IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS. Bento Gonçalves, 2014.

Transcrição

1 IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS Bento Gonçalves, 2014.

2 O QUE É UM DEFEITO? É uma imperfeição ou um "erro" no arranjo cristalino 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.

3 IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS Apenas uma pequena fração dos sítios atômicos são imperfeitos. Mesmo sendo poucos eles influenciam muito nas propriedades dos materiais e nem sempre de forma negativa.

4 PRESENÇA DE IMPERFEIÇÕES O processo de dopagem em semicondutores 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).

5 Latão (70% cobre e 30% zinco) sendo mais duro e resistente que cobre puro; Prata de lei (92,5% prata + 7,5% cobre) tem maior resistência mecânica sem alterar significativamente a resistência à corrosão.

6 DEFEITOS CRISTALINOS Defeito cristalino: imperfeição do reticulo cristalino. Os defeitos pode ser classificados em: Defeitos puntiformes: lacunas e átomos intersticiais; Defeitos de linha: discordância; Defeitos bidimensionais: contornos de grão, interfaces, superfícies livres, defeitos de empilhamento, etc.; Defeitos volumétricos: poros, trincas e inclusões.

7 DEFEITOS PUNTIFORMES Lacunas e Auto-Intersticiais: Lacuna ( vacancy ): ausência de um átomo em um ponto do reticulado cristalino. Podem ocorrer durante a solidificação ou como resultado de vibrações atômicas.

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9 DEFEITOS PUNTIFORMES Lacunas e Auto-Intersticiais Auto-intersticial: um átomo que ocupa um interstício da estrutura cristalina. Este tipo de defeito causa grande distorção do reticulo cristalino em sua volta

10 IMPUREZA Metais puros são praticamente impossíveis de se obter; As técnicas de refino de impurezas permitem obter metais com grau de pureza de no máximo 99,9999%.

11 SOLUÇÕES SÓLIDAS As ligas são obtidas através da adição de elementos de liga (átomos diferentes do metalbase). Solução sólida: ocorre quando a adição de átomos do soluto não modifica a estrutura cristalina nem provoca a formação de novas estruturas.

12 SOLUÇÕES SÓLIDAS Nas soluções sólidas as impurezas podem ser: Intersticial Substitucional Ordenada Desordenada Substitucional: os átomos de soluto substituem uma parte dos átomos de solvente no reticulado. Intersticial: os átomos de soluto ocupam os interstícios existentes no reticulado.

13 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.

14 O carbono tem raio atômico pequeno quando comparado com o tamanho do raio atômico do ferro.

15 TIPOS DE SOLUÇÕES SÓLIDAS SUBSTITUCIONAIS

16 SOLUÇÕES SÓLIDAS SUBSTITUCIONAIS Fatores que influenciam na formação de soluções sólidas substitucionais: Raio atômico Estrutura cristalina Eletronegatividade Valência

17 DEFEITOS LINEARES: DISCORDÂNCIAS As discordâncias estão associadas com a cristalização e a deformação. A presença deste defeito é a responsável pela deformação, falha e ruptura dos materiais.

18 DISCORDÂNCIA ARESTA Envolve um semi-plano extra de átomos; O vetor de Burgers é perpendicular à direção da linha da discordância; Envolve zonas de tração e compressão.

19 DISCORDÂNCIAS ARESTA

20 DISCORDÂNCIA EM HÉLICE Produz distorção na rede; O vetor de Burgers é paralelo à direção da linha de discordância.

21 DEFEITOS PLANOS OU INTERFACIAIS Envolvem fronteiras (defeitos em duas dimensões) e normalmente separam regiões dos materiais de diferentes estruturas cristalinas ou orientações cristalográficas. Superfície externa; Contorno de grão; Fronteiras entre fases; Twins maclas; Defeitos de empilhamento.

22 DEFEITOS NA SUPERFÍCIE EXTERNA É o mais óbvio dos contornos; Na superfície os átomos não estão completamente ligados; Então o estado energia dos átomos na superfície é maior que no interior do cristal;

23 CONTORNO DE GRÃO Corresponde à região que separa dois ou mais cristais de orientação diferente. No interior de cada grão todos os átomos estão arranjados segundo um único modelo e única orientação, caracterizada pela célula unitária.

24 CONTORNOS DE GRÃO A energia interfacial total é menor em materiais com grãos grandes ou grosseiros do que em materiais com grãos mais finos, uma vez que existe menos área de contorno nos primeiros; Os grãos crescem quando se encontram a temperaturas elevadas, a fim de reduzir a energia de contorno total; Materiais com grãos menores apresentarão maior resistência, pois a diferença de orientação resultará em uma descontinuidade de plano de escorregamento;

25 FORMAÇÃO DOS GRÃOS A forma do grão é controlada pela presença dos grãos circunvizinhos; O tamanho de grão é controlado pela composição e pela taxa de cristalização ou solidificação.

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27 OBSERVAÇÃO DOS GRÃOS E CONTORNOS DE GRÃO

28 TWINS MACLAS OU CRISTAIS GÊMEOS É um tipo especial de contorno de grão; Os átomos de um lado do contorno são imagens especulares dos átomos do outro lado do contorno; A macla ocorre num plano definido e numa direção específica, dependendo da estrutura cristalina. A macla é um tipo de defeito cristalino que pode ocorrer durante a solidificação, deformação plástica, recristalização ou crescimento de grão.

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30 DEFEITO DE EMPILHAMENTO

31 IMPERFEIÇÕES VOLUMÉTRICAS São introduzidas no processamento do material e/ou na fabricação do componente. Inclusões: Impurezas estranhas; Precipitados: são aglomerados de partículas cuja composição difere da matriz; Fases: forma-se devido à presença de impurezas ou elementos de liga; Porosidade: origina-se devido a presença ou formação de gases.