IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS Bento Gonçalves, 2014.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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
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%.
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.
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.
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.
O carbono tem raio atômico pequeno quando comparado com o tamanho do raio atômico do ferro.
TIPOS DE SOLUÇÕES SÓLIDAS SUBSTITUCIONAIS
SOLUÇÕES SÓLIDAS SUBSTITUCIONAIS Fatores que influenciam na formação de soluções sólidas substitucionais: Raio atômico Estrutura cristalina Eletronegatividade Valência
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.
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.
DISCORDÂNCIAS ARESTA
DISCORDÂNCIA EM HÉLICE Produz distorção na rede; O vetor de Burgers é paralelo à direção da linha de discordância.
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.
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;
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.
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;
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.
OBSERVAÇÃO DOS GRÃOS E CONTORNOS DE GRÃO
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.
DEFEITO DE EMPILHAMENTO
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.