Imperfeies em Slidos Slidos no so perfeitos em

Imperfeições em Sólidos • Sólidos não são perfeitos em sua microestrutura: ü muitas propriedades estão relacionadas com estes defeitos; ü freqüentemente defeitos são induzidos propositalmente nos materiais. • Defeito cristalino: Uma irregularidade na rede cristalina da ordem de um diâmetro atômico em uma ou mais de suas dimensões. • Classificação dos defeitos cristalinos em função da dimensão em que ocorrem: ü Defeito pontual ( 0 – D) ü Discordâncias ( 1 – D) ü Defeitos interfaciais ou de fronteira (2 – D) ü Defeitos em volume (3 – D)

Defeitos Pontuais Vazios e Intersticiais Vazios Substitucionais Intersticiais • Vazios: sítios atômicos vagos na estrutura cristalina • Intersticiais: átomos extras ocupando posições entre os sítios atômicos • Substitucionais: átomos de elementos “estranhos” inseridos na rede cristalina

Defeitos Pontuais Defeito de Frenkel: Auto-intersticial (átomo ou íon) criando uma vacância na rede. O número de equilíbrio de vazios no sistema é função da temperatura: Nv = Número de vazios N = Número de posições atômicas Qv = Energia de ativação T = Temperatura absoluta em kelvins Átomo/íon em uma posição intersticial Vacância k = Constante de Boltzman 1, 38 x 10 -23 J/átomo. K 8, 62 x 10 -5 ev/átomo. K

Defeitos Pontuais : Impurezas em Sólidos • Há sempre impurezas em cristais metálicos e que podem ser vistos como defeitos pontuais. • Ligas: ü Átomos de impurezas são adicionados intencionalmente a uma estrutura cristalina formada por outro átomo para gerara propriedades específicas aos materiais. • Adição de impurezas : ü solução sólida ü formação de 2 a fase • Elementos em uma liga: ü Solvente : elemento ou composto presente em maior quantidade ü Soluto: elemento ou composto presente em menor quantidade ü Fase: porção homogênea de um material com características físicas e químicas uniformes.

Defeitos Pontuais : Solução Sólida • Dois ou mais elementos dispersos em uma única fase. Ø 2 tipos: substitucional ou intersticial • Substitucional: ü átomos do solvente substituídos por átomos do soluto no reticulado; ü a estrutura do solvente não muda, mas se deforma; • Intersticial: ü os átomos do soluto “espremem-se” nos vazios (interstícios) da rede cristalina do solvente; ü ocorre quando a diferença de tamanho entre soluto e solvente é grande; ü a máxima solubilidade é menor que 10 %

Defeitos Pontuais : Defeito de Schottky Cristal covalente: vacância Cristal iônico: par de vacâncias Ns = Número de vazios N = Número de posições atômicas Qs = Energia de ativação T = Temperatura absoluta em kelvins k = Constante de Boltzman 1, 38 x 10 -23 J/átomo. K 8, 62 x 10 -5 ev/átomo. K

Defeitos Pontuais : Condição de Eletroneutralidade A compensação de carga leva à formação de vazios.

Concentrações - Composição • % Peso: útil quando se trabalha com soluções • % Atômica: útil quando se estuda o material no nível atômico Ø m 1 : massa do elemento 1 Ø A 1 : massa atômica do elemento 1 Ø n 1 : número de moles do elemento 1 • Conversão: % peso % atômica % massa

Defeitos em Linha : Discordâncias • Definição Ø Defeito em uma dimensão ao redor do qual alguns átomos encontramse desalinhados; Ø Translação incompleta de uma das partes da rede em relação às outras. • Classificação ü Discordância em aresta ü Discordância em espiral ü Discordância combinada

Defeitos em Linha : Discordâncias Discordância de aresta: o movimento da linha de discordância é paralelo ao da força de cisalhamento Discordância em espiral: o movimento da linha de discordância é perpendicular ao da força de cisalhamento

Discordância de Aresta (a) (b) (c) Discordância de aresta a) Um cristal perfeito; b) Um plano extra é inserido no cristal (a); c) O vetor de burgers b equivale à distância necessária para fechar o contorno formado pelo mesmo número de átomos ao redor da discordância de aresta.

Discordâncias: O Vetor de Burgers Linha da discordância de aresta Ø O vetor de Burgers b é perpendicular à linha de discordância em uma discordância de aresta.

Discordância em Espiral Linha de discordância (a) (b) (c) Vetor de Burgers b a) Um cristal perfeito; b) b) e c) Deslocamento de uma secção transversal da ordem de um espaçamento atômico. Ø O vetor de Burgers b é paralelo à linha de discordância em uma discordância em espiral.

Discordância em Espiral Ø Discordância em espiral como resultado de um cisalhamento parcial

Discordância Combinada Ø Discordâncias de aresta ou em espiral raramente ocorrem separadamente.

Movimento de Discordâncias Tensão de cisalhamento Plano de deslizamento Plano extra de átomos Linha de discordância Vetor de Burgers Ø O movimento de discordâncias provocam deslizamentos, que resultam em deformações permanentes (plásticas) no material. Monocristal tração de Zn sob

Discordâncias : Esforços Envolvidos Repulsão Atração e aniquilamento Regiões de tração e compressão ao redor da discordância Interação entre discordâncias

Defeitos Interfaciais • Superfícies Externas: ü Átomos na superfície não têm todas suas ligações satisfeitas e possuem maior energia livre que os átomos sob a superfícies; ü Área da superfície tende a minimizar; ü A superfície dos sólidos podem se “reconstruir” para satisfazer as ligações atômicas dos seus átomos. Superfície com energia livre Átomos insaturados Material cristalino

Defeitos Interfaciais: Contornos de Grão • Contornos de Grão: ü Materiais policristalinos são formados por muitos cristais ou grãos, que têm diferentes direções cristalográficas; ü Nas regiões onde estes grãos se encontram ocorre um desordenamento atômico. Elas são chamadas de contorno de grão; Ø Os átomos próximos à fronteira dos 3 grãos não têm um espaçamento uniforme ou ordenamento. Microestrutura do Pd (100 x)

Contornos de Grão • ngulos de desalinhamento: ngulo de desalinhamento ü Em função do desalinhamento dos planos atômicos entre os grãos adjacentes, pode-se distinguir os contornos de grão de baixo e alto ângulo. Alto ângulo Baixo ângulo de desalinhamento

Defeitos Interfaciais: Maclas (twin boundaries) Ø

Defeitos Interfaciais: Maclas (twin boundaries) • Maclas podem ser causadas por deformações do material, causadas por tensões térmicas ou mecânicas; • Ligas com memória de forma: ü Esse defeito é observado em materiais com memória de forma, que podem recuperar sua forma original quando expostos a uma fonte de calor; ü As maclas desaparecem quando estes materiais são deformados e ressurgem quando são aquecidos a altas temperaturas, recuperando sua forma original. (a) (b) Microscopia de maclas em grão de bronze

Defeitos Interfaciais: Falha de Empacotamento Ø

Defeitos em Volume • Podem ser classificados como poros, fraturas ou inclusões: • poros Fases secundárias Inclusões Heterogeneidade (materiais multifásicos)

Exames Microscópicos • Microscopia ü Microscopia óptica ü Microscopia eletrônica de varredura ü Microscopia eletrônica de transmissão Ø Microscopia óptica • Microestrutura ü Tamanho de grão ü Forma

Microscopia Óptica • Determinação de tamanho de grão ü Tome uma micrografia de uma amostras polida, ampliada 100 X; üN=2 n-1 n = 1 + ln (N)/ln (2) Onde: N = número de grãos por polegada quadrada n = tamanho de grão • Determinação superfície de contorno de grão por unidade de volume ü traça-se um círculo aleatoriamente ü Contam-se as intersecções Sv = 2 PL, PL = número de pontos de intersecção

Exames Microscópicos Ø Microscopia Eletrônica (SEM) Microscopia eletrônica de rocha lunar

Exames Microscópicos Ø Microscopia Eletrônica (TEM) Microscopia eletrônica de transmissão de um cristal de níquel Discordâncias