Aula 4 - Imperfeições nos Sólidos

Prévia do material em texto

Imperfeições nos Sólidos
Tecnologia dos Materiais
Prof. João Victor Soares Chagas
• Imperfeições são tudo que afastam o sólido
cristalino do conceito de arranjo atômico
ordenado periodicamente.
• Defeito cristalino é toda irregularidade na rede
cristalina com uma ou mais de suas dimensões na
ordem do diâmetro atômico.
Conceitos fundamentais
Os defeitos são classificados como:
• Pontuais: associado a uma ou duas posições
atômicas.
• Lineares: unidimensionais.
• Interfaciais: bidimensionais.
Conceitos fundamentais
Lacuna: Defeito pontual mais simples.
• É um sítio vago na rede cristalina, que deveria
estar ocupado, mas está faltando um átomo.
• Ocorre em todos os sólidos.
Defeitos pontuais
• 𝑁𝐿 é o número de lacunas.
• N é o número de sítios ocupados.
• 𝑄𝐿 é a energia para formar a lacuna.
• k é a constante de boltzmann.
• T é a temperatura.
Defeitos pontuais
• Autointersticial: Quando um átomo do cristal se
encontra comprimido em um sítio intersticial –
pequeno espaço vazio que sob circunstâncias
normais não estaria ocupado.
• Esse átomo produz grandes distorções em sua
rede cristalina e na vizinhança, pois o átomo é
muito maior que a posição em que está localizado.
Defeitos pontuais
Defeitos pontuais
• Impurezas: Quando o material não é totalmente
puro. É um defeito muito comum.
• Ligas: Quando intencionalmente adicionam-se
átomos de impureza para conferir características
específicas ao material.
Defeitos pontuais
Solução sólida = solvente + soluto sólido
Solução sólida pode ser intersticial ou
substitucional.
• Intersticial: Átomos de impureza preenchem
espaços vazios entre os átomos hospedeiros.
• Substitucional: Átomos de impureza repõem ou
substituem átomos hospedeiros.
Defeitos pontuais
Defeitos pontuais
Parâmetros para avaliar solubilidade:
• Tamanho atômico: deve ser similar.
• Estrutura cristalina: deve ser a mesma.
• Eletronegatividade: deve ser pequena. Se for
grande, é maior a chance de criarem um composto
intermetálico.
• Valência: o soluto tende a dissolver num metal de
maior valência.
Defeitos pontuais
• Quanto maior o fator de empacotamento do
material, menor a chance de ocorrência de
solução sólida intersticial.
• O diâmetro do átomo do soluto deve ser bem
menor que o diâmetro do átomo do solvente.
Defeitos pontuais
Defeitos pontuais
Defeitos pontuais
Discordâncias: Defeito unidimensional em torno do
qual alguns átomos estão desalinhados;
Defeitos lineares
• Discordância aresta: Defeito linear que fica
centralizado sobre a linha definida ao longo da
extremidade do semiplano extra de átomos (linha
de discordância).
• Discordância Espiral: Consequência da tensão
cisalhante que é aplicada para produzir a
distorção. Tem esse nome devido a trajetória que é
traçada ao redor da linha de discordância pelos
planos atômicos.
Defeitos lineares
Defeitos lineares
Defeitos lineares
• Vetor de Burgers: A magnitude e a direção da
distorção da rede associada a uma discordância
são expressas em termos do vetor de Burgers.
• Embora uma discordância possa mudar de direção
e de natureza no interior de um cristal, seu vetor
de Burgers será o mesmo em todos os pontos ao
longo de sua linha.
Defeitos lineares
Discordância espiral: Linha de discordância
paralela ao vetor de Burgers.
Discordância aresta: Linha de discordância
perpendicular ao vetor de Burgers.
Discordância mista: Linha de discordância nem
paralela nem perpendicular em relação ao vetor de
Burgers.
Defeitos lineares
• Os defeitos interfaciais são contornos
bidimensionais que normalmente separam
regiões dos materiais que possuem estruturas
cristalinas e/ou orientações cristalográficas
diferentes.
Defeitos Interfaciais
• Superfícies externas: Contorno ao longo do qual
termina a estrutura do cristal. Como os átomos da
superfície estão ligados a um número menor que o
máximo com os vizinhos mais próximos, maior é
seu estado energético, o que implica numa energia
associada a superfície.
Defeitos Interfaciais
Defeitos Interfaciais
• Contornos de grão: Contorno que separa dois
cristais, ou grãos, que possuem diferentes
orientações cristalográficas nos materiais
policristalinos.
• Na região do contorno existe algum desajuste
atômico na transição da orientação cristalina de
um grão para o adjacente.
Defeitos Interfaciais
Defeitos Interfaciais
• Nos contornos de grão os átomos estão ligados de
maneira menos regular.
• Há uma energia associada aos contornos de
grão que é função do grau de desorientação dos
contornos.
• Os grãos crescem em temperaturas elevadas
para reduzir a energia total dos contornos.
Defeitos Interfaciais
• Falhas de empilhamento: Para metais CFC,
quando existe uma interrupção na sequência de
empilhamento dos planos compactos;
• Contornos de fase: Contornos que separam duas
fases em materiais multifásicos;
Defeitos Interfaciais
Defeitos Interfaciais
Defeitos Interfaciais
• Contornos de Macla: Tipo especial de contorno
de grão, através do qual existe uma específica
simetria em espelho da rede cristalina.
• Átomos de um lado do contorno estão localizados
em posições de imagem em espelho em relação
aos átomos no outro lado do contorno.
Defeitos Interfaciais
Defeitos Interfaciais
• Macla: Região de material entre esses contornos.
• Maclas resultam de deslocamentos atômicos
produzidos a partir da aplicação de forças
mecânicas de cisalhamento e também durante
tratamento térmico de recozimento realizado
após deformações.
Defeitos Interfaciais
• Parede de domínio ferromagnético: Contorno
que separa regiões com diferentes direções de
magnetização.
• Defeitos volumétricos: Poros, trincas, inclusões e
outras fases.
• Vibrações atômicas podem ser consideradas como
imperfeições ou defeitos.
Defeitos Interfaciais
Defeitos Interfaciais
• Microscopia óptica: Microscópio óptico é
utilizado para estudar a microestrutura.
• Normalmente, uma preparação cuidadosa e
meticulosa da superfície é necessária para revelar
detalhes importantes da estrutura.
• A microestrutura é revelada por um tratamento
superficial que emprega um reagente químico
apropriado, denominado ataque químico.
Microscopia
Microscopia
• Microscopia eletrônica: Capaz de ampliações
muito maiores que o microscópio óptico.
• A imagem da estrutura é formada usando feixes de
elétrons no lugar de radiação luminosa.
• A grande ampliação é consequência dos curtos
comprimentos de onda dos feixes de elétrons.
Microscopia
Microscopia
• Microscopia eletrônica de transmissão (MET):
Imagem é formada por um feixe de elétrons que
passa através da amostra. Os contrastes na
imagem são produzidos por diferenças na
dispersão ou difração do feixe entre os vários
elementos ou defeitos da microestrutura.
• Permite ampliações de 1.000.000x.
Microscopia
• Microscopia eletrônica de varredura (MEV): A
superfície de uma amostra a ser examinada é
varrida com um feixe de elétrons e o feixe de
elétrons refletido é coletado e, então, exibido, na
mesma taxa de varredura, sobre um tubo de raios
catódicos.
• A estrutura deve ser condutora de eletricidade.
Microscopia
Microscopia
• A determinação do tamanho de grão pode ser
feita através do método da interseção.
• Linhas retas, todas com mesmo comprimento, são
desenhadas sobre várias fotomicrografias que
mostram a estrutura dos grãos;
• São contados quantos grãos são interceptados por
cada segmento de linha;
Microscopia
• Comprimento da linha é dividido por uma média
do número de grãos interceptados, em relação a
todos os segmentos de linha.
• O diâmetro médio do grão é obtido pela divisão
desse resultado pela ampliação linear das
fotomicrografias.
Microscopia
• Método do intercepto (Hilliard/Abrams) –
ASTM E112: Os interceptos (segmentos) são
contados em 3 circunferências concêntricas,
inseridas numa micrografia com aumento M. No
padrão o comprimento total das linhas teste
corresponde a 500mm. O valor N dos interceptos
contados é usado na fórmula para calcular 𝑁𝐿, de
ondedetermina-se o tamanho médio de grão 𝐿3:
Medida de Tamanho de Grão
Microscopia
Microscopia
FIM!