CIÊNCIA DOS MATERIAIS - IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS

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CIÊNCIA DOS MATERIAIS: IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS 
Descrição: Trata de desvios da perfeição cristalina, lacunas e auto intersticiais, 
impureza, defeitos pontuais, defeitos substitucionais, defeitos intersticiais, 
composição em porcentagem em peso (ou massa) e porcentagem atômica, 
natureza das discordâncias (aresta, espiral, mista), vetor de Burgers, contornos de 
grãos, contornos de macla e imperfeições volumétricas. 
• Muitas propriedades de materiais são altamente sensíveis a desvios da perfeição 
cristalina. Seus efeitos nem sempre são prejudiciais, e muitas vezes traços 
específicos são formados intencionalmente através da introdução de um número 
controlado ou série de defeitos específicos. 
DEFEITOS PONTUAIS 
• Lacunas e auto intersticiais: Ocorre quando um sítio que normalmente deveria 
estar ocupado está com um átomo faltando. O número de lacunas aumenta em 
função da temperatura. Todos os sólidos contêm lacunas. 
• Um auto intersticial é um átomo do cristal que se encontra comprimido no interior 
de um sítio intersticial, um pequeno espaço. Em metais, um auto intersticial 
introduz distorções relativamente grandes na rede cristalina circunvizinha, pois 
o átomo é substancialmente maior do que a posição intersticial na qual ele está 
situado. Como resultado, a probabilidade de formação de tais defeitos não é 
muito alta. 
• Impurezas em sólidos: A maioria dos metais conhecidos não são muito puros. 
Em vez disso, é uma liga na qual os átomos de impureza são adicionados 
intencionalmente para dar ao material propriedades específicas. Uma solução 
sólida é formada quando átomos de soluto são adicionados a um material 
hospedeiro, preservando a estrutura cristalina e não criando uma nova estrutura. 
Defeitos pontuais devido à presença de impurezas ocorrem em soluções sólidas 
e são de dois tipos: defeitos substitucionais e defeitos intersticiais. Para defeitos 
substitucionais, os átomos de soluto ou impureza substituem os átomos 
hospedeiros. Em soluções sólidas intersticiais, os átomos de impureza 
preenchem os vazios ou espaços entre os átomos hospedeiros. Mesmo átomos 
de impurezas muito pequenos são geralmente maiores do que os sítios 
intersticiais e, portanto, introduzem algum grau de deformação na rede cristalina 
dos átomos hospedeiros vizinhos. 
• Em muitos casos, é necessário expressar a composição (ou concentração)3 de 
uma liga em termos de seus constituintes. As duas formas mais comuns de 
expressar a composição são a porcentagem em peso (ou massa) e a 
porcentagem atômica. A base para a porcentagem em massa (%m) é o peso de 
um elemento específico em relação ao peso total da liga, C1 = (m1/( 
m1+m2))×100. A base para os cálculos da porcentagem atômica (%a) é o número 
de moles de um elemento em relação ao número total de moles de todos os 
elementos na liga, %a = (n1/ (n1+ n2))×100. Cálculos de porcentagem atômica 
também podem ser realizados usando números atômicos em vez de moles, uma 
vez que um mol de todas as substâncias contém o mesmo número de átomos. 
• Em alguns casos, pode-se querer determinar a densidade e o peso atômico de 
uma liga binária em porcentagem de peso ou porcentagem atômica de sua 
composição. 
IMPERFEIÇÕES DIVERSAS 
• Discordâncias, defeito lineares: Uma discordância é um defeito linear ou 
unidimensional em torno do qual alguns dos átomos estão desalinhados. Uma 
discordância de aresta existe quando há uma porção adicional de um plano 
atômico ou semiplano onde a aresta termina dentro do cristal. Este é um defeito 
linear que está centralizado em torno da linha que fica definida ao longo da 
extremidade do semiplano de átomos adicional, chamada de linha de distorção. 
É um defeito causado pela adição de um semi-plano extra de átomos. Os átomos 
acima da linha de discordância são pressionados uns contra os outros. Átomos 
sob uma linha de discordância se afastam um do outro. O grau dessa 
deformação diminui com a distância da linha de discordância, e a rede cristalina 
torna-se quase perfeita em distâncias maiores. Outro tipo de deslocamento é a 
espiral. Isso é gerado pela tensão de cisalhamento e causa distorção da rede. A 
maioria das discordâncias encontradas no material são mistas. 
• A magnitude e a direção da deformação da rede associada a uma discordância 
são descritas pelo vetor de Burgers, denotado por b. A natureza da discordância 
(aresta, espiral ou mista) é definida pela orientação relativa da linha de 
discordância e do vetor de Burgers. Para uma discordância aresta, eles são 
perpendiculares, enquanto para uma discordância espiral eles são paralelos. Em 
discordâncias mistas elas não são nem perpendiculares nem paralelas. Para 
materiais metálicos, o vetor de discordâncias de Burgers aponta na direção 
cristalograficamente densa e sua magnitude é igual à distância interatômica. 
Deslocamentos dentro de materiais cristalinos podem ser observados usando 
técnicas de microscopia eletrônica. Praticamente todos os materiais cristalinos 
contêm alguns deslocamentos introduzidos como resultado de tensões térmicas 
geradas durante a solidificação, durante a deformação plástica e pelo 
resfriamento rápido. 
DEFEITOS INTERFACIAIS 
• Os defeitos interfaciais são contornos que possuem bidimensionais e geralmente 
apartam as regiões dos materiais que têm diferentes estruturas cristalinas e/ou 
orientações cristalográficas. 
• Superfícies externas: Se dá no final da estrutura cristalina. Os átomos da 
superfície não estão ligados ao maior número de vizinhos mais próximos e, 
portanto, estão em estados de energia mais elevados do que os átomos nas 
posições interiores. Para reduzir essa energia, os materiais tendem a minimizar 
ao máximo a área total da superfície. 
• Contornos de grão: Este é o contorno que separa dois pequenos grãos ou 
cristais com diferentes orientações cristalográficas em um material policristalino. 
Os átomos não são tão regularmente ligados ao longo dos contornos de grão. 
Como resultado, existem energias interfaciais ou de contorno de grão 
semelhantes às energias de superfície discutidas anteriormente. Os contornos 
de grão são quimicamente mais reativos do que os próprios grãos. Como os 
átomos de impurezas estão em estados de energia mais altos, eles geralmente 
precipitam preferencialmente ao longo desses contornos. A forma do grão é 
controlada pela presença dos grãos circunvizinhos. O tamanho de grão é 
controlado pela composição química e pela taxa (velocidade) de cristalização ou 
solidificação. O tamanho de grão influencia nas características dos materiais. 
• Contornos de macla: Um contorno de macia é um tipo especial de contorno de 
grão de grão no qual existe uma simetria de espelho especial da rede cristalina. 
A região de material entre esses contornos é chamada apropriadamente de 
macla. As maclas resultam de deslocamentos atômicos causados por forças de 
cisalhamento mecânicas aplicadas e tratamento térmico de recozimento 
realizado após a deformação. 
• Imperfeições volumétricas: Implementado no processamento de materiais 
e/ou produção de peças. Eles podem ser classificados como poros, trincas, 
inclusões e outras fases. Inclusões são impurezas estranhas e podem alterar 
significativamente as propriedades elétricas, mecânicas e ópticas de um 
material. Precipitados são aglomerados de partículas cuja composição difere da 
matriz. As fases se formam devido à presença de impurezas ou elementos de 
liga (ocorre quando o limite de solubilidade é excedido). A porosidade resulta da 
presença ou formação de gases e pode alterar significativamente as 
propriedades ópticas, mecânicas e térmicas de um material. Fratura: Pode afetar 
as propriedades mecânicas do material.