A6 Estrutura não cristalina imperfeição: defeitos lineares, planares e em volume

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1 A6 Estrutura não cristalina imperfeição: defeitos lineares, planares e em volume Deslocações no KCl. O KCl é transparente e as deslocações (linhas brancas) foram decoradas com impurezas para as tornar visíveis

2 Defeitos lineares ou deslocações imperfeições unidimensionais Defeitos pontuais (de dimensão zero) foram descritos como imperfeições estruturais resultantes da agitação térmica. Defeitos lineares (de dimensão um) estão associadas sobretudo à deformação mecânica, e são chamados deslocações (dislocations). Deslocação em cunha: o defeito linear e representado pela aresta de um meio-plano extra de átomos

3 Defeitos lineares deslocações em cunha Definição do vector de Burguers, b, relativo a uma deslocação em cunha: (a) num cristal perfeito, o anel m x n fecha no ponto inicial (b) na região da deslocação, o mesmo anel não fecha, e o vector necessário para o fecho (b) representa a magnitude do defeito estrutural numa deslocação cunha (edge) o vector de Burguers é perpendicular à linha da deslocação

4 Defeitos lineares: deslocação em parafuso e mista Deslocação em parafuso: o empacotamento dos planos cristalinos em espiral leva a um vector de Burgers paralelo à linha da deslocação Deslocação mista, com um vector de Burgers único, e caracter de cunha e parafuso

5 Deslocações e deformação mecânica Escorregamento de um plano de átomos por outro, necessário para deformar plasticamente (permanentemente) um cristal perfeito é um processo que requer uma tensão muito elevada (10 x maior do que a observada) Um processo alternativo de baixa tensão para deformar um cristal envolve o movimento de deslocações ao longo de um plano de escorregamento (dislocation glide)

6

7 Modos de propagação de deslocações Cunha Parafuso Mista

8 Distorsão devida à deslocação A energia do cristal aumenta com o comprimento total de deslocações no cristal

9 Deslocações e deformação mecânica O escorregamento das deslocações é mais difícil ao longo dum plano de baixa densidade (a) do que ao longo de um plano de alta densidade atómica (b) o Al, cfc, é dúctil (deformável) porque tem um grande número (12) de combinações de direcções/ /planos de alta densidade o Mg, hc, é tipicamente mais frágil devido ao menor número (3) dessas combinações

10 Deslocações e deformação mecânica

11 Deslocações e deformação mecânica 0.4 wt% de carbono no aço pode aumentar a sua resistência mecânica de 15 MPa para 1500 MPa Obstáculos ao movimento das deslocações aumentam a resistência mecânica dos metais e cerâmicos: átomos e partículas estranhos, outras deslocações (que podem ser criadas por deformação a frio, e removidas por recozimento a alta temperatura -1/3 a ½ da temperatura de fusão)

12 Defeitos planares imperfeição bidimensional Todos os materiais têm uma superfície Uma vista mais detalhada da superfície Uma macla (twin boundary) separa duas regiões cristalinas que são, estruturalmente, imagens no espelho uma da outra

13 Defeitos planares fronteiras de grão fronteira de grão éa região em que dois monocristais (grãos) com diferentes orientações se encontram A microestrutura mais relevante para muitos materiais de engenharia é a estrutura do grão e muitas propriedades são sensíveis a esta

14 Defeitos planares a fronteira do grão Uma estrutura simples de fronteira do grão Uma estrutura mais complexa, mas ainda com alguma regularidade

15 Sólidos não-cristalinos: imperfeições tridimensionais óxido cristalino óxido não-cristalino O material não-cristalino mantem a ordem a curta distância (SRO) (o bloco coordenado triangularmente) mas perde a ordem a longa distância (LRO), isto é, a cristalinidade

16 A temperatura de transição vítrea cristal vidro cerâmicos, polímeros metais, semicondutores Um vidro éum material que não tem ordem a longa distância e está abaixo da temperatura à qual os rearranjos atómicos ou moleculares podem ocorrer a uma escala de tempo comparavel com a experiência material semicristalino Uma borracha éum sólido amorfo para o qual os rearranjos moleculares podem ocorrer numa escala de tempo comparavel com a experiência A temperatura crítica que separa o comportamento vítreo do comportamento tipo borracha, numa escala de tempo comparavel com a experiência, é a temperatura de transição vítrea, T g

17 Termoplásticos e termoendurecíveis termoplástico PET X-link característico da rede 3D dum termoendurecível Bakelite

18 Polímeros: fusão e Tg

19 Borrachas e elastómeros Borrachas são materiais não-cristalinos para os quais T g é abaixo de RT, e que possum uma arquitectura molecular que impede a cristalização Polibutadieno como polímero termoplástico e como borracha com cross-links

20 Dependência de E com T Polímero amorfo sem cross-links 7000 MPa epoxis, fenólicos (termoendurecíveis) Polímero amorfo com cross-links borracha MPa

21 Defeitos em sólidos não-cristalinos Impurezas químicas como o Na + modificam o vidro interrompendo a rede contínua aleatória e deixando iões oxigénio que não estão em ponte Vários tipos de defeitos pontuais em vidros de silicatos, após irradiação Deslocação em SiO 2 não-cristalino (só a posição dos átomos de Si é indicada)

22 Próximas aulas [Estrutura dos materiais] Desenvolvimento microestrutural: termodinâmica e cinética (A7 e A8, dias 3 e 4 de Abril) Próxima aula prática P3 (18 e 19 de Março): - discussão do TPC3 - estrutura dos compósitos Férias da Páscoa (20 a 26 de Março) Não há aulas dia 27 e 28 de Março (greetings from California...) Aula prática P4 (1 e 2 de Abril): - discussão do TPC4 - estrutura dos materiais biológicos TPC3 e TPC4 devidos sexta-feira, dia 4 de Abril

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