Difusão em sólidos. Defeitos Pontuais em Cristais. Prof. Rodrigo Perito Cardoso

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Mecânica Difusão em sólidos Defeitos Pontuais em Cristais Prof. Rodrigo Perito Cardoso

2 Introdução Frenkel em > introduziu o conceito de defeitos Schottky em > defeitos em compostos binários Importante para difusão em Cristais Habilidade de movimentar-se (veículo de difusão) Presentes em equilíbrio térmico Vamos tratar defeitos relevantes para difusão

3 Introdução Shottcky Frenkel Em metais a carga é equilibrada pelos elétrons de condução (blindagem)

4 Metais Puros Vacâncias Da termodinâmica estatística (desconsiderando interação entre vacâncias) N o de átomos Posições na rede N o de vacâncias Vacâncias existem pois reduzem a energia livre de Gibbs do sistema Energia livre total Energia livre de formação Cristal perfeito

5 Metais Puros Entropia da configuração (razão da existência das vacâncias) Energia livre de formação de uma vacância Entropia de formação Número possível de distribuição de n vacâncias em N Posições de rede Entalpia de formação Da análise combinatória

6 Metais Puros Aproximação de Stirling Imposição termodinâmica para o equilíbrio

7 Metais Puros Introduzindo a concentração de vacâncias

8 Metais Puros Divacâncias Ganho de energia livre (menor numero de ligações a ser quebradas) 10-4 ( T f ) Aglomerado de mais de 2 vacâncias é geralmente despresível

9 Metais Puros Determinação das propriedades das vacâncias Dilatometria diferencial Concentração de vacâncias Volume total Volume por átomo Numero de novos sítios Criação de defeitos Expansão da rede

10 Metais Puros Efeito omitido (~1) Para metais, auto intersticiais podem ser considerados zero Dilatometria + DRX

11 Metais Puros Prof. Rodrigo Perito Cardoso

12 Metais Puros Sensibilidade dilatometria Próximo do ponto de fusão o número de sítios relacionados a divacâncias é de aproximadamente 50%

13 Metais Puros Outros métodos: Resfriamento rápido Medida de resistividade Microscopia eletrônica de Transmissão Medida de aglomerados de vacâncias Aniquilação de pósitrons (entalpia de formação) Vacâncias aumentam o tempo de vida (menor densidade de elétrons)

14 Metais Puros Prof. Rodrigo Perito Cardoso

15 Metais Puros Prof. Rodrigo Perito Cardoso

16 Metais Puros Auto-intersticiais Importante no caso de radiação energética e alguns sólidos iônicos

17 Ligas Binárias Substitucionais Vacâncias em ligas diluídas Vacância entre átomos do solvente Par soluto-vacância Atrativo Repulsivo

18 Ligas Binárias Substitucionais Energia de interação Solução aceitável para Termo para solvente puro Probabilidade da vacância estar na vizinhança do soluto

19 Ligas Binárias Substitucionais Vacâncias em ligas concentradas (C B >0.01) Interação entre átomos associados Interação entre átomos associados e vacâncias Modelos robustos indisponíveis Aproximação: Aproximação para ligas diluídas

20 Compostos Iônicos Frenkel

21 Compostos Iônicos Frenkel Formação de defeitos Produto de Frenkel

22 Compostos Iônicos Schottky

23 Compostos Iônicos Schottky Produto de Schottky

24 Compostos Iônicos Prof. Rodrigo Perito Cardoso

25 Intermetálicos Diversidade de estruturas Ordenados População de defeitos complexa Estrutura diferente do sólidos iônicos Duas sub-redes

26 Semicondutores Covalente

27 Semicondutores Covalente