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1
ESTRUTURA E PROPRIEDADES DOS 
MATERIAIS
IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS
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
R. Caram - 6
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
R. Caram - 9
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 FRENKELDEFEITO DE SCHOTTKY
R. Caram - 11
IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ ÁTOMO SUBSTITUCIONAL
R. Caram - 12
IMPERFEIÇOES PONTUAIS
„ ÁTOMO INTERSTICIAL
R. Caram - 13
IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CFC)
OCTAÉDRICA TETRAÉDRICA
R. Caram - 14
IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CFC) OCTAÉDRICA
R. Caram - 15
IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CFC)
TETRAÉDRICA
R. Caram - 16
IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CCC)
TETRAÉDRICAOCTAÉDRICA
R. Caram - 17
IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
„ POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CCC)
OCTAÉDRICA
R. Caram - 18
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
R. Caram - 21
DIAGRAMA DE FASES Cu-Zn
R. Caram - 22
DIAGRAMA DE FASES Fe-C 
R. Caram - 23
DIAGRAMA DE FASES Cu-Sn
R. Caram - 24
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 ===
R. Caram - 25
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 %).
R. Caram - 26
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.
R. Caram - 27
EXERCÍCIO
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 %.
„ 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.
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
R. Caram - 29
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
R. Caram - 34
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
R. Caram - 38
SUPERFÍCIES LIVRES
Superfície Externa
R. Caram - 39
FALHAS DE EMPILHAMENTO
CFC
HC
FALHA 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
TAMANHODE GRÃO ASTM
R. Caram - 51
TAMANHO DE GRÃO ASTM
n=1 5 µm n=4
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

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