Defeitos em Sólidos

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Defeitos em Sólidos
Disciplina: Ciência dos Materiais 
Professora: Maria Elane
Introdução
• As propriedades de alguns materiais são
influenciados pela presença de imperfeições
• Exemplo:
– Propriedades mecânicas de metais puros
experimentam alterações significativas quando
átomos de impurezas são adicionados
– Materiais semicondutores funcionam devido a
concentrações controladas de impurezas
específicas são incorporadas em regiões pequenas
e localizadas
O que é um defeito?
• É uma imperfeição ou um "erro" no arranjo
periódico regular dos átomos em um cristal
• Podem envolver uma irregularidade
– Na posição dos átomos
– No tipo de átomos
O tipo e o número de defeitos dependem do 
material, do meio ambiente, e das circunstâncias 
sob as quais o cristal é processado
Defeitos Estruturais
• Apenas uma pequena fração dos sítios
atômicos são imperfeitos
Menos de 1 em 1 milhão
• Mesmo sendo poucos eles influenciam muito
nas propriedades dos materiais e nem sempre
de forma negativa
Importância dos defeitos
DEFEITOS
Introdução 
seletiva
Controle do 
número
Arranjo
Permite desenhar e criar novos materiais com a 
combinação desejada de propriedades
Exemplo da presença de defeitos 
• A deformação mecânica dos materiais
promove a formação de imperfeições que
geram um aumento na resistência mecânica
(processo conhecido como encruamento)
Tipos de Defeitos
• Defeitos puntiformes: lacunas e átomos
intersticiais
• Defeitos de linha: discordâncias
• Defeitos bidimensionais: contorno do grão e
contornos de macla
• Defeitos tridimensionais (volumétricos):
poros, trincas e inclusões
Defeitos puntiformes: lacunas
• Envolve a falta de um átomo
• São formados durante a
solidificação do cristal ou como
resultado das vibrações atômicas
(os átomos deslocam-se de suas
posições normais)
• Todos os sólidos cristalinos
possuem lacunas
• O número de vazios aumenta
exponencialmente com a
temperatura
Defeitos puntiformes: lacunas
Defeitos puntiformes: lacunas
• As vacâncias podem mudar de posição, caso
haja suficiente agitação térmica entre os
átomos
– Mudança de posição de vacâncias é equivalente à
mudança de posição dos átomos
– Esta é a base do processo de difusão atômica em
redes cristalinas
Defeitos puntiformes: intersticial
• São posições da rede cristalina que regularmente
estão vazias, mas são ocupadas por :
– Átomo extra no interstício
• A introdução de um átomo entre as posições
regulares da rede produz:
– Deslocamento dos átomos regulares para abrir espaço
para o átomo intersticial
– Resulta em tensões na rede
• Cuja intensidade depende do tamanho do átomo intersticial
• Átomos intersticiais também podem se difundir
mudando de posição intersticial
Defeitos puntiformes: intersticial
• Impurezas
– Trata-se da presença na rede de um átomo não
pertencente à rede regular
– Impureza substitucional: As impurezas podem
ocupar posições regulares da rede, ou seja,
substituir um átomo regular
– Impureza intersticial: as impurezas podem ocupar
uma posição intersticial da rede
Defeitos puntiformes: intersticial
Impureza substitucional: Impureza intersticial:
Defeitos puntiformes: intersticial
Impureza substitucional: Impureza intersticial:
Átomo intersticial 
pequeno
Átomo intersticial grande: 
gera maior distorção na rede
Defeitos puntiformes
• Impurezas: ligas metálicas
– Impurezas são adicionadas intencionalmente com
a finalidade:
• Aumentar a resistência mecânica
• Aumentar a resistência à corrosão
• Aumentar a condutividade elétrica
Soluções sólidas
• As ligas são obtidas através da adição de
elementos de liga
– Esses átomos adicionados intencionalmente podem
ficar em solução sólida e/ou fazer parte de uma
segunda fase
• Em uma liga, o elemento presente em menor
concentração denomina-se soluto e aquele em
maior quantidade, solvente
• Solução sólida
– Ocorre quando a adição de átomos do soluto não
modifica a estrutura cristalina nem provoca a
formação de novas estruturas
Soluções sólidas
• Substitucional: os átomos de soluto
substituem uma parte dos átomos de solvente
no reticulado
Soluções sólidas
• Intersticial
– Os átomos de soluto ocupam os interstícios
existentes no reticulado
– Ocorre quando a impureza apresenta raio atômico
bem menor que o hospedeiro
– Como os materiais metálicos tem geralmente fator
de empacotamento alto as posições intersticiais
são relativamente pequenas
– Geralmente, no máximo 10% de impurezas são
incorporadas nos interstícios
Defeitos puntiformes
• Impurezas: ligas metálicas
– A adição de átomos de impurezas a um metal irá
resultar a formação de:
• Soluções sólidas < limite de solubilidade
• Segunda fase > limite de solubilidade
– A solubilidade depende:
• Temperatura
• Tipo de impureza
• Concentração da impureza
Discordâncias
• É um defeito linear ou unidimensional em
torno do qual alguns dos átomos estão
desalinhados
• As discordâncias estão associadas com a
cristalização e a deformação
– Origem: térmica, mecânica e supersaturação de
defeitos pontuais
• A presença deste defeito é a responsável pela
deformação, falha e ruptura dos materiais
– Podem ser: cunha (aresta), hélice e mista
Discordâncias 
• Discordância em cunha – Uma discordância
introduzida no cristal pela adição de um “meio
plano extra” de átomos
• Discordância em hélice – Uma discordância
produzida pela distorção (torção) de um cristal,
de modo que um plano atômico produza uma
rampa ao redor da discordância (caminho para a
discordância)
• Discordância mista – Uma discordância que
contem componentes de discordâncias em cunha
e em hélice
Discordâncias : cunha
• Envolve um SEMI-plano extra de átomo
• Envolve zonas de tração e compressão
Discordâncias: aresta
Discordâncias: hélice
• Produz distorção na rede devido a tensão de
cisalhamento
Discordâncias 
• A quantidade e o movimento das discordâncias
podem ser controlados por tratamentos
térmicos
• Com o aumento da temperatura há um aumento
na velocidade de deslocamento das
discordâncias favorecendo o aniquilamento
mútuo das mesmas e formação de discordâncias
únicas
• Impurezas tendem a difundir-se e concentrar-se
em torno das discordâncias formando uma
atmosfera de impurezas
Defeitos bidimensionais
• Envolvem fronteiras (defeitos em duas
dimensões) e normalmente separam regiões
dos materiais de diferentes estruturas
cristalinas ou orientações cristalográficas
• Essas imperfeições incluem:
– Contorno de grão‰
– Maclas
Defeitos bidimensionais
• Contornos de grão
– 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
Defeitos bidimensionais
• Contornos de grão
– A forma do grão é
controlada: pela
presença dos grãos
circunvizinhos
– O tamanho de grão é
controlado:
composição; taxa de
cristalização ou
solidificação
Defeitos bidimensionais
Defeitos bidimensionais
• Macla
– É um tipo de defeito cristalino que pode ocorrer
durante a solidificação, deformação plástica,
recristalização ou crescimento de grão
– As maclas resultam de deslocamentos atômicos
que são produzidos a partir de:
• Forças mecânicas de cisalhamento
• Tratamentos térmicos de recozimento realizado após
deformação
Defeitos bidimensionais
Aplicação de tensão em um 
cristal perfeito pode causar 
um deslocamento dos 
átomos resultando na 
formação de uma macla