ESTRUTURA CRISTALINA E IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS ESTRUTURA CRISTALINA E IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS

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1 ESTRUTURA CRISTALINA E IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS Prof. Dr.: Anael Krelling 1

2 CONCEITOS FUNDAMENTAIS Materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a regularidade com que os seus átomos ou íons estão arranjados um em relação ao outro. Material cristalino é aquele em que os átomos estão arranjados de maneira repetida ou periódica por longas distâncias atômicas. Todos os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros formam estruturas cristalinas em condições normais de solidificação. Algumas propriedades dos sólidos cristalinos dependem da estrutura cristalina do material. 2

3 3

4 4

5 ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS? 5

6 CCC CÚBICA DE CORPO CENTRADO 2 ÁTOMOS INTEIROS POR CÉLULA UNITÁRIA. 6

7 CFC CÚBICA DE FACES CENTRADAS 4 ÁTOMOS INTEIROS POR CÉLULA UNITÁRIA. 7

8 HC HEXAGONAL COMPACTA 6 ÁTOMOS INTEIROS POR CÉLULA UNITÁRIA. 8

9 FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO 9

10 EXEMPLO 1 Demonstrar que o FEA para uma célula unitária cúbica de corpo centrado é igual a 0,68. 10

11 EXEMPLO 2 ESTRUTURA CRISTALINA E IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS Demonstrar que uma célula unitária cúbica de faces centradas obedece a relação: 11

12 COORDENADAS DE PONTOS Representar o ponto de coordenadas: ¼, 1, ½. 12

13 13

14 Ponto x y z coordenadas 14

15 DIREÇÕES CRISTALOGRÁFICAS Uma direção cristalográfica é definida como uma linha entre dois pontos ou um vetor. Procedimento para determinação dos índices de Miller de uma direção cristalográfica: transladar o vetor direção de maneira que ele passe pela origem do sistema de coordenadas. determinar a projeção do vetor em cada um dos três eixos de coordenadas. Essas projeções devem ser medidas em termos dos parâmetros de rede (a,b,c) multiplicar ou dividir esses três números por um fator comum, tal que os três números resultantes sejam os menores inteiros possíveis. representar a direção escrevendo os três números entre colchetes: [u v w]. 15

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22 PLANOS CRISTALOGRÁFICOS Planos definidos com base na célula unitária São definidos os índices de Miller (hkl) (1) Se o plano passa pela origem definida, a origem deve ser deslocada de uma unidade de parâmetro de rede (2) Identificar os pontos em que o plano intercepta os eixos x, y e z (3) Obter os valores inversos. Um plano paralelo a um eixo intercepta este eixo em infinito e o inverso será 0 (4) Multiplicar os valores obtidos para obter três índices inteiros. (5) Os índices são representados entre parenteses 22

23 23

24 Determine os índices de Miller do plano representado na figura 24

25 25

26 26

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28 28

29 Determine os índices de Miller do plano representado na figura 29

30 DENSIDADES LINEAR E PLANAR 30

31 EXEMPLO: Determinar a densidade linear na direção [110] e a densidade planar no plano (110) de uma célula unitária CFC. 31

32 IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS DEFEITOS PONTUAIS 32

33 33

34 IMPUREZAS 34

35 DISCORDÂNCIAS DEFEITOS EM LINHA 35

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38 Densidades de Discordâncias Típicas Materiais solidificados lentamente = 3 10 discord./mm² Materiais deformados= discord./mm² Materiais deformados e tratados termicamente= discord./mm² 38

39 39

40 Discordâncias existem em materiais cristalinos. A movimentação de discordâncias é o principal fator envolvido na deformação plástica de metais e ligas A mobilidade de discordâncias pode ser alterada por diversos fatores (composição, processamento ) (manipulação das propriedades mecânicas do material) Nos materiais cristalinos o principal mecanismo de deformação plástica geralmente consiste no escorregamento de planos atômicos através da movimentação de discordâncias. Já nos materiais amorfos consiste no escoamento viscoso. A movimentação das discordâncias se dá preferencialmente através de planos específicos e, dentro desses planos, em direções específicas, ambos com a maior densidade atômica de um dado reticulado cristalino. 40

41 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS SISTEMAS DE ESCORREGAMENTO 41

42 42

43 DEFEITOS INTERFACIAIS Superfícies Externas Término da estrutura cristalina; ESTRUTURA CRISTALINA E IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS Átomos da superfície não estão ligados com a maior quantidade de vizinhos possível; Há o aparecimento de uma energia livre de superfície. 43

44 Contorno de Grão ESTRUTURA CRISTALINA E IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS Átomos ligados com menor regularidade; Há o aparecimento de uma energia livre de contorno, que é função do grau de desordem (ângulo de desalinhamento); Os grãos tornam-se mais reativos; Local preferencial para segregação de impurezas. 44

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