Relatório de Estruturas Cristalinas

Universidade federal Rural do Semi-Árido

Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia

Fundamentos de Ciência dos Materiais; PEN 1883

Os principais defeitos que ocorrem nas estruturas cristalinas

Docente: Josy Eliziane Torres Ramos

Discente: Jefferson Nathan da Silva Sales

 Matrícula: 2020010889

Martins 2021

Sumário

1. Introdução        3

2. Desenvolvimento        3

2.1 Defeitos Pontuais        3

2.2 Defeitos Lineares        4

2.3 Defeitos de Superfície        5

3 Conclusão        6

Referencias        7

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1. Introdução

Durante a solidificação, os materiais sofrem rearranjo de seus átomos que determina a estrutura cristalina deles. Dependendo do modo com que o líquido se transforma em solido, podem ocorrer defeitos no empilhamento e organização dos átomos, resultando em imperfeições estruturais. O tipo e a quantidade destas imperfeições afetam decisivamente algumas propriedades e o comportamento dos materiais cristalinos

2. Desenvolvimento

Estruturas cristalinas apresentam arranjos cristalinos bem definidos. No entanto, analisados na prática nunca são perfeitos totalmente, expondo defeitos de diversas condições. Essas as imperfeições afetam diretamente diversas características dos materiais, como condutividade elétrica de semicondutores, parâmetros envolvidos na deformação plástica, na corrosão em metais e em processos de difusão atômica. As imperfeições que estão presentes nas estruturas cristalinas podem ser de três tipos básicos, que são: defeitos pontuais, defeitos em linha e defeitos de superfície.

2.1 Defeitos Pontuais

Os cristais podem apresentar defeitos em pontos isolados de sua estrutura, dando lugar as imperfeições de ponto. Entre as imperfeições pontuais, as mais importantes são: os vazios ou vacância, os átomos intersticiais e os átomos substitucionais.

O tipo de defeito mais simples é a vacância. As vacâncias são vazios pontuais acarretados pela falta de átomos em algumas posições da rede cristalina. Este tipo de imperfeição pode ser produzido durante o processo de solidificação, como resultado de perturbações locais no crescimento do cristal. Outra das causas desse defeito é o arranjo atômico de um cristal já existente, graças à mobilidade de seus átomos. Nos metais, a concentração de vacâncias dificilmente passa de 1 para cada 10⁴ átomos. As vacâncias podem ainda ser resultantes da deformação plástica, do resfriamento rápido e do bombardeamento da rede cristalina por partícula atômica, como nêutrons.

Em cristais iônicos, os defeitos pontuais exibem caráter mais complexo devido à necessidade de manter a neutralidade elétrica do sistema. Mesmo assim são observados defeitos estruturais, como no caso de dois íons de cargas opostas perdidos dentro da estrutura entram em contato, criando uma vacância dupla. Esse tipo de defeito é conhecido como imperfeição de Schottky. Quando um íon positivo se move para uma posição intersticial do cristal iônico, uma vacância cátion é criada, conhecida como imperfeição de Frenkel, e aumenta a condutividade dele.

Uma outra classe de imperfeições são os átomos substitucionais e intersticiais estranhos à rede cristalina, os átomos intersticiais causados pela presença de átomos estranhos nos interstícios da rede cristalina e os átomos substitucionais são defeitos provocados pela existência de átomos estranhos nos próprios vértices de rede cristalina, em substituição aos átomos que ali deveriam estar se não existissem vacâncias. Imperfeições dessa natureza podem mudar o comportamento de certas propriedades. Por exemplo, a presença de uma quantidade muito pequena de átomos estranhos à rede cristalina do silício pode afetar, de modo significativo, a condutividade elétrica do mesmo. Esses dois defeitos pontuais são frequentemente observados durante a formação das ligas metálicas, na forma de soluções solidas.

2.2 Defeitos Lineares

Os cristais podem apresentar defeitos alinhados e contínuos em sua estrutura, dando início ás imperfeições de linha. Os defeitos de linha, também conhecido como discordância são imperfeições que causam a distorção da rede cristalina em torno de uma linha e se caracteriza por envolver um plano extra de átomos. Essas imperfeições podem ser criadas durante a solidificação, na deformação plástica de sólidos cristalinos ou ainda como resultado da concentração vacâncias.

As três principais imperfeições em linha são denominadas como: discordância em cunha, discordância em hélice e discordância mista.

Discordância em cunha acontece pela interrupção e um plano atômico. A distância de deslocamento dos átomos ao redor da discordância é denominada de vetor de Burgers. Nesse caso, esse vetor é perpendicular á linha de discordância.

Discordância em hélice é quando o empilhamento é feito como se fosse uma mola. Nesse caso, o vetor de Burgers é paralelo à linha de discordância.

Discordância mista é produzida durante a solidificação do material ou quando é aplicada uma tensão cisalhante sobre o mesmo. A discordância mista é formada por uma discordância em cunha associada a uma discordância em hélice. Nesse caso, as duas discordâncias apresentam uma única linha de discordância.