5. IMPERFEICO ESCRISTALINAS GRAD

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Estrutura e Propriedades dos 
Materiais
IMPERFEIÇÕES CRISTALNAS
Prof. Rubens Caram
R. Caram - 2
IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS
„ TODO CRISTAL EXIBE DEFEITOS
„ QUANTIDADE E TIPO DE IMPERFEIÇÕES DEPENDE 
DA FORMA QUE O CRISTAL FOI FORMADO
„ DEFEITOS MODIFICAM O COMPORTAMENTO DO 
MATERIAL:
„ MECÂNICO
„ ELÉTRICO
„ QUÍMICO
„ ÓPTICO
R. Caram - 3
ORIGEM DA ESTRUTURA CRISTALINA
„ ESTRUTURA CRISTALINA SURGE ATRAVÉS:
„ TRANSFORMAÇÃO VAPOR-SÓLIDO
„ TRANSFORMAÇÃO SÓLIDO-SÓLIDO
„ TRANSFORMAÇÃO LÍQUIDO-SÓLIDO 
(SOLIDIFICAÇÃO)
(FORMA MAIS COMUM EM METAIS)
„NUCLEAÇÃO DA NOVA FASE
„CRESCIMENTO DA NOVA FASE
R. Caram - 4
NUCLEAÇÃO
„ NUCLEAÇÃO HOMOGÊNEA
„ NUCLEAÇÃO HETEROGÊNEA
Embriões da 
fase sólida
R. Caram - 5
CRESCIMENTO
„ CRESCIMENTO OCORRE QUANDO ÁTOMOS DO LÍQUIDO SÃO 
AGREGADOS AO SÓLIDO
„ A FORMA COM QUE O CALOR É RETIRADO DO LÍQUIDO 
DETERMINA A FORMA A MICROESTRUTURA
„ FLUXO DE CALOR DIRECIONAL: CRISTAIS CRESCEM COM 
DIREÇÃO ÚNICA
„ FLUXO NÃO DIRECIONAL: CRISTAIS CRESCEM SEM UMA 
DIREÇÃO PREFERENCIAL
„ TAXA DE RETIRADA DE CALOR DO LÍQUIDO: À MEDIDA QUE 
ESSA TAXA DECRESCE, TORNA-SE POSSÍVEL OBTER 
CRISTAIS DE MAIOR PERFEIÇÃO
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CRESCIMENTO CONTROLADO
„ PROCESSO CZOCHRALSKI DE CRESCIMENTO DE 
CRISTAIS
Si Mono-cristalino
•
R. Caram - 7
CRESCIMENTO NÃO CONTROLADO
„ PROCESSO DE FUNDIÇÃO
R. Caram - 8
IMPERFEIÇÕES EM CRISTAIS
TIPOS DE IMPERFEIÇÕES
„ PONTUAIS
„ EM LINHA
„ DE SUPERFÍCIE
ALUMINA 
MONOCRISTALINA 
(SAFIRA)
ALUMINA 
POLICRISTALINA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ VAZIOS OU VACÂNCIAS
„ SÃO ESSENCIAIS EM PROCESSOS DE DIFUSÃO
„ QUANTIDADE AUMENTA COM A TEMPERATURA
Vazio
Vazio
R. Caram - 10
IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ DEFEITOS DE FRENKEL E DE SCHOTTKY
DEFEITO DE SCHOTTKY DEFEITO DE FRENKEL
R. Caram - 11
IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ ÁTOMO SUBSTITUCIONAL
R. Caram - 12
IMPERFEIÇOES PONTUAIS
„ ÁTOMO INTERSTICIAL
R. Caram - 13
IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CFC)
TETRAÉDRICAOCTAÉDRICA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CFC) OCTAÉDRICA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CFC)
TETRAÉDRICA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CCC)
OCTAÉDRICA TETRAÉDRICA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CCC)
OCTAÉDRICA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CCC)
TETRAÉDRICA
R. Caram - 19
SOLUÇÃO SÓLIDA
„ SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONAL
„ MISTURA DE ELEMENTOS, ONDE O SOLUTO OCUPA 
POSIÇÕES INTERSTICIAIS
„ EX.: Fe-C, Fe-H
„ SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONAL
„ MISTURA DE ELEMENTOS ONDE O SOLUTO OCUPA 
POSIÇÕES SUBSTITUCIONAIS
„ EX.: Cu-Zn, Cu-Sn
„ ELEMENTO EM MAIOR QUANTIDADE: SOLVENTE
„ ELEMENTO EM MENOR QUANTIDADE: SOLUTO
R. Caram - 20
S.S. E PROPRIEDADES MECÂNICAS
L
i
m
i
t
e
d
e
E
s
c
o
a
m
e
n
t
o
,
M
P
a
% Soluto
„ PRESENÇA DE SOLUTOS ALTERA O 
COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS 
METAIS:
„ DIFERENÇA ENTRE TAMANHOS 
ATÔMICOS LEVA AO AUMENTO DA 
RESISTÊNCIA MECÂNICA
„ AUMENTO DA QUANTIDADE DE 
SOLUTO LEVA AO AUMENTO DA 
RESISTÊNCIA MECÂNICA
„ EXÊMPLOS: 
„ LIGA Cu-Zn: AUMENTO PEQUENO -
TAMANHOS ATÔMICOS PRÓXIMOS
„ LIGA Cu-Sn: AUMENTO MÉDIO -
TAMANHOS ATÔMICOS 
DIFERENTES
„ LIGA Cu-Be: AUMENTO ELEVADO 
– TAMANHOS ATÔMICOS 
DIFERENTES
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DIAGRAMA DE FASES Cu-Zn
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DIAGRAMA DE FASES Fe-C 
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DIAGRAMA DE FASES Cu-Sn
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EXERCÍCIO
„ Determine o raio do interstício octaédrico no ferro γ.
„ Dados: estrutura do ferro γ=CFC e raio atômico=0,129 nm
 
r
R
R+r R
45o 
R
Plano (200) na estrutura CFC
Como o raio atômico do ferro é igual a 1,29 nm, o
raio do interstício será dado por:
rR
R
2
245sen o +==
R
rR2
2
2 +==
R
r12 +=
414,0
R
r =
nm053,0414,0129,0414,0Rr ===
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SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONAL
„ EM UMA SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONAL, A 
SOLUBILIDADE DE UM ELEMENTO EM OUTRO SERÁ
ELEVADA DESDE QUE:
„ (a) ESTRUTURA CRISTALINA DO SOLUTO SEJA A 
MESMA DO SOLVENTE; 
„ (b) VALÊNCIAS DO SOLUTO E DO SOLVENTE SEJAM 
IGUAIS; 
„ (c) ELETRO-NEGATIVIDADES DO SOLUTO E DO 
SOLVENTE SEJAM PRÓXIMAS (PARA QUE UMA 
REAÇÃO QUÍMICA SEJA EVITADA) E 
„ (d) RAIOS ATÔMICOS DO SOLUTO E SOLVENTE 
TENHAM VALORES PRÓXIMOS (A DIFERENÇA NÃO 
DEVE ULTRAPASSAR 15 %).
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EXERCÍCIO
„ Uma liga Al-Cu tem 5 % em peso de Cu e 95 % em peso de Al. A 
massa atômica do Al é 27 g/mol e do Cu é 63,5 g/mol. Determine a 
quantidade de cobre em % em átomos.
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EXERCÍCIO
„ Uma liga Al-Cu tem 5 % em peso de Cu e 95 % em peso de Al. A 
massa atômica do Al é 27 g/mol e do Cu é 63,5 g/mol. Determine a 
quantidade de cobre em % em átomos.
Em 100 g da liga existem 95 g de alumínio e 5 g de cobre. 
1 mol (6,02 x 1023 átomos) de Cu = 63,5 g
6,02 x 1023 átomos ⇒ 63,5 g
NCu átomos ⇒ 5 g
NCu = 5 g x 6,02 x 1023/63,5 g = 0,47 x 1023 átomos de Cu
6,02 x 1023 átomos ⇒ 27 g
NAl átomos ⇒ 95 g
NAl = 95 g x 6,02 x 1023/27 g = 21,18 x 1023 átomos de Al
O número total de átomos é: Ntotal = NCu + NAl = 21,65 x1023 átomos
Quantidade de Cu na liga em % em átomos é:
% em átomos de Al = 21,18 x 1023/21,65 x1023 x 100% = 97,8 %
% em átomos de Cu = 0,47 x 1023/21,65 x1023 x 100% = 2,2 %.
R. Caram - 28
IMPERFEIÇÕES EM LINHA
„ OS CRISTAIS APRESENTAM DEFEITOS ALINHADOS E 
CONTÍNUOS: IMPERFEIÇÕES EM LINHA
„ OS DEFEITOS EM LINHA, TAMBÉM CHAMADOS DE 
DISCORDÂNCIAS SÃO IMPERFEIÇÕES QUE CAUSAM A 
DISTORÇÃO DA REDE CRISTALINA EM TORNO DE UMA 
LINHA E CARACTERIZAM-SE POR ENVOLVER UM PLANO 
EXTRA DE ÁTOMOS. 
„ ESTAS IMPERFEIÇÕES PODEM SER PRODUZIDAS 
DURANTE O CRESCIMENTO DO CRISTAL OU NA 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DO CRISTAL
„ EXISTEM DOIS TIPOS PRINCIPAIS DE DISCORDÂNCIAS:
„ DISCORDÂNCIA EM CUNHA
„ DISCORDÂNCIA EM HÉLICE
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DISCORDÂNCIAS
R. Caram - 30
DISCORDÂNCIA EM CUNHA
b
r
Linha de
Discordância
R. Caram - 31
DISCORDÂNCIA EM HÉLICE
Linha de 
Discordância
b
r
R. Caram - 32
DISCORDÂNCIA MISTA
R. Caram - 33
DISCORDÂNCIAS
„ DISCORDÂNCIAS NO COBRE
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DISCORDÂNCIAS
„ DISCORDÂNCIAS NO SILÍCIO
R. Caram - 35
DISCORDÂNCIAS E A DEFORMAÇÃO
„ MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS
R. Caram - 36
DISCORDÂNCIAS E A DEFORMAÇÃO
„ MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS
R. Caram - 37
IMPERFEIÇÕES DE SUPERFÍCIE
„ CRISTAIS APRESENTAM DEFEITOS EM DUAS 
DIMENSÕES, QUE SE ESTENDEM AO LONGO DA 
ESTRUTURA, GERANDO IMPERFEIÇÕES DE 
SUPERFÍCIES:
„ SUPERFÍCIES LIVRE
„ FALHAS DE EMPILHAMENTO
„ CONTORNOS DE GRÃO
„ MACLAS
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SUPERFÍCIES LIVRES
Superfície Externa
R. Caram - 39
FALHAS DE EMPILHAMENTO
HC
CFCFALHA DE EMPILHAMENTO
R. Caram - 40
GRÃOS E CONTORNOS DE GRÃOS
NUCLEAÇÃO
R. Caram - 41
GRÃOS E CONTORNOS DE GRÃOS
R. Caram - 42
OBSERVAÇÃO DE C.G.
 
Luz 
Incidente LuzRefletida
R. Caram - 43
FERRO FUNDIDO NODULAR
MATRIZ FERRÍTICA E NÓDULOS DE GRAFITA (CINZA)
R. Caram - 44
LIGA EUTÉTICA TERNÁRIA
„ EUTÉTICO Nb2Al-Al3Nb-AlNiNb
R. Caram - 45
AÇO BAIXO CARBONO (1020)
„ FERRITA E PERLITA
R. Caram - 46
AÇO ALTO CARBONO (1070)
„ FERRITA E PERLITA
R. Caram - 47
AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO
GRÃOS AUSTENÍTICO
R. Caram - 48
COBRE
R. Caram - 49
TAMANHO DE GRÃO ASTM
51210
2569
1288
647
326
165
84
43
22
11
N, GRÃOS/POL2n, TAMANHO DE 
GRÃO
1n2 N −=
R. Caram - 50
TAMANHO DE GRÃO ASTMR. Caram - 51
TAMANHO DE GRÃO ASTM
n=4n=1 5 µm
n=8
R. Caram - 52
MACLAS
„ MACLAS PODEM SURGIR A PARTIR DE TENSÕES 
TÉRMICAS OU MECÂNICAS. 
„ TAL DEFEITO OCORRE QUANDO PARTE DA REDE 
CRISTALINA É DEFORMADA, DE MODO QUE A 
MESMA FORME UMA IMAGEM ESPECULAR DA 
PARTE NÃO DEFORMADA. 
„ PLANO CRISTALOGRÁFICO DE SIMETRIA ENTRE 
AS REGIÕES DEFORMADAS E NÃO DEFORMADA, 
É CHAMADO DE PLANO DE MACLAÇÃO.
R. Caram - 53
MACLAS
R. Caram - 54
MACLAS
MACLA
	Estrutura e Propriedades dos Materiais IMPERFEIÇÕES CRISTALNAS
	IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS
	ORIGEM DA ESTRUTURA CRISTALINA
	NUCLEAÇÃO
	CRESCIMENTO
	CRESCIMENTO CONTROLADO
	CRESCIMENTO NÃO CONTROLADO
	IMPERFEIÇÕES EM CRISTAIS
	IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
	IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
	IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
	IMPERFEIÇOES PONTUAIS
	IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
	IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
	SOLUÇÃO SÓLIDA
	S.S. E PROPRIEDADES MECÂNICAS
	DIAGRAMA DE FASES Fe-C
	DIAGRAMA DE FASES Cu-Sn
	SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONAL
	EXERCÍCIO
	IMPERFEIÇÕES EM LINHA
	DISCORDÂNCIAS
	DISCORDÂNCIA EM CUNHA
	DISCORDÂNCIA EM HÉLICE
	DISCORDÂNCIA MISTA
	DISCORDÂNCIAS
	DISCORDÂNCIAS
	DISCORDÂNCIAS E A DEFORMAÇÃO
	IMPERFEIÇÕES DE SUPERFÍCIE
	SUPERFÍCIES LIVRES
	GRÃOS E CONTORNOS DE GRÃOS
	GRÃOS E CONTORNOS DE GRÃOS
	OBSERVAÇÃO DE C.G.
	TAMANHO DE GRÃO ASTM
	TAMANHO DE GRÃO ASTM
	MACLAS
	MACLAS
	MACLAS