11. Imperfeições em Sólidos e Microscopia

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Imperfeições em Sólidos e 
Microscopia
Defeitos Planares
• Envolvem fronteiras (defeitos bidimensionais) e normalmente
separam regiões dos materiais de diferentes estruturas cristalinas ou
orientações cristalográficas;
• Essas imperfeições incluem:
Superfícies externas
Contornos de grão/Maclas
Defeitos de empilhamento
Defeitos Planares –
Superfícies externas
• Nas superfícies os átomos não estão completamente ligados;
• O estado energia dos átomos nas superfícies é maior que no interior
do cristal;
• A energia superficial é expressa em erg/cm2 ou J/m2;
• Materiais tendem a minimizar esta energia (menor área superficial);
• Ex: Na fase liquida assumem uma forma que possui uma área mínima
— as gotículas se tornam esféricas.
• Obviamente, isso não é possível com os sólidos, que são
mecanicamente rígidos.
Defeitos Planares –
Contornos de grão
• Um material policristalino é formado por muitos cristais com
orientações diferentes;
• A fronteira entre dois cristais é uma parede, que corresponde a um
defeito bidimensional;
• 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 não possuem uma distância de
equilíbrio ou arranjo definido;
Defeitos Planares –
Contornos de grão
Defeitos Planares –
Contornos de grão
• A forma do grão é controlada pela:
- Presença dos grãos circunvizinhos
• O tamanho de grão é controlado pela:
- Composição
- Taxa de cristalização ou solidificação
Defeitos Planares –
Contornos de grão
• Há um empacotamento menos eficiente;
• Há uma energia mais elevada;
• Favorece nucleação de novas fases;
• Favorecer difusão;
• Funciona como barreira para movimentação das discordâncias;
Defeitos Planares –
Contornos de grão
• São possíveis vários graus de desalinhamento cristalográfico entre
grãos adjacentes:
Contorno de subgrão (baixo ângulo) – Um arranjo de discordâncias
causando uma pequena diferença de orientação (ângulos diferentes
entre 10° e 15°) no cristal;
Contorno de grão (alto ângulo) – Um arranjo de grãos com planos
atômicos de orientações incoerentes (ângulos diferentes acima de
15°) ao longo da superfície do defeito;
Defeitos Planares –
Contornos de grão
Defeitos Planares –
Contornos de grão
Defeitos Planares - Macla
• Tipo especial de contorno de grão;
• Simetria específica em espelho da rede cristalina;
Defeitos Planares - Macla
• Maclas são produzidas a partir de forças mecânicas de cisalhamento e
durante tratamentos térmicos de recozimento realizados após
deformação, resultando em um deslocamento atômico;
• Pode ocorrer durante a solidificação, deformação plástica,
recristalização ou crescimento de grão;
• Maclas podem ser:
• Maclas de recozimento -> CFC
• Maclas de deformação -> CCC e HC
Defeitos Planares –
Falha de Empilhamento
• Ocorrem geralmente em metais CFC;
• Erro na sequencia de empilhamento dos planos supercompactos da
família {111};
• Empilhamento em condições normais ABCABCABC (CRISTAL
PERFEITO);
• Empilhamento em condições reais ABCABABCABC (falha de
empilhamento no CRISTAL REAL);
Defeitos Planares – Diversos
• Contorno de Múltiplas Fases:
• Materiais de múltiplas fases, através dos quais há uma mudança
repentina nas características físicas e/ou químicas;
• Parede de domínio magnético:
• O contorno que separa as regiões que possuem diferentes direções
de magnetização nos materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos, o
contorno que separa as regiões com diferentes direções de
magnetização é conhecido como uma parede de domínio
Defeitos Volumétricos
• São introduzidos no processamento do material e/ou na fabricação
do componente. São eles:
Trincas
Poros -> Origina-se devido a presença ou formação de gases
2ª Fase -> Forma-se devido à presença de impurezas ou elementos de
liga (ocorre quando o limite de solubilidade é ultrapassado)
Defeitos Volumétricos – 2ª fase
Defeitos Volumétricos – 2ª fase
Defeitos Volumétricos – 2ª fase
Defeitos Volumétricos – 2ª fase
Microscopia
• Tanto os microscópios óticos como os microscópios eletrônicos são
usados com frequência na análise de materiais;
• Estes instrumentos auxiliam nas investigações das características
microestruturais de todos os tipos de materiais;
• A maioria dessas técnicas emprega equipamentos fotográficos em
conjunto com o microscópio;
• A fotografia na qual a imagem é registrada é chamada de
fotomicrografia;
Microscopia Ótica
• O microscópio ótico é utilizado para estudar a microestrutura;
• Sistemas óticos e de iluminação são os seus elementos básicos;
• Ampliações de até 2000x;
• Para materiais opacos à luz visível apenas a superfície do material
está sujeita a observação, o microscópio deve ser usado em modo de
reflexão;
• Os contrastes na imagem resultam das diferenças na refletividade das
várias regiões da microestrutura;
Microscopia Ótica
• Preparos de superfície cuidadosos e meticulosos são necessários;
• A superfície da amostra deve ser lixada e polida, até atingir um
acabamento liso e espelhado;
• A microestrutura é revelada pela aplicação de um tratamento de
superfície com um reagente químico apropriado, este procedimento é
conhecido por ataque químico;
• A reatividade química dos grãos de alguns materiais monofásicos
depende da orientação cristalográfica;
Microscopia Ótica
• Os átomos ao longo dos contornos de grãos são quimicamente mais
reativos;
• Esses sulcos se tornam identificáveis quando vistos sob um
microscópio, pois refletem a luz em ângulos diferentes daqueles
apresentados pelos grãos propriamente ditos;
• Quando a microestrutura de uma liga com duas fases é examinada,
seleciona-se um agente químico que seja capaz de produzir uma
textura diferente para cada fase, de modo que as diferentes fases
possam ser distinguidas umas das outras;
Microscopia Ótica
• Um lingote de Pb policristalino de elevada pureza
Microscopia Eletrônica
• O microscópio eletrônico é capaz de ampliações muito maiores;
• Uma imagem da estrutura sob investigação é formada utilizando- se
feixes de elétrons em lugar de radiação luminosa;
• As grandes ampliações e poderes de resolução desses microscópios
são consequência dos curtos comprimentos de onda dos feixes de
elétrons;
• O feixe de elétrons é focado e a imagem é formada através de lentes
magnéticas;
Microscopia Eletrônica de Varredura
• A superfície da amostra é rastreada com um feixe de elétrons;
• A imagem formada representa as características da superfície da
amostra;
• A superfície pode ou não estar polida e ter sido submetida ou não a
ataque químico, porém ela deve necessariamente ser condutora de
eletricidade;
• Um revestimento metálico deve ser aplicado sobre a superfície de
materiais não-condutores;
Microscopia Eletrônica de Varredura
• Ampliações de até 300.000x, da mesma forma que também são
possíveis profundidades de campo muito grandes;
• Permite as análises qualitativa e semi-quantitativa da composição
elementar;
• O exame da microestrutura também pode ser usado para determinar
o tipo de uma fratura mecânica, para prever as propriedades
mecânicas de ligas, para verificar se uma liga foi submetida a um
tratamento térmico da maneira adequada, e etc...
Microscopia Eletrônica de Varredura
• Elétrons secundários -> Elétrons do feixe interagem com os elétrons de
baixa energia de maneira inelástica. O feixe detectado vem dos elétrons de
baixa energia das proximidades da superfície da amostra;
• Possibilitam a visualização da TOPOGRAFIA DA AMOSTRA, com elevada
profundidade de foco;
•Elétrons retroespalhados -> Espalhamento elástico de elétrons com
trajetória desviada em relação à direção do feixe incidente;
• Dependência com o número atômico e a energia dos elétrons;
• Permitem a visualização da superfície em função da composição da
amostra observada, através do contraste de cor em função do número
atômico Z;
Microscopia Eletrônica de Varredura
Microscopia Eletrônica de Varredura
Microscopia Eletrônica de Varredura
Microscopia Eletrônica 
de Transmissão
• A imagem vista com um microscópio eletrônico de transmissão (MET)
é formada pelo feixe de elétrons passando através da amostra;
• Ampliações de até 3.000.000x;
• As características da microestrutura interna tornam-se acessíveis à
observação;
• Os contrastes na imagem são produzidos pelas diferenças na
dispersão ou difração do feixe entre a microestrutura ou defeitos;
Microscopia Eletrônica 
de Transmissão
• Uma amostra sólida deve ser preparada na forma de uma película
muito fina, de modo a assegurar a transmissão de pelo menos uma
fração apreciável do feixe através da amostra;
• O feixe transmitido é projetado sobre uma tela fluorescente ou sobre
um filme fotográfico, de modo que a imagem possa ser vista;
• Usada com frequência no estudo de discordâncias;
Microscopia Eletrônica 
de Transmissão