05- Imperfeições em sólidos

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Imperfeições em Sólidos 
Cristalinos 
Imperfeições em Cristais 
 Defeito cristalino é uma imperfeição ou um 
"erro" no arranjo periódico regular dos átomos 
em um cristal. 
 A quantidade e o tipo de defeito está 
diretamente associado ao processo de formação 
do cristal. 
 
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Imperfeições em Cristais 
 As imperfeições nas redes cristalinas são classificadas de 
acordo com a sua geometria e a dimensionalidade 
do defeito. 
 
 Pontuais - irregularidades que se estendem sobre 
somente alguns átomos, associados à posições atômicas. 
 Lineares – irregularidade unidimensional em torno do 
qual alguns átomos estão desalinhados. 
 Interfaciais – irregularidade bidimensional que separam 
regiões do material com estruturas/orientações 
diferentes. 
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Defeitos Pontuais 
1. LACUNAS 
 Sítio vago da rede cristalina 
 Podem surgir durante a solidificação ou 
pelo rearranjo dos átomos do cristal. 
 N aumenta em função da temperatura 
 
 Nº de lacunas em equilíbrio 
 
 
 
 Obs: Fração de sítios vazios Nv/N 
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Lacuna 
N – nº total de sítios atômicos 
Qv – energia necessária para a 
formação de uma lacuna 
T – temperatura 
K – Constante de Boltzman 
Defeitos Pontuais 
 Calcule o número de lacunas em equilíbrio por m3 de cobre a uma 
temperatura de 1000ºC. A energia necessária para a formação de uma 
lacuna é 0,9 ev/átomo; o peso atômico (A)e a densidade (ρ) (a 1000ºC) 
para o cobre são 63,5 g/mole 8,4 g/cm3, respectivamente. NA = nº de 
avogrado. 
 
 Números de sítios atômico 
 
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Defeitos Pontuais 
 Número de lacunas em equilíbrio 
 
 
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Defeitos Pontuais 
2. Defeitos Intersticiais 
 
 Auto-interstício: é um átomo que 
ocupa um interstício da estrutura 
cristalina, causando uma grande 
distorção do reticulado cristalino a sua 
volta. 
 
 
 
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Defeitos Pontuais 
 Impurezas em sólidos 
 
 Solução sólida = Solvente (átomos 
hospedeiros) + Soluto (impurezas) 
 
 Substitucional: átomos de 
impurezas ocupam ou substituem 
o lugar dos átomos hospedeiros. 
 Intersticial: átomos de impureza 
preenchem espaços vazios ou 
interstícios entre os átomos 
hospedeiros. 
 
 
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Obs: Elevado FEA resulta 
em posições intersticiais 
pequenas. 
Defeitos Pontuais 
 A presença de solutos altera o 
comportamento mecânico dos 
metais: 
 diferença entre tamanhos atômicos 
leva ao aumento da resistência 
mecânica 
 aumento da quantidade de soluto 
leva ao aumento da resistência 
mecânica 
 Exemplos: 
 liga Cu-Zn: aumento pequeno – 
tamanhos atômicos próximos 
 liga Cu-Be: aumento elevado - 
tamanhos atômicos diferentes 
 
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Defeitos Pontuais 
 Regra de Hume-Rothery 
Determinação da dissolução do solvente no soluto. 
1. Fator do tamanho atômico: diferenças dos raios 
aômicos ±15% 
2. Estrutura Cristalina iguais 
3. Eletronegatividade próximas 
4. Valências - tendência de dissolver um metal de maior 
valência do que um de menor valência. 
 
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 Especificação da Composição de uma liga 
 
 Porcentagem em peso (%p) 
 
 
 
 Porcentagem atômica (%a) 
 
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 Especificação da Composição de uma liga 
 
 Porcentagem atômica (%a) 
 
 
 
 
 Densidade de uma liga 
 
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nm1 – nºde mols 
m - massa (gramas) 
A – peso atômico 
C – porcentagem atômica 
ρ – densidade (g/cm3) 
C – concentração (%) 
Defeitos Pontuais 
 Nos cristais iônicos, os defeitos pontuais são mais 
complexos, devido à necessidade de manter a 
neutralidade elétrica. 
 Defeito Frenkel → Lacuna de cátion + Cátion intersticial 
 Presença de par de íons no interior do interstício 
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 Defeito de Schottky → 
Lacuna de ânion + Lacuna de 
ânion 
 Ausência de par de íon 
 
Defeitos Lineares 
 Discordância 
 Distorção da rede centrada em torno de uma linha 
 Originadas durante a solidificação dos sólidos cristalinos 
ou por deformação plástica, ou permanente. 
 
 Discordância cunha (aresta): porção 
extra de plano de átomos (semiplano) 
cuja aresta termina no interior do cristal 
 Defeito centralizado na linha de 
discordância 
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Defeitos Lineares 
 Discordância espiral – formada por uma tensão de 
cisalhamento aplicada, a qual desloca a região superior 
do cristal em uma distância atômica em relação a 
região inferior. 
 Vetor de Burgers – a distância de deslocamento dos 
átomos ao redor da discordância. 
 
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Deformação Plástica 
 Nos materiais cristalinos o principal mecanismo de 
deformação plástica consiste no escorregamento de 
planos atômicos através da movimentação de 
discordâncias. 
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Deformação Plástica 
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 Formação de um degrau na superfície de um metal pela 
movimentação de (a) uma discordância em cunha e (b) uma 
discordância em hélice. 
O movimento das discordâncias pode parar na superfície 
do material, no contorno de grão, num precipitado ou outro 
defeito 
Defeitos Interfaciais 
 Contornos que separam as regiões dos materiais com 
diferentes estruturas cristalinas e/ou diferentes 
orientações cristalográficas. 
 
 
 
 
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1. Contornos de Grãos 
 Interface que separa dois 
grãos adjacentes com 
orientações cristalográficas 
diferentes. 
 
 
 
 
Defeitos Interfaciais 
 Existem alguns 
desencontros atômicos na 
transição da orientação 
dos contornos. 
 Contorno de grão de 
baixo ângulo: resultante 
do desalinhamento da 
discordância aresta. 
 Contorno de grão de alto 
ângulo, maior que 15º. 
 
 
 
 
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Defeitos Interfaciais 
 Efeito do contorno de grão na 
resistência dos materiais. 
 Quando uma discordância encontra 
um contorno ela tem que mudar de 
direção. Quanto menores os 
tamanhos dos grãos mais contornos 
estarão no caminho das 
discordâncias, os quais possuem 
energia interfacial maior, 
necessitando de mais força de 
cisalhamento sobre os planos para 
realizar a deformação plástica. 
 
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Defeitos Interfaciais 
 Tamanho do grão ASTM 
 
 
 
N = 2n-1 
 
 
 
 
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n, Tamanho 
de Grão 
N, 
Grãos/Pol2 
1 1 
2 2 
3 4 
4 8 
5 16 
6 32 
7 64 
8 128 
9 256 
10 512 
Defeitos Interfaciais 
2. Contornos de Macla 
 Tipo especial de contorno de grão através do qual existe 
uma simetria em espelho da rede cristalina. 
 Podem surgir de tensões térmicas ou mecânicas. 
 
 
 
 
 
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Plano de Maclação 
Maclas 
Defeitos Volumétricos 
 Normalmente introduzidos durante as etapas de 
processamento e fabricação. 
 
 Fases: origina-se pela presença de impurezas (quando 
o limite de solubilidade é ultrapassado) 
 Poros: origina-se da presença de gases durante o 
processamento 
 Inclusões: presença de impurezas estranhas 
 Trincas 
 
 
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Defeitos Volumétricos 
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Grão de Perlita