Braço Hidraulico

Imperfeições Cristalinas (Editor)

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.

IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS

Apenas uma pequena fração dos sítios atômicos são imperfeitos

Menos de 1 em 1 milhão

Menos sendo poucos eles influenciam muito nas propriedades dos materiais e nem sempre de forma negativa

Exemplos de efeitos da presença de imperfeições

O processo de dopagem em semicondutores visa criar imperfeições para mudar o tipo de condutividade em determinadas regiões do material

A deformação mecânica dos materiais promove a formação de imperfeições que geram um aumento na resistência mecânica (processo conhecido como encruamento)

Wiskers de ferro (sem imperfeições do tipo discordâncias) apresentam resistência maior que 70GPa, enquanto o ferro comum rompe-se a aproximadamente 270MPa.

VACÂNCIAS OU VAZIOS

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)

VACÂNCIAS OU VAZIOS

O número de vacâncias aumenta exponencialmente com a temperatura

Nv= N exp (-Qv/KT)

Nv= número de vacâncias

N= número total de sítios atômicos

Qv= energia requerida para formação de vacâncias

K= constante de Boltzman = 1,38x1023J/at.K ou 8,62x10-5 eV / at.K

INTERSTICIAIS

Envolve um átomo extra no interstício (do próprio cristal)

Produz uma distorção no reticulado, já que o átomo geralmente é maior que o espaço do interstício

A formação de um defeito intersticial implica na criação de uma vacância, por isso este defeito é menos provável que uma vacância

FRENKEL

Ocorre em sólidos iônicos

Ocorre quando um íon sai de sua posição normal e vai para um interstício

SCHOTTKY

Presentes em compostos que tem que manter o balanço de cargas

Envolve a falta de um ânion e/ou um cátion

CONSIDERAÇÕES GERAIS

Vazios e Schottky favorecem a difusão

Estruturas de empacotamento fechado tem um menor número intersticiais e Frenkel que de vazios e Schottky

Porque é necessária energia adicional para forçar os átomos para novas posições

IMPUREZAS NOS SÓLIDOS

Um metal considerado puro sempre tem impurezas (átomos estranhos) presentes

99,9999% = 1022-1023 impurezas por cm3

A presença de impurezas promove a formação de defeitos pontuais

LIGAS METÁLICAS

As impurezas (chamadas elementos de liga) são adicionadas intencionalmente com a finalidade:

aumentar a resistência mecânica

aumentar a resistência à corrosão

Aumentar a condutividade elétrica

Etc.

SOLUÇÕES SÓLIDAS

A estrutura cristalina do material que atua como matriz é mantida e não formam-se novas estruturas

As soluções sólidas formam-se mais facilmente quando o elemento de liga (impureza) e matriz apresentam estrutura cristalina e dimensões eletrônicas semelhantes

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 as posições intersticiais são relativamente pequenas

Geralmente, no máximo 10% de impurezas são incorporadas nos interstícios

Solubilidade do Carbono no Ferro

O carbono é mais solúvel no Ferro CCC ou CFC, considerando a temperatura próxima da transformação alotrópica?

FATORES QUE INFLUEM NA FORMAÇÃO DE SOLUÇÕES SÓLIDAS SUBSTITUCIONAIS REGRA DE HOME-ROTHERY

Raio atômico → deve ter uma diferença de no máximo 15%, caso contrário pode promover distorções na rede e assim formação de nova fase

Estrutura cristalina → mesma

Eletronegatividade→ próximas

Valência → mesma ou maior que a do hospedeiro

DEFEITOS LINEARES: DISCORDÂNCIAS

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

VETOR DE BURGER

Dá a magnitude e a direção de distorção da rede

Corresponde à distância de deslocamento dos átomos ao redor da discordância

DISCORDÂNCIA EM