LISTA 03 - MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE – UFCG 
DISCIPLINA – MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I 
LISTA DE EXERCÍCIOS 03 – DEFEITOS E DISCORDÂNCIAS 
 
1) A célula unitária é a menor unidade repetitiva que reproduz a estrutura de um 
cristal. Como é definido o conjunto dessas células e quais combinações ele pode 
apresentar? 
O conjunto dessas células é definido como sistema cristalino, que é uma rede 
compostas por uma série de cristais que possuem eixos cristalográficos iguais e de dimensões 
relativas, com angulações gerais constantes. De modo geral, um sistema cristalino possui 
apenas sete diferentes tipos de combinações para seus parâmetros de rede, que são: Cúbico; 
Hexagonal, Tetragonal, Romboedral, Ortorrômbico, Monoclínico e Triclínico. 
2) Entre as combinações dos sistemas cristalinos é possível observar características 
e diferenças. Quais são essas diferenças e características? 
De modo geral, os sistemas cristalinos são caracterizados pelos seus lados e seus 
ângulos, sendo que estes podem apresentar valores iguais ou variados, sendo essa a principal 
forma de diferenciá-los. As características dessas combinações são apresentadas abaixo: 
 Cúbico: a = b = c / α = β = γ = 90º; 
 Hexagonal: a = b ≠ c / α = β = 90º, γ = 120º; 
 Tetragonal: a = b ≠ c / α = β = γ = 90º; 
 Romboedral: a = b = c / α = β = γ ≠ 90º; 
 Ortorrômbico: a ≠ b ≠ c / α = β = γ = 90º; 
 Monoclínico: a ≠ b ≠ c / α = γ = 90º, β ≠ 90º; 
 Triclínico: a ≠ b ≠ c / α ≠ β ≠ γ ≠ 90º. 
3) Faça uma lista de metais com estrutura cristalina hexagonal, outra com metais 
CFC e CCC. 
A relação dos metais listados, de acordo com a sua estrutura, está disposta a seguir. 
 HC: Ósmio, Zircônio, Zinco, Cobalto, Magnésio, Cádmio e Titânio; 
 CFC: Ferro, Prata, Ouro, Níquel, Chumbo, Alumínio Platina e Cobre; 
 CCC: Ferro, Titânio, Bário, Cromo, Tungstênio, Tântalo e Molibdênio. 
4) Como já foi visto, o material cristalino perfeito não existe, ou seja, o sólido ideal 
não existe. Todos os materiais possuem uma determinada quantidade de 
imperfeições, que afetam muitas das propriedades físicas e mecânicas dos 
materiais. Então, como pode ser definido essa imperfeição e mostre alguns 
exemplos práticos? 
Uma imperfeição pode ser definida como um “erro” no arranjo regular dos átomos que 
compõem um cristal, sendo esta denominada de defeito. A existência desses defeitos permite 
com que os materiais modifiquem as suas propriedades físicas e mecânicas, que por 
consequência possibilita na mudança da aplicação destinada para tal material, o que pode dar 
ao defeito uma característica positiva, desejada, ou negativa, indesejada. Como exemplos, 
positivo e negativo, podemos citar: 
 Positivo: O latão, adição de Cobre (Cu) e Zinco (Zn), que apresenta baixo custo de 
produção, permitindo a produção de materiais do cotidiano (cadeados, utensílios 
domésticos, entres outros...); 
 Negativo: O caso do Cobre (Cu) que quando somado a impurezas de Níquel (Ni) ou 
Zinco (Zn) reduz a sua condutividade (fiação elétrica). 
5) Existem basicamente 4 tipos de defeitos, defina cada um deles e suas subdivisões. 
 Defeitos pontuais: São as irregularidades que se estendem apenas sobre alguns 
átomos, sem dimensão. Estas podem ser dos tipos: lacunas, intersticiais ou 
substitucionais; 
 Defeitos lineares: São as irregularidades que se estendem sobre uma única fileira de 
átomos, ou seja, em apenas uma única dimensão. Podem ser subdivididos nos tipos de 
discordância em hélice ou em cunha; 
 Defeitos planares: São as irregularidades que se propagam sobre duas dimensões, ou 
seja, no plano de átomos. Estas irregularidades incluem as superfícies, contornos de 
grãos, contornos de macla, defeitos de empilhamento e interface; 
 Defeitos volumétricos: São as irregularidades em três dimensões que se estendem 
sobre um conjunto de átomos na estrutura, ou seja, no volume. Estes podem ser do 
tipo: poros, fendas, precipitados ou inclusões. 
6) Nos defeitos pontuais em sólidos iônicos a neutralidade elétrica precisa ser 
respeitada, é nesse contexto que surgem dois tipos de defeitos: Schottky e 
Frenkel. Mostre como se comporta cada um deles e em quais materiais eles são 
encontrados com mais frequência. 
O defeito de Schottky ocorre nos cristais iônicos, dos materiais cerâmicos, quando 
existe a falta (lacuna) de um cátion e de um ânion, originando uma lacuna dupla de íons de 
cargas opostas. Neste caso, mesmo sem a presença dos íons o balanço de cargas é mantido. Já 
o defeito de Frenkel ocorre nos cristais iônicos quando cátion se desloca de posição original 
para uma fenda, formando um cátion intersticial. Dessa movimentação, cria-se uma lacuna 
catiônica no local da posição original do íon. Estes defeitos aumentam a condutibilidade 
elétrica presente nos cristais iônicos. Eles podem ser encontrados em cristais metálicos ou 
covalentes. Como exemplo disso, podemos citar o caso do Silício, que pode ter seu nível de 
condutibilidade elétrica afetado pela presença de impurezas que causam defeitos desses tipos. 
7) Outro tipo de defeito pontual nas estruturas cristalinas bem comum é a presença 
das impurezas. Um ponto que evidencia essa questão é o fato de que não existe 
um metal constituído de um só tipo de átomo. Nesse cenário surgem as ligas 
metálicas. O que são as ligas metálicas e quais suas características? 
As ligas metálicas são estruturas compostas resistentes que são obtidas através da 
junção entre elementos metálicos e não-metais, que são elementos de liga. A principal 
finalidade da combinação entre esses elementos é a produção de um material final que 
apresente, dentro de suas características, uma maior resistência mecânica e maior resistência à 
corrosão, permitindo assim uma maior eficiência do material na sua função. 
8) Existem dois tipos de soluções sólidas: substitucionais e intersticiais. Diferencie 
uma da outra. 
Uma solução sólida é como se denomina uma mistura entre dois, ou mais, tipos de 
elementos, átomos (impureza), que originam as ligas metálicas. O tipo intersticial ocorre que 
um átomo do soluto ocupa um espaço existente entre dois outros átomos maiores na rede, ou 
seja, se posiciona em um interstício. No tipo substitucional, um átomo de soluto em questão 
pode substituir um outro tipo de átomo na composição da rede cristalina do material. 
9) A discordância é um defeito cristalino linear. Quais os tipos de discordâncias que 
os materiais podem apresentar e quais as características de cada um deles. 
Os tipos de discordância são: a discordância em linha (arestas ou cunha) e a 
discordância em hélice espiral (parafuso). A discordância de linha pode ser entendida como 
uma distorção do reticulado que é provocada pela formação de um plano extra de átomo, 
causando assim uma imperfeição linear na estrutura do reticulado. Neste tipo de discordância, 
o Vetor de Burgers, que representa a magnitude e a direção da distorção do retículo, é 
perpendicular à linha de discordância. Dependendo da localização do plano extra formado, 
este pode causar esforços de compressão ou tração sobre os átomos ao seu redor. Já o segundo 
tipo, a discordância em hélice, é formado pela ação de uma tensão cisalhante sobre uma 
região cristalográfica, deslocando essa região na direção da força aplicada. Neste caso, o vetor 
de Burgers é paralelo a linha de discordância do reticulado. Quando ambos os tipos são 
combinados eles dão origem as discordâncias mistas, que possuem componentes de cunha e 
parafuso. 
10) Os defeitos interfaciais ou bidimensionais são aqueles que envolvem fronteiras ou 
contornos e normalmente separam as regiões dos materiais que possuem 
diferentes estruturas cristalinas. Há vários tipos desses defeitos, como eles são 
definidos e quais as propriedades de cada um deles? 
Os defeitos interfaciais são cinco: superfícies externas (envolve superfície entre o 
cristal e o meio), contornos de fase(fronteiras que separam fases com estruturas cristalinas e 
composições distintas), contornos de grão (contornos entre dois cristais sólidos da mesma 
fase), contornos de macla (tipo especial de contorno de grão que separa duas regiões em uma 
simetria tipo espelho) e defeitos de empilhamento (ocorre nos materiais quando há uma 
interrupção na sequência de empilhamento).