Imperfei��es em s�lidos slides

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IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS
CRISTAL REAL
Ana Paula A. Manfridini- Ciência dos Materiais
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 Os cristais reais apresentam inúmeros defeitos, que são classificados por sua “dimensionalidade”. 
 Defeitos Pontuais 
Vacâncias 
 Átomos intersticiais 
Átomos substitucionais 
Defeitos Lineares
Discordâncias 
Defeitos Interfaciais 
Superfícies externas, contornos de grão, macla.
Defeitos Volumétricos
 Poros, fraturas, inclusões e outras fases 
Defeitos na estrutura cristalina
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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. 
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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
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As lacunas ou vacâncias são vazios pontuais causados pela ausência de átomos em algumas posições da rede cristalina.
Este tipo de defeito pode ser produzido:
durante o processo de solidificação; como resultado de perturbações locais no crescimento do cristal;
no rearranjo atômico de um cristal;
na deformação plástica;
 no resfriamento rápido.
Defeitos pontuais- Lacunas
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Impureza em sólidos
Soluções Sólidas: átomos de soluto são adicionados ao material hospedeiro e a estrutura cristalina é mantida. Composição homogênea em toda a extensão. 
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Impureza em sólidos
As impurezas (elementos de liga) são adicionadas intencionalmente com a finalidade de:
aumentar a resistência mecânica,
aumentar a resistência à corrosão,
aumentar a condutividade elétrica.
Ex: prata de lei, aço.
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Impureza em sólidos
Impurezas poderão assumir dois tipos de posição na rede cristalina de outro material 
 Interstícios - espaços vazios na rede – solução sólida intersticial 
Substituindo um átomo do material – solução sólida substitucional
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Soluções sólidas substitucionais
Nas soluções sólidas substitucionais formadas por dois elementos, os átomos do soluto ou impurezas tomam lugar dos átomos hospedeiros.
a estrutura do solvente não é alterada, sendo comum a distorção da rede cristalina, já que os átomos do soluto nem sempre exibem o mesmo diâmetro atômico dos átomos do solvente.
A fração de átomos de um elemento que pode ser dissolvida em outro, é definida como solubilidade.
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As regras de Hume-Rothery 
Para que haja total solubilidade entre dois metais, é preciso que eles satisfaçam as seguintes condições:
Os raios atômicos não difiram de mais de 15%;
Tenham a mesma estrutura cristalina; 
Tenham eletronegatividades similares;
Tenham a mesma valência. 
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Soluções sólidas substitucionais
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Cu + Ni		solúveis em todas as proporções
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Soluções sólidas intersticiais
Os átomos de impurezas ou os elementos de liga ocupam os espaços dos interstícios.
Ocorre quando a impureza apresenta raio atômico bem menor que o hospedeiro
Como os materiais metálicos tem geralmente fator de empacotamento alto, os interstícios são pequenos.
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Solubilidade do Carbono no Ferro
O carbono é mais solúvel no Ferro CCC ou CFC, considerando a temperatura próxima da transformação alotrópica?
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Defeitos lineares- Discordâncias
Os cristais podem apresentar defeitos alinhados e contínuos em sua estrutura, dando origem às imperfeições de linha. Os defeitos de linha, também chamados de discordâncias são defeitos que causam a distorção da rede cristalina em torno de uma linha e caracterizam-se por envolver um plano extra de átomos.
Estas imperfeições podem ser produzidas durante a solidificação, na deformação plástica de sólidos cristalinos ou ainda como resultado da concentração de vacâncias.
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A presença deste defeito é a responsável pela
deformação, falha e rompimento dos materiais.
A quantidade e o movimento das discordâncias podem ser controlados pelo grau de deformação e/ou por tratamentos térmicos, podendo desta forma endurecer os materiais metálicos.
Os três principais tipos de defeitos em linha são: discordância em cunha (aresta), discordância em hélice (espiral) e discordância mista.
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DISCORDÂNCIA ARESTA
Ocorre pela interrupção
de um plano atômico.
Ilustração de uma discordância aresta
Discordância em planos (111) 
em ZrO2
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Discordâncias no MEV
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DISCORDÂNCIA ESPIRAL
Uma discordância é espiral quando o empilhamento é feito como se fosse uma mola
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DISCORDÂNCIA EM HÉLICE NA SUPERFÍCIE DE 
UM MONOCRISTAL DE SiC. AS LINHAS ESCURAS 
 SÃO DEGRAUS DE ESCORREGAMENTO.
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DISCORDÂNCIA MISTA
A discordância mista é formada por uma discordância aresta associada a uma discordância espiral. As discordâncias são
produzidas durante solidificação do material ou quando é aplicada uma tensão cisalhante sobre o mesmo.
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Analogia entre o caminhar de uma centopéia e a movimentação de uma discordância.
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DEFEITOS INTERFACIAIS
Esses defeitos normalmente separam as regiões dos materiais
que possuem diferentes estruturas cristalinas.
Podem ser de três tipos:
Superfícies externas.
Contornos de grão.
Contornos de macla.
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 As superfícies externas de um cristal são consideradas defeitos cristalinos, já que o número de vizinhos de um átomo superficial não é o mesmo de um átomo no interior do cristal .
Os átomos superficiais possuem vizinhos apenas de um lado e possuem maior energia.
Superfícies externas
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Contornos de grão
Um metal puro, embora contenha um único elemento, possui vários grãos, ou seja, regiões onde a estrutura cristalina tem a mesma orientação. Durante a solidificação, vários núcleos sólidos surgem no interior do líquido, cada um com uma direção.
Numa fase seguinte, denominada de crescimento, estes núcleos crescem e se juntam, formando nestas "juntas", uma região conhecida como contorno de grão. Como os diversos grãos não apresentam necessariamente a mesma orientação cristalográfica, o encontro dos mesmos cria superfícies de contato dentro do cristal.
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Contornos de grão 
Há um empacotamento ATÔMICO menos eficiente
Há uma energia mais elevada
Favorece a nucleação de novas fase (segregação)
Favorece a difusão.
O contorno de grão ancora o movimento das discordâncias QUANTO MENOR O TAMANHO DE GRÃO
 MAIOR É A RESISTÊNCIA DO MATERIAL
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OBSERVAÇÃO DOS GRÃOS E CONTORNOS DE GRÃO
Por microscopia (ÓTICA OU ELETRÔNICA)
utiliza ataque químico específico para cada material
O contorno geralmente é mais reativo
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GRÃOS VISTOS NO MICROSCÓPIO ÓTICO
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Contornos de macla
Tipo de contorno de grão de alta simetria onde um grão é o espelho do outro. 
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Defeitos Volumétricos
- Inclusões: Impurezas estranhas.
Precipitados: são aglomerados de partículas cuja composição difere da matriz.
- Fases: forma-se devido à presença de impurezas ou elementos de liga (ocorre quando o limite de solubilidade é ultrapassado).
- Porosidade: origina-se devido a presença ou formação de gases.