma solução sólida é composicionalmente homogênea. 8  valências: Cu+1 ou Cu+2 e Ni+2 Cobre bruto Níquel bruto .128 nm  raio atômico do níquel: 0.  são completamente miscíveis um no outro em qualquer proporção. Um exemplo de solução sólida substitucional é o cobre e níquel.  Pelas regras de solubilidade:  raio atômico do cobre: 0.9  eletronegatividade Ni: 1.125 nm  ambos tem estrutura cristalina FCC  eletronegatividade Cu: 1. Especificação da composição  Há duas maneiras de expressar a concentração ou composição de uma liga em termos de seus elementos constituintes:  Porcentagem em peso ou massa (massa %) e porcentagem atômica (p.a. m2 = massa da substância 2. m1 = massa da substância 1. %). porcentagem atômica . A1 = peso atômico do elemento 1. Sendo: C1 = concentração da substância 1. Número de mols em uma massa específica: = massa do elemento 1. Porcentagem em peso ou massa Para calcular a porcentagem atômica faz-se a relação do número de mol de um elemento pelo número de mols total dos elementos da liga. Fatores de conversão: Conversão kg/m3 Densidade e peso atômico . .  Na região da linha de deslocamento há alguma distorção do retículo.  Deslocamentos de aresta/Deslocamentos lineares: são um defeito linear que centra-se na linha que defini-se ao longo de um plano extra de átomos.Imperfeições diversas Deslocamentos – defeitos lineares  Deslocamentos são defeitos lineares ou unidimensionais nos quais os átomos estão desalinhados. . A distorção atômica associada com o deslocamento helicoidal é também linear e ao longo da linha de deslocamento (linha AB da figura). . A região superior frontal do cristal é deslocada uma distância atômica à direita da porção inferior. não apenas um tipo: deslocamentos mistas.  Muitos deslocamentos presentes nos materiais cristalinos exibem os dois tipos de deslocamento.deslocamento helicoidal/parafuso  Aplica-se uma tensão de quebra para produzir distorção. posições atômicas abaixo. .Os três tipos de luxações:  A distorção do retículo é produzida a partir de duas faces mistas. No ponto A. Para regiões entre a curvatura e a linha de luxação. o deslocamento é puramente helicoidal. (b) Círculos abertos denotam posições atômicas acima do plano deslizante e círculos sólidos. há um caráter misto. (a) Representação esquemática de uma deslocamento de borda. helicoidal e misto. tendo vários graus de características de borda/aresta e helicoidal. enquanto no ponto B é puramente de borda.  Todos os materiais cristalinos contem algum tipo de deslocamento obtido durante a solidificação. deformação plástica e como consequência de bruscas temperaturas que resultam no rápido congelamento. Micrografia eletrônica de transmissão de alta ampliação.  Os deslocamentos estão envolvidos na deformação plástica de materiais cristalinos em metais e cerâmicas.  As linhas escuras na figura ao lado são os deslocamentos. . Os deslocamentos podem ser observados em materiais cristalinos usando técnicas de microscopia eletrônica. Defeitos interfaciais  São fronteiras que apresentam duas dimensões e normalmente regiões separadas dos materiais que tem diferentes estruturas cristalinas e/ou orientações cristalográficas. Superfícies externas  São uma das fronteiras mais óbvias. fronteiras geminadas e falhas de empilhamento. . tem uma energia muito mais alta que os átomos mais internos. fronteiras de fase.  Para reduzir esta energia os materiais tendem a reduzir sua área superficial. fronteiras granuladas.  Os átomos não estão ligados ao número máximo de vizinhos próximos e portanto.  Estas imperfeições incluem: superfícies externas. Fronteiras granuladas  Quando a fronteira de separação de dois pequenos grânulos ou cristalitos tem diferentes orientações cristalográficas em materiais policristalinos.  Dentro da região da fronteira. usa-se o termo pequeno (ou) baixo ângulo. há alguma incompatibilidade na transição da orientação cristalina de um grão para outro.  Quando esta incompatibilidade é pequena. .  Vários graus de desalinhamento cristalográfico entre grãos adjacentes são possíveis.  Fronteiras granulares de grandes grãos tem energia superficial maior que aquelas formadas por grãos menores. estão ligados menos regularmente  Fronteiras granuladas são mais reativas quimicamente do que os grãos isolados.  Os átomos distribuídos . Pequenos ângulos são obtidos quando tem-se uma substância como na imagem ao lado:  Esta é uma fronteira de inclinação. .  Mesmo com o arranjo desordenado dos átomos e perda da regularidade nas ligações. o material policristalino ainda é muito forte. onde uma fase diferente existe em ambos os lados da fronteira. Fronteiras geminadas  As fronteiras geminadas são um tipo especial de fronteira granulada onde há uma simetria de retículo especular.  Os átomos em um lado da fronteira estão localizados em posições de imagens especulares dos átomos do outro lado.  Cada uma das diferentes fases tem suas próprias características químicas e físicas.  As fronteiras de fase desempenham um papel importante na determinação de características mecânicas de algumas ligas metálicas. .Fases das fronteiras  As fronteiras de fase existem em materiais multifásicos.  Geminados mecânicos são observados em metais BCC e HCP. Geminados resultam de deslocamentos atômicos produzidos a partir de forças mecânicas (geminados mecânicos) e também durante tratamentos térmicos de deformação (geminados de emparelhamento). Resumo Vacância e auto-intersticiais  Defeitos pontuais são aqueles associados com uma ou duas posições atômicas. .  Geminados de emparelhamento são tipicamente encontrados em estruturas cristalinas FCC. estas incluem vacâncias e auto-intersticiais (átomos hospedeiros que ocupam posições intersticiais).  O número de vacâncias em equilíbrio depende da temperatura. Impurezas nos sólidos  Uma liga é uma substância metálica que é composta de dois ou mais elementos.  Para soluções sólidas substitucionais. solubilidade apreciável é possível somente quando diâmetros atômicos e eletronegatividades para ambos tipos de átomos são similares. no qual a estrutura cristalina é mantida e nenhuma nova fase é formada. quando ambos os elementos tem a mesma estrutura cristalina e quando os átomos impuros tem uma valência que é a mesma ou menor que o material hospedeiro.  Para soluções sólidas substitucionais.  Uma solução sólida pode formar-se quando átomos impuros são adicionados a um sólido. átomos impuros substituídos por átomos hospedeiros. .  Soluções sólidas intersticiais formam-se para átomos de impureza relativamente pequena que ocupam posições intersticiais entre os átomos hospedeiros. dos quais há dois tipos: borda e helicoidal.  As orientações relativas do vetor Burgers e linha de deslocamento são (1) perpendicular para borda. (2) paralelo para helicoidal e (3) nem perpendicular nem paralelo para mistos.  A magnitude e direção da distorção de retículo associada com o deslocamento são especificadas pelos seus vetores de Burgers. Um eixo helicoidal assemelha-se a um parafuso. .Especificação da composição  A composição de uma liga pode ser especificada em porcentagem em massa ou porcentagem atômica. os componentes de ambos borda e helicoidal puros são encontrados. Deslocamentos – defeitos lineares  Deslocamentos são defeitos cristalinos uni-dimensionais. Uma borda pode ser pensada em termos da distorção do retículo ao longo da extremidade de um meio-plano extra de átomos. Para deslocamentos mistos.  Através de uma fronteira granular. há uma incompatibilidade atômica entre dois grãos adjacentes que tem diferentes orientações cristalográficas. este ângulo é relativamente pequeno para fronteiras granulares de pequeno ângulo.Defeitos interfaciais  No interior da vizinhança de uma fronteira granulada. .  Para uma fronteira granular de alto ângulo. o ângulo de desalinhamento entre grãos é relativamente grande. os átomos de um lado são imagens especulares do outro lado.
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