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23/03/2014 1 PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ESTRUTURAS CRISTALINAS VOLUME, DENSIDADE E FEA CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 2 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS METAIS CERÂMICAS 3 23/03/2014 2 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS COMPÓSITOS SEMICONDUTORES 4 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS BIOMATERIAIS 5 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS NANOTECNOLOGIA 6 23/03/2014 3 ESTRUTURA CRISTALINA ESTRUTURA CÚBICA DOS METAIS CS, CCC, CFC, HC 7 CONCEITOS FUNDAMENTAIS Arranjo tridimensional de pontos que coincidem com as posições dos átomos. Pequenas entidades repetitivas de átomos ordenados em sólidos cristalinos. REDE CRISTALINA CÉLULA UNITÁRIA 8 TIPOS DE CÉLULA UNITÁRIA CÚBICA SIMPLES - CS O fator de empacotamento atômico é calculado por: 𝐹𝐸𝐴 = 𝑛𝑉𝐸 𝑉𝐶 Onde: n – número de átomos por célula unitária. VE – volume da esfera VC – volume da célula unitária 9 23/03/2014 4 TIPOS DE CÉLULA UNITÁRIA CÚBICA DE CORPO CENTRADO - CCC 10 Uma vez que muda a dimensão da aresta, o volume da célula unitária, fica: 𝑉𝐶 = 64𝑅3 3 3 CALCULE O FEA TIPOS DE CÉLULA UNITÁRIA 11 Na célula unitária existem 8 oitavos. Um oitavo em cada vértice e mais 6 metades de cada face somando 3 átomos. Portanto há 4 átomos por célula unitária. Uma vez que muda a dimensão da aresta, o volume da célula unitária, fica: 𝑉𝐶 = 16𝑅 3 2 CALCULE O FEA CUBICA DE FACES CENTRADAS – CFC TIPOS DE CÉLULA UNITÁRIA 12 HEXAGONAL COMPACTA – HC 23/03/2014 5 TIPOS DE CÉLULA UNITÁRIA 13 HEXAGONAL COMPACTA – HC Diferente das células cúbicas as arestas da célula HC possuem dimensões diferentes, sendo a (medida das arestas da base) e c (medida das arestas laterais ou altura do prisma) e sempre c>a. Como para a célula HC o valor do FEA é 0,74, pode-se calcular o volume da célula unitária apenas com o conhecimento do raio atômico. Caso seja do conhecimento as medidas c e a, pode-se achar o volume da célula unitária geometricamente CÁLCULO DA DENSIDADE EM METAIS Uma vez que o FEA por definição denota a maneira como os átomos estão ordenados (empacotados) surge daí a ideia de densidade, que vem completar o sentido do FEA. Uma vez conhecida a densidade e o FEA pode-se estudar demais propriedades para destinar melhor a aplicação. A densidade é calculada por: 𝜌 = 𝑛𝐴 𝑁𝐴𝑉𝐶 Onde: n – número de átomos por célula unitária A – peso atômico NA – número de Avogadro VC – volume da célula unitária 14 POLIMORFISMO E ALOTROPIA Alguns metais, podem ter mais de uma estrutura cristalina, um fenômeno conhecido por polimorfismo. Quando encontrado em sólidos elementares, essa condição é chamada frequentemente de alotropia. A estrutura cristalina que prevalece depende tanto da temperatura como da pressão externa. Um exemplo familiar é encontrado no carbono, a grafita é o polimorfo estável nas condições ambientes, enquanto o diamante é formado a pressões extremamente elevadas. Ainda o ferro puro possui estrutura cristalina CCC à temperatura ambiente, que se altera para uma estrutura CFC à temperatura de 912ºC. 15 23/03/2014 6 DIFERENÇAS ESTRUTURAIS ENTRE AS PRINCIPAIS CÉLULAS UNITÁRIAS 16 DIFERENÇAS ESTRUTURAIS ENTRE AS PRINCIPAIS CÉLULAS UNITÁRIAS 17 TABELA COM OS RAIOS ATÔMICOS ESTRUTURAS CRISTALINAS PARA 16 METAIS METAL ESTRUTURA CRISTALINA RAIO ATÔMICO (nm) METAL ESTRUTURA CRISTALINA RAIO ATÔMICO (nm) Alumíno CFC 0,1431 Níquel CFC 0,1246 Cádmio HC 0,1490 Ouro CFC 0,1442 Chumbo CFC 0,1750 Platina CFC 0,1387 Cobalto HC 0,1253 Prata CFC 0,1445 Cobre CFC 0,1278 Tântalo CCC 0,1430 Cromo CCC 0,1249 Titânio HC 0,1445 Ferro α CCC 0,1241 Tungstê nio CCC 0,1371 Molibdê nio CCC 0,1363 Zinco HC 0,1332 18 23/03/2014 7 19
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