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estruturas cristalinas aula 3

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Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Agora vamos estudar 
imperfeições em sólidos 
As propriedades de alguns 
materiais são profundamente 
influenciadas pela presença de 
imperfeições. 
Assim, é importante conhecer 
os tipos de imperfeições e 
como estas afetam o 
comportamento dos materiais. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
“Perfeição nunca existe”. Nos itens anteriores 
deu-se ênfase a regularidade dos arranjos atômicos 
dos materiais. 
 
 
 
 
Importância do estudo Os defeitos afetam: 
 
Desejáveis 
Indesejáveis 
 
 As impurezas nos sólidos podem ser: 
 Melhoria da ductilidade dos metais; 
 Aumento da resistência mecânica . 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Desejáveis  Por exemplo, no caso das ligas e materiais 
compósitos. 
 
Ex: latão (Cu + Zn) – Possui custo mais baixo. É mais 
duro e menos dúctil que o cobre puro. 
 Indesejáveis  Al2O3 para refratários com 
contaminações de SiO2 (baixa 
refratariedade). 
 
 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
O que são defeitos? 
São imperfeições ou "erros" no arranjo 
periódico regular dos átomos em um cristal. 
São classificados de acordo com a: 
i) geometria do defeito ou 
ii) dimensionalidade do defeito. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Tipos de defeitos 
Pontuais  associados com uma ou duas 
posições atômicas. 
Lineares  unidimensionais 
Interfaciais  duas dimensões 
Volumétricos  três dimensões 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Defeitos 
pontuais 
Vacâncias, vazios ou lacunas 
Intersticiais 
Schottky 
Frenkel 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Defeitos pontuais: 
vacâncias, vazios ou lacunas 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Defeitos pontuais: 
vacâncias, vazios ou lacunas 
• Envolve a ausência de um átomo na rede cristalina. 
• São formados 
durante a solidificação 
do cristal ou como 
resultado das 
vibrações atômicas (os 
átomos deslocam-se 
de suas posições 
normais). 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Defeitos pontuais: 
Intersticiais 
• Envolve um átomo extra no interstício (pequeno 
espaço vazio). 
• Produz uma distorção 
no reticulado, já que o 
átomo geralmente é 
maior que o espaço do 
interstício. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
ânions 
cátions 
Estrutura das Cerâmicas 
As estruturas cerâmicas cristalinas estáveis são 
formadas quando aqueles ânions que estão ao redor 
de um cátion estão todos em contato com aquele 
cátion. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Defeitos pontuais: Frenkel 
• Ocorre nos materiais 
cerâmicos (sólidos iônicos). 
• Quando um íon sai da 
sua posição normal e vai 
para um interstício. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Defeitos pontuais: Schottky 
• Ocorre nos materiais 
cerâmicos (sólidos iônicos). 
• Composto por uma 
lacuna de um cátion e 
um de um ânion. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Impurezas nos sólidos 
Um metal puro que consista em 
apenas um tipo de átomo é 
simplesmente impossível. 
Impurezas ou átomos estranhos estarão 
sempre presentes, e alguns irão existir 
como defeitos cristalinos pontuais. 
 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Impurezas são adicionadas 
intencionalmente 
A maior parte dos metais de engenharia é 
combinada com outros metais ou não-metais. 
Maior resistência mecânica (por exemplo) 
 
Importante!!!! LIGAS 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Exemplo 
A prata de lei (92,5% de prata + 7,5% de 
cobre) é muito mais dura e resistente do 
que a prata pura. 
Muitas vezes, os defeitos são introduzidos 
visando a melhoria das propriedades 
dos materiais. 
Importante!!!! 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
O tipo mais simples de LIGA é a 
solução sólida 
Sólido constituído por dois ou mais 
elementos dispersos atomicamente 
numa única fase e a estrutura cristalina 
é mantida. 
Geralmente em soluções sólidas usam-se os 
seguintes termos: 
 solvente - elemento presente em maior 
quantidade e 
 soluto - elemento presente em menor 
quantidade. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Substitucionais Intersticiais 
Solução sólida 
Tipos de soluções sólidas 
Os átomos do soluto 
(impurezas) podem 
substituir os átomos do 
solvente na rede 
cristalina. 
Os átomos do soluto 
(impurezas) ocupam 
os espaços entre 
os átomos de 
solvente. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Representação esquemática de um átomo 
de impureza substitucional e um átomo de 
impureza intersticial 
Interstício 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Para se obter uma liga devemos ter em 
mente algumas características dos átomos 
do solvente e do soluto. São elas: 
REGRAS 
Fator do tamanho atômico; (a diferença dos raios 
atômicos entre os dois tipos de átomos deve ser menor 
que 15%); 
Mesma estrutura cristalina; 
Eletronegatividade (quanto mais eletropositivo é um 
elemento e mais eletronegativo é o outro, maior é a 
tendência de formação) ; 
Valência pode ser a mesma ou próximas 
 
 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Vejamos, então, o grau de solubilidade, no 
estado sólido, do níquel no cobre que formam 
uma solução sólida substitucional. 
Conclusão: o Ni e o Cu são 
completamente solúveis um no outro. 
Regras de Hume-Rothery Cobre Níquel 
1. Raio atômico [nm] 0,128 0,125 
2. Estrutura cristalina CFC CFC 
3. Eletronegatividade 1,9 1,8 
4. Valência +1(+2) +1 
Diferença de 2,4% 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
E o Fe com o C ? Formam soluções 
sólidas ??? De que tipo ??? 
Sim. Formam uma solução sólida intersticial,quando o 
C é adicionado ao Fe em uma concentração máxima 
de aproximadamente 2%. 
 Raio do C = 0,071nm 
 Raio do Fe = 0,124nm 
São os AÇOS!!!!!! 
O diâmetro atômico de uma impureza intersticial deve 
ser menor do que aqueles dos solventes. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Tipos de defeitos 
Pontuais  associados com uma ou duas 
posições atômicas. 
Lineares  unidimensionais 
Interfaciais  duas dimensões 
Volumétricos  três dimensões 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Defeitos lineares  discordâncias 
O que é uma discordância ????? 
 É um defeito em torno do qual alguns 
átomos estão desalinhados. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Discordâncias 
Aresta ou cunha 
Espiral ou hélice 
Mista  aresta + espiral 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Discordância aresta 
• Envolve um plano extra de átomos. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Discordância aresta 
Nesta região, os átomos 
são pressionados uns 
contra os outros. 
Nesta região, os átomos 
são puxados um para 
longe do outro. 
Compressão 
Tração 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Discordância espiral 
• Formada por uma tensão cisalhante. 
• A região da esquerda 
do cristal é deslocada a 
uma distância atômica 
para cima em relação à 
fração da direita. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Discordância espiral 
DISCORDÂNCIA EM HÉLICE NA SUPERFÍCIE DE 
UM MONOCRISTAL DE SiC. AS LINHAS ESCURAS 
 SÃO DEGRAUS DE ESCORREGAMENTO SUPERFICIAIS. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Discordância espiral 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Vetor de Burgers 
• É perpendicular à discordância. • É paralelo à direção da linha de 
discordância. 
Vetor de Burgers - RESUMO 
• Expressa a magnitude e a direção da distorção da rede 
cristalina. 
Discordância aresta Discordância espiral 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
 São originadas durante a solidificação dos 
materiais cristalinos, por deformação ou 
como uma conseqüência das tensões 
térmicas. 
 A presença deste defeito é 
responsável pela deformação plástica 
dos metais. 
Importante!!!!Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
OBSERVAÇÃO DAS 
DISCORDANCIAS 
 
• Diretamente MET(microscopia 
eletrônica de transmissão) 
 
• Indiretamente MEV(microscopia 
eletrônica de varredura) e MO( microscopia 
ótica). 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Vídeo 1! 
Vídeo 2! 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Tipos de defeitos 
Pontuais  associados com uma ou duas 
posições atômicas. 
Lineares  unidimensionais 
Interfaciais  duas dimensões 
Volumétricos  três dimensões 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Defeitos interfaciais 
• Envolvem fronteiras ou contornos e 
normalmente separam as regiões dos 
materiais que possuem diferentes 
estruturas cristalinas. 
Interfaciais 
Superfícies externas 
Contornos de grão 
Contornos de macla 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
• É o tipo de “contorno” (defeito planar) mais óbvio, ao longo do qual 
termina a estrutura da peça. 
 
• Na superfície, os átomos não estão ligados ao número máximo de 
vizinhos mais próximos, isto implica num estado energético (dos 
átomos na superfície) maior que no interior do cristal. 
 
26 
Átomo normal 
Átomo com maior energia 
Interfaciais: superfícies externas 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Interfaciais: cortornos de grão 
• Estão presentes em materiais policristalinos e 
corresponde à região (ou contorno) que 
separa dois ou mais cristais de orientações 
diferentes. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Nos materiais metálicos... 
... formam-se durante a solidificação, quando os cristais, 
gerados a partir de diferentes núcleos, crescem 
simultaneamente e se encontram. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Contornos de grão 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Interfaciais: Contornos de Maclas 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Tipos de defeitos 
Pontuais  associados com uma ou duas 
posições atômicas. 
Lineares  unidimensionais 
Interfaciais  duas dimensões 
Volumétricos  três dimensões 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Defeitos volumétricos 
• Presentes em todos os tipos de materiais sólidos 
e são muito maiores do que todos os já 
mencionados. 
• Estes incluem poros, trincas, inclusões e outras 
fases. 
 
 
 
• São normalmente introduzidos durante as 
etapas de processamento e fabricação. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Exemplo: Porosidade 
Pó de ferro compactado após sinterização a 1150oC 
durante 120 min. 
• Os poros são originados devido a presença ou 
formação de gases. 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
Inclusões- (impurezas 
estranhas) 
INCLUSÕES DE ÓXIDO DE COBRE (Cu2O) EM COBRE DE ALTA PUREZA (99,26%) 
 
Luciana Amorim - DEMa/CCT/UFCG 
EXEMPLO DE PARTÍCULAS 
DE SEGUNDA FASE 
A MICROESTRUTURA É COMPOSTA POR VEIOS DE GRAFITA SOBRE UMA MATRIZ 
PERLÍTICA. CADA GRÃO DE PERLITA, POR SUA VEZ, É CONSTITUÍDO POR LAMELAS 
ALTERNADAS DE DUAS FASES: FERRITA (OU FERRO-A) E CEMENTITA (OU CARBONETO DE 
FERRO).

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