Difusão em sólidos

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Fundamentos dos materiais de construção
6 – Difusão em sólidos
Universidade Federal de Santa Maria – UFSM
Departamento de Engenharia de Produção e Sistemas
Curso de Engenharia de Produção
Prof. Cristiano J. Scheuer
ONDE ESTAMOS?
 Introdução à ciência dos materiais.
• 1ª Avaliação:
 Estrutura e ligações atômicas.
 Estrutura dos sólidos cristalinos.
 Imperfeições nos sólidos cristalinos.
 Solidificação dos metais e ligas.
 Difusão em sólidos.
 Propriedades mecânicas dos materiais.
 Discordância e mecanismos de aumento de resistência.
ROTEIRO DA AULA
• Introdução.
• Mecanismos de difusão.
• Difusão em regime permanente.
• Difusão em regime transitório.
• Fatores que influenciam na difusão.
OBJETIVOS DA AULA 6
• Entender o conceito de difusão.
• Identificar os mecanismos de difusão.
• Identificar os mecanismos de difusão.
INTRODUÇÃO
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 39. 
 Fenômeno de transporte de material através do movimento de átomos.
• O que é difusão?
 Necessidade de tratamento térmico/termoquímico (melhorar propriedade).
 Controlar a difusão (matemática da difusão e suas constantes).
INTRODUÇÃO
• Tungstênio (sinterização):
• Filtros metálicos (sinterização):
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 39. 
INTRODUÇÃO
• Par de difusão:
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 39. 
INTRODUÇÃO
• Par de difusão:
http://moodle.stoa.usp.br/mod/resource/view.php?id=30051
INTRODUÇÃO
• Conceitos auxiliares:
 Interdifusão ou difusão de impurezas:
 Autodifusão:
MECANISMOS DE DIFUSÃO
• Ponto de vista atômico: movimento de átomos de uma posição à outra.
 Sítio adjacente vazio.
• Átomos estão em movimento constante.
• Condições.
 Energia suficiente.
• Energia vibracional: depende da T.
• Mecanismos principais.
 Por lacuna (autodifusão ou impureza).
 Intersticial (mais rápida).
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 39. 
DIFUSÃO EM ESTADO 
ESTACIONÁRIO
• Difusão é um processo dependente do tempo.
• Taxa de transporte de massa (fluxo difusional)  constante.
• Ex: Gás através de uma placa (purificação do H - Pd).
• Difusão em estado estacionário.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 39. 
DIFUSÃO EM ESTADO 
ESTACIONÁRIO
• Força motriz  gradiente de concentração (potencial químico).
• Primeira lei de Fick (considera o continuo).
J = fluxo de massa [kg/(m2s) ou átomos/(m2s)].
D = coeficiente de difusão [m2/s]
C = concentração [kg/m3 ou átomos/m3].
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 39. 
DIFUSÃO EM REGIME 
TRANSIENTE
• Maioria dos casos práticos.
• Acúmulo de massa.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 39. 
OUTROS CAMINHOS DE 
DIFUSÃO
• Outros fatores.
 Discordâncias.
 Contornos de grão.
 Superfície.
• Normalmente insignificante pela área reduzida.
Percurso de difusão de 
“curto circuito”
ESTUDO DE CASO
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 39. 
• Conexão de Al em circuitos integrados.
O QUE É IMPORTANTE 
LEMBRAR?
• Mecanismos de difusão.
• Primeira lei de Fick.
• Segunda lei de Fick.
• Fatores que influenciam a difusão.
REFERÊNCIAS 
• CALISTER, W.D.; RETHWISCH, D.G. Ciência
e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª
ed. São Paulo: Editora LTC, 2012.
► Capítulo 5 – Difusão.
→ Páginas: 105 – 121.