Disciplina Cincia dos Materiais LOM 3013 2015 M

Disciplina : Ciência dos Materiais LOM 3013 – 2015 M 1 4 – Estruturas Cristalinas Prof. Carlos Angelo Nunes

• As propriedades de alguns materiais estão diretamente relacionados com suas estruturas cristalinas. Isto é, a maneira como átomos, íons ou moléculas se organizam no espaço. • Um material cristalino é aquele em que os átomos estão organizados de uma forma ordenada e repetitiva através de longas distâncias atômicas. • Se esta ordem não existe o material é dito não-cristalino ou amorfo.

• Berílio e magnésio puros, na condição não deformada, são muito mais frágeis que prata e ouro puros. A razão disso está primariamente associada com as diferentes estruturas cristalinas destes materiais. • Além disso, propriedades bem diferentes são normalmente encontradas entre materiais cristalinos e não-cristalinos de mesma composição química.

Exemplo de Aplicação de Material Monocristalino: Paletas de superligas à base de níquel para turbina de alta-pressão em turbinas aeronáuticas. Paletas de superliga à base de níquel da turbina de alta pressão. Estrutura cristalina do níquel.

Exemplo de Aplicação de Material Monocristalino: Silício monocristalino para indústria de semi-condutores. Wafer de silício Estrutura cristalina do silício

Exemplo de Aplicação de Material Policristalino: Chapas laminadas de aço para indústria da linha branca – geladeira; fogão; micro-ondas.

Exemplo de Aplicação de Material Amorfo: Vidro. • Existe contorno de grão em um material totalmente amorfo ?

Exemplo de Aplicação de Material Amorfo + Nanocristalino: Vitrocerâmicas Crystallization of Zr. O 2 -nucleated Mg. O/Al 2 O 3/Si. O 2 glasses

Célula Unitária • Como existem muitas estruturas cristalinas diferentes possíveis, algumas vezes é conveniente dividí-las em grupos de acordo com as configurações das células unitárias e/ou arranjos atômicos. • Célula unitária Paralelepípedo • Sistema de coordenadas xyz com origem em um dos vértices da célula unitária. • A geometria da célula unitária é completamente definida em termos de seis parâmetros: os comprimentos das três arestas, a, b e c, e os três ângulos entre os eixos: α, β e

Sistemas cristalinos

Redes de Bravais

Estruturas Cristalinas de Metais :

Estruturas Cristalinas de Metais : Estrutura Cúbica de Face Centrada - CFC R a Ex. alumínio; cobre; prata; ouro a – parâmetro de rede; R – raio do átomo FE – Fator de empacotamento VACU – Volume ocupado pelos átomos no interior da célula unitária; VCU – Volume total da célula unitária.

Estruturas Cristalinas de Metais : Estrutura Cúbica de Face Centrada - CFC Direções compactas: comprimento = 4 R = 2 a Célula unitária contém: 6 x 1/2 + 8 x 1/8 = 4 atoms/célula 2 a a átomos célula FE = 4 4 3 p ( 2 a/4) 3 a 3 • Fator de empacotamento da CFC = 0, 74 (valor máximo de fator de empacotamento) volume átomo volume célula

Estruturas Cristalinas de Metais : Estrutura Cúbica de Face Centrada - CFC • Átomos se tocam ao longo das diagonais das faces. • Número de coordenação : 12. • Corner e faces são posições equivalentes.

Estruturas Cristalinas de Metais: Estrutura Cúbica de Corpo Centrado - CCC R a a – parâmetro de rede; R – raio do átomo Ex. Cromo, ferro, tungstênio. • Átomos se tocam ao longo das diagonais do cubo. • Número de coordenação : 08. • Corner e centro são posições equivalentes.

Estruturas Cristalinas de Metais: Estrutura Cúbica de Corpo Centrado - CCC 3 a a 2 a R a Direções compactas: Comprimento = 4 R = Célula unitária contém: 1 + 8 x 1/8 átomos = 2 átoms/célula FE = 2 4 3 p ( 3 a/4) 3 • Fator de empacotamento da CCC = 0, 68. a 3 3 a volume atomo volume célula

Estruturas Cristalinas de Metais: Estrutura Hexagonal Compacta - HC Ex. Magnésio, titânio, cádmio, zinco

Relação c/a ideal • Número de átomos por célula unitária: 6 • Número de coordenação: 12 • FE = 0, 74 • Corner e faces são posições equivalentes

Estruturas Cristalinas de Metais: Estrutura Cúbica Simples • Rara devido à baixa densidade de empacotamento (somente Po apresenta estrutura) • Direções compactas são as arestas do cubo. • Coordenação = 6.

Estruturas Cristalinas de Metais: Estrutura Cúbica Simples a R=0. 5 a Direção compacta contém 8 x 1/8 = 1 Átomo/célula atomos célula FE = 1 4 3 p ( a/2 ) 3 a 3 volume atomo volume célula • Fator de empacotamento da Cúbica Simples = 0, 52.

Estruturas de Alguns Metais n=1 Cu Fe Po n=2 CS n = 20 Mn CCC n=4 n = 58 Mn CFC

Cálculo de densidade teórica a partir da estrutura cristalina Onde: - densidade n- número de átomos associados a cada célula unitária A- massa atômica Vc- Volume da célula unitária NA- Número de avogrado (6, 02. 1023 átomos/mol)

Ex: Cr (CCC) A = 52. 00 g/mol R = 0. 125 nm n = 2 átomos/célula átomos célulal = volume célula a 2 52. 00 a 3 6. 022 x 1023 g mol teórica = 7, 18 g/cm 3 real = 7, 19 g/cm 3 átomos mol 24 R a = 4 R/ 3 = 0. 2887 nm

Alotropia do Carbono

Alotropia do Ferro liquid BCC 1538ºC -Fe FCC 1394ºC -Fe 912ºC -Fe 26 BCC

Células-Unitárias Complexas • Proteína