ciencia e tecnologia dos materiais (aula 04)

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Ciência e Tecnologia dos 
Materiais 
Imperfeições em Sólidos 
Prof. Jania Betania A da Silva 
O que é um defeito? Defeitos Cristalinos 
• É uma imperfeição no arranjo periódico 
regular dos átomos em um cristal; 
 
• Podem envolver uma irregularidade na 
posição dos átomos e no tipo de átomos; 
 
• O tipo e o número de defeitos dependem: 
 - constituição química do material; 
 - circunstâncias sob as quais o material é 
processado. 
Tipos de Defeitos Cristalinos 
• Defeitos pontuais 
• Defeitos de linha - (discordâncias) 
• Defeitos de interface - (grão e maclas) 
• Defeitos volumétricos (inclusões, precipitados) 
 Classificados dos tipos de defeitos acordo com sua 
geometria ou dimensões 
• Defeitos Pontuais - associados com 1 ou 2 posições atômicas; 
 
• Defeitos lineares - uma dimensão; 
 
• Defeitos planos ou interfaciais (fronteiras) - duas dimensões; 
 
• Defeitos volumétricos - três dimensões; 
Defeitos indesejáveis? 
DEFEITOS 
INTRODUÇÃO 
SELETIVA 
CONTROLE 
DO NÚMERO 
ARRANJO 
Permite desenhar e criar novos materiais - 
com a combinação desejada de propriedades 
Exemplos: defeitos desejáveis (provocados) 
 
O processo de dopagem em semicondutores: 
 - mudança no tipo de condutividade 
 
A deformação mecânica dos materiais: promove a formação de 
imperfeições: 
 
- geram um aumento na resistência mecânica (processo 
encruamento): 
 
Wiskers de ferro (sem imperfeições do tipo discordâncias): 
- resistência maior que 70GPa 
- ferro comum resistência 270MPa. 
 Imperfeições cristalinas - Defeitos Pontuais 
Ocorrem em sólidos iônicos 
• Envolve a falta de um 
átomo. 
 
• São formados durante a 
solidificação do cristal ou 
como resultado das 
vibrações atômicas (os 
átomos deslocam-se de 
suas posições normais). 
• O número de vacâncias aumenta exponencialmente 
com a temperatura; 
 
 Nv= N exp (-Qv/KT) lacunas/m3 
 
Nv= número de vacâncias 
N= número total de sítios por unidade de volume 
Qv= energia requerida para formação de vacâncias 
K= constante de Boltzman = 1,38x1023J/at.K ou 8,62x10-5 eV/ at.K 
 
Defeito Pontual: vacâncias ou vazios 
N= NAρ 
 
 PA 
Onde: NA=n
o avogrado; 
ρ = densidade 
PA= peso atômico 
 Imperfeições cristalinas - Defeito Intersticial 
Átomo intersticial 
grande - Gera maior 
distorção na rede. 
Átomo intersticial pequeno 
• Envolve um átomo 
extra no interstício (do 
próprio cristal) 
 
• Produz uma distorção 
no reticulado, já que o 
átomo geralmente é 
maior que o espaço do 
interstício 
 
• A formação de um 
defeito intersticial 
implica na criação de 
uma vacância, por isso 
este defeito é menos 
provável que uma 
vacância 
 Imperfeições cristalinas - Defeitos Pontuais 
Difusão 
Ilustração de fases e solubilidade: 
(a) As três formas da água: sólida, 
líquida e gasosa; 
(b) água e álcool têm solubilidade 
ilimitada; 
(c) Sal e água possuem 
solubilidade limitada; 
(d) Água e óleo não possuem 
solubilidade. 
Solubilidade 
Discordância Aresta 
Envolve um SEMI plano extra de átomos 
•O vetor de Burger é perpendicular à direção da linha da 
discordância 
• Envolve zonas de tração e compressão 
Discordância em linha 
Discordância em cunha 
O cristal perfeito em (a) é cortado e um meio plano atômico extra 
é inserido (b). A extremidade da parte inferior do plano extra é 
uma discordância em cunha (c). O vetor de Burgers b é 
necessário para fechar um circuito de igual espaçamento atômico 
ao redor da discordância. 
Discordância Hélice 
Produz distorção na rede devido a tensão de cisalhamento; 
O vetor de burger é paralelo à direção da linha de 
discordância. 
Discordância mista 
Diretamente → microscopia eletrônica 
de transmissão (MET) 
• Indiretamente → microscopia 
eletrônica de varredura (MEV) e 
microscopia óptica (após 
ataque químico seletivo) 
DISCORDÂNCIAS NO TEM 
Como se observa as discordância? 
Defeitos interfaciais 
 
Envolvem fronteiras (defeitos em duas dimensões) e normalmente 
separam regiões dos materiais de diferentes estruturas cristalinas ou 
orientações cristalográficas; 
 
 Essas imperfeições incluem: 
 
• Superfície externa 
•Contorno de grão 
• Fronteiras entre fases 
• Maclas ou Twins 
• Defeitos de empilhamento 
Contornos de Grão 
Corresponde à região 
que separa dois ou 
mais cristais de 
orientação diferente; 
• No interior de cada 
grão 
todos os átomos 
estão 
arranjados segundo 
um 
único modelo e única 
orientação, 
caracterizada 
pela célula unitária 
Os átomos próximos aos contornos (a) não 
possuem uma distância de equilíbrio ou arranjo 
definido. Grãos e contornos de grão em uma 
amostra de aço inoxidável ferrítico (b). 
Contornos de macla (“twin”) 
Aplicação de tensão em um cristal perfeito (a) 
pode causar um deslocamento dos 
átomos, (b) resultando na formação de uma 
macla. 
As maclas resultam de 
deslocamentos 
atômicos que são produzidos a 
partir de: 
􀂉 Forças mecânicas de cisalhamento 
􀂉 Tratamentos térmicos de 
recozimento realizado 
após deformação 
Defeitos volumétricos 
São introduzidas no processamento do material e/ou 
na fabricação do componente São eles: 
 
Inclusões - Impurezas estranhas; 
Precipitado - são aglomerados de partículas cuja composição difere da 
matriz; 
 Fases - forma-se devido à presença de impurezas ou elementos de 
liga (ocorre quando o limite de solubilidade é ultrapassado); 
 
Porosidade - origina-se devido a presença ou formação de 
gases;. 
Defeitos volumétricos 
INCLUSÕES DE ÓXIDO DE COBRE (Cu2O) EM 
COBRE DE ALTA PUREZA (99,26%) 
LAMINADO A FRIO E RECOZIDO A 800o C. 
Inclusões 
Porosidade 
COMPACTADO DE PÓ DE 
FERRO,COMPACTAÇÃO 
UNIAXIAL EM MATRIZ DE 
DUPLO EFEITO, A 550 MPa 
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).