PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS - UNIDADE 2
67 pág.

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS - UNIDADE 2


DisciplinaFundamentos de Ciências dos Materiais2.979 materiais49.770 seguidores
Pré-visualização3 páginas
do que as dos metais.
\uf07d Estrutura da Cloreto de Césio
\uf07d NC \u2013 8
\uf07d Os ânions estão localizados em 
cada vértices de um cubo, enquanto
o centro do cubo contém um único 
cátion
\uf07d O estado cristalino pode existir em polímeros. Uma vez
que a unidade básica e uma molécula e não átomos ou
íons, torna-se muito complexo a representação de
cristalinidade, a partir dos conceitos utilizados ate
agora.
\uf07d Para os polímeros, cristalinidade esta relacionada a
compactação das cadeias de moléculas, de forma a
produzir um arranjo ordenado de átomos.
\uf07d As estruturas cristalinas podem ser especificadas em
termos de célula unitária, o que é frequentemente
complexo.
\uf07d Os polímeros podem apresentar desde 95% de cristalinidade
até estrutura completamente amorfa, ao contrário dos metais
que são totalmente cristalinos e das cerâmicas que ou são
cristalinas ou são amorfas. Os polímeros semicristalinos são
análogos a metais com duas fases.
\uf07d Polímeros cristalinos são mais densos que os amorfos do
mesmo material e mesmo peso molecular. O grau de
cristalinidade pode ser estimado por medidas de densidade.
\uf07d A cristalinidade depende do resfriamento a partir da fusão.
Quanto mais complexas as estruturas dos monômeros
(unidade básica de repetição dos polímeros) , mais difícil e a
formação da cristalinidade \u2013 alinhamento das moléculas (o
oposto e válido).
\uf07d Polietileno \u2013 estrutura cadeias dobradas
ortorrômbica
\uf07d Alguns metais e não-metais podem ter mais
de uma estrutura cristalina dependendo da
temperatura e pressão. Esse fenômeno e
conhecido como polimorfismo.
\uf07d Geralmente as transformações polimórficas
são acompanhadas de mudanças na
densidade e mudanças de outras
propriedades físicas.
\uf07d Ferro
\uf07d Titânio
\uf07d Carbono (grafite e diamante)
\uf07d SiC (chega ter 20 modificações cristalinas)
37
Polimorfismo do Ferro
\uf07d Na temperatura ambiente, o Ferro tem
estrutura CCC, numero de coordenação 8,
fator de empacotamento de 0,68 e um raio
atômico de 1,241A.
\uf07d A 910°C, o Ferro passa para estrutura CFC,
numero de coordenação 12, fator de
empacotamento de 0,74 e um raio atômico
de 1,292A.
\uf07d A 1394°C o ferro passa novamente para CCC.
Diamante Fulereno Grafite
\uf07d Monocristalinos: constituídos por um único cristal em toda a
extensão do material, sem interrupções.
\uf07d Todas as células unitárias se ligam da mesma maneira e
possuem a mesma direção.
\uf07d Monocristal de silício
\uf07d Policristalinos: constituído de vários cristais ou grãos, cada
um deles com diferentes orientações espaciais.
\uf07d Os contornos de grão são regiões separando cristais de
diferentes orientações em um material policristalino.
\uf07d Material policristalino
\uf07d Átomos podem montar em estruturas cristalinas ou
amorfas
\uf07d Podemos prever a densidade de um material, desde
que saibamos o peso atômico, raio atômico e
geometria de cristal (CS, CCC, CFC, HC).
\uf07d As propriedades do material monocristalino, em
geral, variam com a orientação do cristal único (isto
é, eles são anisotrópicos). Porem, em material
policristalino, com grãos orientados de forma
aleatória, as propriedades são geralmente não-
direcional (são isotrópicas).
É uma imperfeição ou um "erro" no arranjo
periódico regular dos átomos em um cristal.
Podem envolver uma irregularidade:
\uf07d na posição dos átomos
\uf07d no tipo de átomos
\uf07d O tipo e o número de defeitos dependem do
material, do meio ambiente, e das
circunstâncias sob as quais o cristal é
processado.
\uf07d Apenas uma pequena fração dos sítios atômicos
são imperfeitos
\uf07d Menos de 1 em 1 milhão
\uf07d Menos sendo poucos eles influenciam muito nas
propriedades dos materiais e nem sempre de
forma negativa
\uf07d O processo de dopagem em semicondutores visa
criar imperfeições para mudar o tipo de
condutividade em determinadas regiões do
material.
\uf07d A deformação mecânica dos materiais promove a
formação de imperfeições que geram um
aumento na resistência mecânica (processo
conhecido como encruamento).
\uf07d Wiskers de ferro (sem imperfeições do tipo
discordâncias) apresentam resistência maior que
70GPa, enquanto o ferro comum rompe-se a
aproximadamente 270MPa.
\uf07d Defeitos Pontuais \u2192 associados c/ 1 ou 2 
posições atômicas
\uf07d Defeitos lineares \u2192 uma dimensão
\uf07d Defeitos planos ou interfaciais \u2192 (fronteiras) 
duas dimensões
\uf07d Defeitos volumétricos \u2192 três dimensões
\uf07d O número de vacâncias aumenta
exponencialmente com a temperatura
Nv= N exp (-Qv/KT)
\uf07d Nv= número de vacâncias
\uf07d N= número total de sítios atômicos
\uf07d Qv= energia requerida para formação de
vacâncias
\uf07d K= constante de Boltzman = 1,38x1023 J/at.K ou
8,62x10-5 eV/ at.K
\uf07d Um metal considerado puro sempre tem impurezas 
(átomos estranhos) presentes
\uf07d 99,9999 % = 1022 - 1023 impurezas por cm3
\uf07d A presença de impurezas promove a formação de 
defeitos pontuais
As impurezas (chamadas elementos de liga) são
adicionadas intencionalmente com a finalidade:
\uf07d aumentar a resistência mecânica
\uf07d aumentar a resistência à corrosão
\uf07d aumentar a condutividade elétrica
\uf07d etc.
Soluto e Solvente
\uf07d Para as ligas metálicas, os termos soluto e
solvente são usados. O primeiro representa o
elemento em menor teor e o segundo diz
respeito a o elemento majoritário.
Soluções Sólidas
\uf07d Uma solução sólida é formada quando os átomos
são adicionados ao material formado pelo
elemento majoritário, a estrutura cristalina é
mantida e não são formadas novas estruturas
\uf07d Os átomos de impurezas ou os elementos de liga
ocupam os espaços dos interstícios.
\uf07d Ocorre quando a impureza apresenta raio
atômico bem menor que o hospedeiro.
\uf07d Como os materiais metálicos tem geralmente
fator de empacotamento alto as posições
intersticiais são relativamente pequenas.
\uf07d Geralmente, no máximo 10% de impurezas são
incorporadas nos interstícios.
\uf07d Fe + C \u2192 solubilidade máxima do C no Fe é
2,1% a 910 C (Fe CFC).
\uf07d O C tem raio atômico bastante pequeno se
comparado com o Fe.
\uf07d rC= 0,071 nm= 0,71 A
\uf07d rFe= 0,124 nm= 1,24 A
Regra de Home-Rothery
\uf07d Raio atômico \u2192 deve ter uma diferença de no
máximo 15%, caso contrário pode promover
distorções na rede e assim formação de nova fase
\uf07d Estrutura cristalina \u2192 mesma
\uf07d Eletronegatividade \u2192 próximas
\uf07d Valência \u2192 mesma ou maior que a do hospedeiro
\uf07d As discordâncias estão associadas com a
cristalização e a deformação (origem: térmica,
mecânica e supersaturação de defeitos pontuais)
\uf07d A presença deste defeito é a responsável pela
deformação, falha e ruptura dos materiais
Vetor de Burger
\uf07d Dá a magnitude e a direção de distorção da rede
\uf07d Corresponde à distância de deslocamento dos
átomos ao redor da discordância
\uf07d Envolvem fronteiras (defeitos em duas
dimensões) e normalmente separam regiões
dos materiais de diferentes estruturas
cristalinas ou orientações cristalográficas.
\uf07d Superfície externa
\uf07d Contorno de grão
\uf07d Fronteiras entre fases
\uf07d Maclas ou Twins
\uf07d Defeitos de empilhamento
\uf07d Na superfície os átomos não estão
completamente ligados.
\uf07d Então o estado energia dos átomos na
superfície é maior que no interior do cristal.
\uf07d Os materiais tendem a minimizar esta
energia.
\uf07d A energia superficial é expressa em erg/cm2
ou J/m2
\uf07d Corresponde à região que separa dois ou mais cristais
de orientação diferente
um cristal = um grão
\uf07d No interior de cada grão todos os átomos estão
arranjados segundo um único modelo e única
orientação, caracterizada pela célula unitária.
\uf07d Há um empacotamento ATÔMICO menos eficiente.
\uf07d Há uma energia mais elevada.
\uf07d Favorece a nucleação de novas fases (segregação)
\uf07d Favorece a difusão.
\uf07d A forma do grão é controlada pela presença dos grãos
circunvizinhos.
\uf07d O tamanho de grão é controlado pala composição e pela
taxa de cristalização ou solidificação.