Ciência dos Materiais - Imperfeicoes da Rede Cristalina

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
*
15 de Abril de 2012
Ciência dos Matérias
Prof. Dra Deyse Carpenter
*
*
• Todos os materiais apresentam imperfeições no arranjo de seus átomos, 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 puntuais: 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
Imperfeições em cristais
*
*
Imperfeições em cristais
 Contornos de grãos
 Maclas - Geminação
Lacunas - Defeitos com zero dimensões
 Discordâncias - Defeito com um dimensão
 Falhas de empilhamento - Defeitos com duas dimensões
 Vazios e poros - Defeito com três dimensões 
 
*
*
	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
Defeitos pontuais
*
*
VACÂNCIAS:
 O número de vacâncias varia com a temperatura
nv = n exp (-Q/RT)
onde: 
nv: n° de vacâncias/cm3
n: n° de pontos na rede/cm3
Q: energia necessária para produzir a vacância (J/mol)
R: cte dos gases (8,31 J/molK)
T: temperatura em K
*
*
Exercício 1: Calcule o n° de vacâncias por centímetro cúbico e o n° de vacâncias por átomo de cobre, quando o cobre está (a) a temperatura ambiente, (b) 1084°C. Aproximadamente 83600 J/mol são requeridos para produzir uma vacância no cobre. 
Dados:
a0 = 3,6151 x 10-8 cm
Q = 83600 J/mol
R = 8,31J/mol K
*
*
nv = n exp (-Q/RT)
Resolução
O número de átomos de cobre por parâmetro da rede por cm3 é:
n = 	 n° átomos/célula
	volume da célula unitária
n = 4 átomos/célula = 8,47 x 1022 átomos Cu/cm3
 (3,6151 x 10-8)3
	O que se quer saber?
nv a Tamb e a 1084°C
*
*
nv = n exp (-Q/RT)
Exemplo 18 - Solução
(a) Tambiente:
T = 25 + 273 = 298 K
nv = 	(8,47 x 1022) exp [-83600/(8,31 x 298)]
nv = 1,847 x 108 vacâncias/cm3
nv = 1,847 x 108 vacâncias/cm3	
n 8,47 x 1022 átomos de Cu/cm3
nv = 2,18 x 10-15 vacâncias/ átomos de Cu
n
*
*
Exemplo 18 - Solução
nv = n exp (-Q/RT)
(b) T = 1084°C:
T = 1084 + 273 = 1357 K
nv = 	(8,47 x 1022) exp [-83600/(8,31 x 1357)]
nv = 5,11 x 1019 vacâncias/cm3
nv = 5,11 x 1019 vacâncias/cm3	
n 8,47 x 1022 átomos de Cu/cm3
nv = 6,03 x 10-4 vacâncias/ átomos de Cu
n
*
*
Exemplo 19: O ferro tem a densidade medida de 7,87 Mg/m3. O parâmetro de rede do Fe CCC é 2,866 A. Calcule a percentagem de vacâncias no ferro puro.
Dados:
a0 = 2,866 A
MFe = 55,85g/gmol
% vacâncias = ?
*
*
Exemplo 19 - Solução
Utilizando-se a densidade medida pode-se calcular o n° de átomos por célula unitária:
 = n° átomos/célula x massa de cada átomo
 N° Avogadro x volume da célula unitária
7,87 g/cm3 = n° átomos/célula x 55,85 g/gmol
 		6,02 x 1023 x (2,866 x 10-8)3
n°át/célula = 1,998
Deveriam ser 2 átomos no Fe CCC
% Vacâncias = (2 - 1,998) x 100 = 0,2%
% Vacância por átomo = 0,2 / 2
			
*
*
 DEFEITO INTERSTICIAL:
 Quando um átomo é abrigado por uma estrutura cristalina, principalmente se esta tiver um baixo fator de empacotamento
 Conseqüência, distorção da rede
*
*
 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)
*
*
DEFEITO SUBSTITUCIONAL:
Átomo substitucional pequeno
Átomo substitucional grande
Gera distorção na rede
*
*
 2.4 DEFEITO FRENKEL:
 Quando um íons desloca-se de sua posição no reticulado (formando uma lacuna) para uma posição intersticial
 Só para compostos iônicos
*
*
 2.5 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
*
*
*
*
Cristais e contornos de grãos
*
*
CONTORNO DE GRÃO
 Microestrutura de 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
Defeitos planares
*
*
*
*
Discordâncias em cristais
Defeito unidimensional
*
*
Escorregamento e planos de deslizamento
*
*
Discordância em aresta
*
*
Discordância em aresta
*
*
Discordância em aresta
*
*
Discordância em aresta
*
*
Discordâncias em espiral... 
 ...e deslizamento cruzado
*
*
Movimento de discordâncias
Discordâncias em aresta (cunha)
Movimento no mesmo direção ao vetor de Burgers.
Discordâncias em espiral (hélice)
Movimento perpendicular ao vetor de Burgers.