Imperfeições no Arranjo Cristalino

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3-10 IMPERFEIÇÕES NO ARRANJO CRISTALINO 
Rede sem defeitos, ideal, 
T= 0 K, diagrama de 
fases, equilíbrio 
termodinâmico 
ESTRUTURA CRISTALINA 
PERTURBAÇÕES NA ESTRUTURA CRISTALINA 
Estágio 1: vibração da rede, T>0 
 
Estágio 2: defeitos pontuais 
(vacâncias, átomos intersticiais, 
substitucionais, Frenkel e Schottky) 
na rede 
Propriedades: difusão, processos 
de transporte condução iônica, 
reações de estado sólido, 
transformações de fase, evolução 
da microestrutura, deformação em 
Televadas Estágio 3: defeitos lineares, 
discordâncias. Propriedades: 
mecânicas (deformação plástica), 
fragilidade, dureza 
Estágio 4: defeitos planares,falhas, 
contornos de grãos, de fases. 
Propriedades: magnéticas e dielétricas 
Não apresenta rede 
cristalina, defeito 
volumétrico. 
ESTRUTURA AMORFA 
• Todos os materiais apresentam imperfeições no arranjo de seus átomos, o que 
reflete no comportamento do mesmo. 
 
• Controlar as imperfeições, significa obter materiais com diferentes propriedades e 
para novas aplicações. 
 
• Podem existir diferentes tipos de imperfeições na rede: 
i) vibrações da rede: quantizadas por fônons 
ii) defeitos pontuais: vacâncias, átomos intersticiais, átomos substitucionais, defeito 
Frenkel e Schottky; 
iii) defeitos lineares: discordâncias; 
iv) defeitos planares: superfícies interna e externa e interfaces (falhas de 
empilhamento, contorno de fases, superfícies livres); 
v) defeitos volumétricos: estruturas amorfas ou não-cristalinas 
As vibrações da rede são quantizadas por fônons. 
 
 Configuração cristalina ideal só ocorre 
 hipoteticamente 
 
 temperatura do zero 
 absoluto 
 
 demais temperaturas: 
 
 vibração dos átomos na rede provoca 
 
 
 distorções no cristal perfeito. 
3.10.1 Vibrações na rede 
3.10.2 Defeitos pontuais 
Podem ser classificados segundo: 
 
 FORMA 
 
 
- vacância 
- átomo intruso 
- schottky 
- frenkel 
VACÂNCIAS: 
 Também denominado de lacuna 
 É a falta de um átomo na rede cristalina 
 Pode resultar do empacotamento 
imperfeito na solidificação inicial, 
ou decorrer de vibrações térmicas 
dos átomos em temperaturas elevadas 
3.10.2 Defeitos pontuais 
3.10.2.1 Quanto à forma 
VACÂNCIAS: 
 O número de vacâncias varia com a temperatura 
onde: 
nv: n° de vacâncias/cm
3 
n: n° de pontos na rede/cm3 
Q: energia necessária para produzir a vacância (J/mol) 
R: cte dos gases (8,31 J/mol.K) 
T: temperatura em K 
3.10.2 Defeitos pontuais 
3.10.2.1 Quanto à forma 
RT
Q
v enn


DEFEITO INTERSTICIAL: 
 Quando um átomo é abrigado por 
uma estrutura cristalina, principalmente 
se esta tiver um baixo fator de 
empacotamento 
 Conseqüência, distorção da rede 
3.10.2 Defeitos pontuais 
3.10.2.1 Quanto à forma 
DEFEITO SUBSTITUCIONAL: 
 Quando um átomo é deslocado de 
sua posição original por outro, e 
conforme o tamanho, pode 
(a) aproximar os átomos da rede 
(b) separar os átomos da rede 
 Conseqüência, distorção da rede 
(a) 
(b) 
3.10.2 Defeitos pontuais 
3.10.2.1 Quanto à forma 
DEFEITO SUBSTITUCIONAL: 
Átomo substitucional pequeno Átomo substitucional grande 
Gera distorção na rede 
3.10.2 Defeitos pontuais 
3.10.2.1 Quanto à forma 
DEFEITO FRENKEL: 
 Quando um íon desloca-se de sua 
posição no reticulado (formando uma 
lacuna) para uma posição intersticial 
 Ocorre em compostos iônicos 
3.10.2 Defeitos pontuais 
3.10.2.1 Quanto à forma 
DEFEITO SCHOTTKY: 
 Quando ocorre lacuna de um par de 
íons 
 Ocorre para compostos que devem 
manter o equilíbrio de cargas opostas 
 Somente para compostos iônicos 
3.10.2 Defeitos pontuais 
3.10.2.1 Quanto à forma 
• Discordâncias associadas a cristalização 
 
– origem: térmica, mecânica e supersaturação de defeitos 
pontuais 
 
• Tipo de defeito responsável por deformação 
 
 falha 
• rompimento dos materiais 
 
• Quantidade e movimento das discordâncias podem ser controlados 
pelo grau de deformação (conformação mecânica) e/ou por 
tratamentos térmicos 
3.10.3 Defeitos lineares 
As discordâncias podem ser: - Cunha 
 - Hélice 
 - Mista 
As discordâncias geram um vetor de Burgers: 
 - Fornece a magnitude e a direção de distorção da rede 
 - Corresponde à distância de deslocamento dos átomos ao redor da 
discordância 
 Ilustrada pelo corte parcial de um cristal perfeito, 
deslocando a rede de um espaçamento atômico 
3.10.3 Defeitos lineares 
3.10.3.1 Discordância em espiral 
 Produz distorção na rede 
 O vetor de Burgers é paralelo à 
direção da linha de discordância 
 
 Deslocamento na vertical 
 Ilustrada pelo talhamento de um cristal perfeito, deslocando a 
rede de um espaçamento atômico 
 O vetor de Burgers é perpendicular à discordância em cunha 
3.10.3 Defeitos lineares 
3.10.3.2 Discordância em cunha 
Vista superior da 
discordância 
 Deslocamento na horizontal 
3.10.3 Defeitos lineares 
3.10.3.2 Discordância em cunha 
3.10.3 Defeitos lineares 
3.10.3.3 Discordância mista 
Discordância em 
cunha Discordância em 
espiral 
Em um cristal pode ocorrer os dois 
tipos de discordância 
Visualização de discordâncias na 
microestrutura de um material 
3.10.4.2 Contorno de grão 
 Microestrutura de metais e 
outros materiais sólidos consistem 
de muitos grãos 
 Grão: porção de material onde o 
arranjo cristalino é idêntico, 
variando sua orientação 
 Contorno de grão: fronteira 
entre os grãos 
3.10.4 Defeitos planares 
3.10.4.1 Superfície externa 
 Mais evidente dos defeitos de superfície devido a descontinuidade 
3.10.4.2 Contorno de grão 
3.10.4 Defeitos planares 
3.10.5 Estruturas amorfas 
3.10.5 Defeitos volumétricos 
Vidros 
Polímeros 
 Algumas estruturas sem 
ordenamento a longo alcance são 
consideradas como defeitos 
volumétricos, como é o caso do 
vidro e dos polímeros 
Defeitos possíveis em um material a partir da dimensão em 
 que ocorrem na estrutura 
Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS 3.10 Imperfeições no arranjo cristalino