Exercicios DIFUSÃO 2019 1

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Exercicios DIFUSÃO
As expressões dos coeficientes de difusão do carbono no ferro α (ferrita) e no ferro γ(austenita) podem ser dadas respectivamente por: 
Determine Dα a 800 e 1000ºC e Dγ a 800 e 1000ºC
Comparando os coeficientes de difusão do carbono no ferro α e no ferro γ (Na temperatura de 800ºC, por exemplo) você verificará que existe uma diferença. Explique essa diferença com base na estrutura cristalina do ferro α e do ferro γ
Dados: R = 1,987 cal.mol/K
Para qual dos dois caminhos abaixo a energia de ativação para difusão é maior? Justifique sua resposta
(I) Ao longo de defeitos cristalinos como discordâncias e contornos de grão.
(II) No volume do material
3) É feita a difusão de boro numa pastilha de silício durante 7h a 1100ºC. A pastilha de silício inicialmente é isenta de boro. Qual será a profundidade abaixo da superfície na qual a concentração em boro será de 1017 átomos/cm3 , se a concentração de boro na superfície for mantida constante e igual a 1018 átomos/cm3 ? Dados : Solução da 2ª Lei de Fick para difusão não estacionária para as condições de contorno do exercício, D= 4,0X10-13 cm2/s
Cite e explique dois exemplos de fatores que influenciam na difusão.
5) A energia de ativação para difusão do C em cromo é dada. Calcule o coeficiente de difusão na temperatura de 1100K se esse coeficiente é 6.25x10-11 m2 ⁄s a 1400K.
6) Uma chapa de aço com 1.5 mm de espessura e a 1200ºC possui atmosferas de nitrogênio em amos os lados, e se lhe permite atingir uma condição de difusão em estado estacionário. O coeficiente de difusão para o nitrogênio no aço é de 6 x 10-11 m2 /s, e se determina o fluxo de difusão de 1,2 x 10 -7 kg/m 2/s. Sabe-se ainda que a concentração do nitrogênio no aço na superfície com alta pressão é de 4 kg/m3 . A que profundidade para o interior da chapa, a partir deste lado com pressão elevada.
7) Difusão de impurezas em bolachas de Silício para circuitos integrados.
	(I) Como é realizado o processo? (II) Qual a importância, aplicação e variáveis do processo.
8) Cementação do aço carbono com carbono.
	(I) Como é realizado o processo? (II) Qual a importância, aplicação e variáveis do processo. (III) Porque é realizado?
9) Soldagem por difusão.
	(I) Como é realizado o processo? (II) Qual a importância, aplicação e variáveis do processo?
RESOLUÇÃO
2. É feita a difusão de boro numa pastilha de silício durante 7h a 1100o C. A pastilha de silício inicialmente é isenta de boro. Qual será a profundidade abaixo da superfície na qual a concentração em boro será de 1017 átomos/cm3 , se a concentração de boro na superfície for mantida constante e igual a 1018 átomos/cm3 ? Dados : Solução da 2ª Lei de Fick para difusão não estacionária para as condições de contorno do exercício:
RESOLUÇÃO
Resolução
Além dos mecanismos de difusão que podem se dar no volume do sólido (autodifusão, difusão substitucional, difusão intersticial), existe a possibilidade de difusão ao longo de defeitos cristalinos tais como os contornos de grão e os defeitos lineares (discordâncias). A difusão ocorre mais rapidamente nessas regiões de defeitos, em virtude das imperfeições inerentes a essas regiões, que fazem com que nelas haja um menor empacotamento atômico (ver a representação esquemática de regiões de contorno de grão, onde podem ser vistas as suas imperfeições, apresentada a seguir). A contribuição desses defeitos para o processo global de difusão só é importante em algumas situações, uma vez que os defeitos ocupam normalmente um volume relativamente pequeno em relação às regiões mais “ordenadas” dos cristais.