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CMA Aula 03 sem microscopia (1)

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Ciência dos Materiais
Profª: Pricyla Corrêa
FACULDADE MERIDIONAL / IMED
 ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 
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Imperfeições em Sólidos
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Imperfeições em Sólidos
As propriedades de alguns materiais são profundamente influenciadas pela presença de imperfeições.
Por exemplo, a prata de lei (92,5% prata, 7,5% cobre) é muito mais dura e resistente do que a prata pura.
Dispositivos microeletrônicos de circuitos integrados funcionam devido a concentrações rigorosamente controladas de impurezas específicas que são incorporadas em regiões pequenas e localizadas de materiais semicondutores.
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Defeitos Pontuais – 
Lacunas e Auto-Intersticiais
A lacuna é um sítio vago da rede cristalina. Um sítio que normalmente deveria estar ocupado, está com um átomo faltando.
Todos os sólidos cristalinos contêm lacunas.
O número de lacunas para uma dada quantidade de material, aumenta exponencialmente com a temperatura.
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Defeitos Pontuais – 
Lacunas e Auto-Intersticiais
Um auto-intersticial é um átomo do cristal que se encontra comprimido no interior de um sítio intersticial, um pequeno espaço vazio que sob condições normais não é ocupado.
Em metais um auto-intersticial introduz distorções relativamente grandes na rede cristalina circunvizinha, pois o átomo é substancialmente maior do que a posição intersticial na qual ele está situado.
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Defeitos Pontuais – Lacunas e Auto-Intersticiais
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Impurezas em Sólidos
Um metal puro que consista em apenas um tipo de átomo é simplesmente impossível.
Ordinariamente, a formação de ligas é utilizada em metais para aumentar a sua resistência mecânica e sua resistência à corrosão.
Como no exemplo, a prata pura, em condições de ambiente normais, é altamente resistente à corrosão, mas também é muito macia. A formação de uma liga com o cobre aumenta significativamente a resistência mecânica, sem diminuir em quantidade apreciável a resistência à corrosão.
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Impurezas em Sólidos
A adição de átomos de impurezas à um metal irá resultar na formação de uma solução sólida e/ou uma nova segunda fase, dependendo dos tipos de impurezas, de suas concentrações e da temperatura da liga.
Em uma solução sólida o solvente representa o elemento ou composto que está presente em maior quantidade; os átomos de solvente são também chamados de átomos hospedeiros.
O soluto é usado para indicar um elemento ou composto que está presente em menor concentração.
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Impurezas em Sólidos
Soluções Sólidas
Uma solução sólida se forma quando, à medida que os átomos do soluto são adicionados ao material hospedeiro, a estrutura cristalina é mantida, e nenhuma nova estrutura é formada.
Uma solução sólida é homogênea em termos de composição: os átomos de impurezas estão distribuídos aleatoriamente e uniformemente no interior do sólido.
Defeitos pontuais devidos à presença de impurezas são encontrados em soluções sólidas e eles podem ser substitucional e intersticial. 
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Impurezas em Sólidos Soluções Sólidas
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Impurezas em Sólidos
Soluções Sólidas
Existem várias características dos átomos do soluto e do solvente que determinam o grau segundo o qual o primeiro se dissolve o segundo: Fator do tamanho atômico, estrutura cristalina, eletronegatividade e valências.
O cobre e o níquel formam um exemplo de solução sólida substitucional. Esses dois elementos são completamente solúveis um no outro, em qualquer proporção.
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Impurezas em Sólidos
Soluções Sólidas
Para as soluções sólidas intersticiais o diâmetro atômico da impureza intersticial deve ser substancialmente menor do que o diâmetro dos átomos hospedeiros.
Mesmo os átomos de impurezas muito pequenos são geralmente maiores do que os sítios intersticiais, e como consequência eles introduzem alguma deformação na rede cristalina sobre os átomos hospedeiros adjacentes
O Carbono forma uma solução sólida intersticial quando é adicionado ao ferro; a concentração máxima de C é de aproximadamente 2%.
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Imperfeições Diversas
Discordâncias - Defeitos Lineares
Uma discordância é um defeito linear ou unidimensional em torno do qual os átomos estão desalinhados. 
Discordância aresta.
Os átomos acima da linha de discordância são pressionados uns contra os outros e os abaixo, são tencionados. 
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Imperfeições Diversas
Discordâncias - Defeitos Lineares
Uma discordância espiral é formado por uma tensão cisalhante aplicada ao cristal, distorcendo-o. 
A região anterior superior do cristal é deslocada uma distância atômica para a direita, em relação à fração inferior. 
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Imperfeições Diversas
Discordâncias - Defeitos Lineares
A maioria das discordâncias encontradas em materiais cristalinos não é nenhuma discordância puramente aresta nem uma discordância puramente espiral, porém exibe componentes que são característicos de ambos os tipos. 
Discordância mista. 
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Imperfeições Diversas
Discordâncias - Defeitos Lineares
Todos os materiais cristalinos contêm algumas discordâncias que foram introduzidas durante a solidificação, durante a deformação plástica e como uma consequência das tensões térmicas que resultam de um resfriamento rápido.
Liga de titânio. As linhas escuras representam discordâncias. 
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Imperfeições Diversas
Defeitos Interfaciais
Os defeitos interfaciais são contornos que possuem duas dimensões e normalmente separam as regiões dos materiais que possuem diferentes estruturas cristalinas e/ou orientações cristalográficas.
Superfícies externas;
Contornos de grão;
Falhas de empilhamento;
Contornos de fases.
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Imperfeições Diversas
Defeitos Interfaciais
Superfícies externas: 
Um dos contornos mais óbvios é a superfície externa, ao longo da qual termina a estrutura do cristal. Os átomos da superfície não estão ligados ao número máximo de vizinhos mais próximos, e estão, portanto, em um estado de maior energia do que os átomos nas posições interiores.
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Imperfeições Diversas
Defeitos Interfaciais
Contornos de grãos: 
É o contorno que separa dois pequenos grãos ou cristais que possuem diferentes orientações cristalográficas em materiais policristalinos.
Dentro da região do contorno, que possui a largura equivalente à distância de alguns poucos átomos, existem alguns desencontros atômicos na transição da orientação cristalina de um grão para aquela de outro grão adjacente.
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Imperfeições Diversas
Defeitos Interfaciais
Os átomos estão ligados de maneira menos regular ao longo de um contorno de grão.
Os contornos de grão são quimicamente mais reativos do que os grãos propriamente ditos.
Átomos de impurezas normalmente segregam nos contornos de grãos.
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Imperfeições Diversas
Defeitos Volumétricos ou de Massa
Existem outros tipos de defeitos presentes em todos os materiais sólidos que são muito maiores do que todos os vistos até agora. São estes poros, trincas, e outras fases. São normalmente introduzidos durante as etapas de processamento e fabricação.
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