A6 Estrutura não-cristalina defeitos lineares, planares e ... · dos planos cristalinos em espiral leva a um vector de Burgers paralelo à linha da deslocação Deslocação mista,

A6 – Estrutura não cristalina –imperfeição: defeitos lineares,

planares e em volume

Deslocações no KCl. O KCl é transparente e as deslocações (linhasbrancas) foram “decoradas” com impurezas para as tornar visíveis

Defeitos lineares ou “deslocações”– imperfeições unidimensionais

Defeitos pontuais (de dimensão zero) foram descritos como imperfeições estruturaisresultantes da agitação térmica. Defeitos lineares (de dimensão um) estão associadassobretudo à deformação mecânica, e são chamados deslocações (dislocations).

Deslocação em cunha: o defeito linear e representadopela aresta de um meio-planoextra de átomos

Defeitos lineares – deslocações em cunhaDefinição 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

Defeitos lineares: deslocação em parafuso e mista

Deslocação em parafuso: o empacotamentodos planos cristalinos em espiral leva a umvector de Burgers paralelo à linha dadeslocação

Deslocação mista, com um vectorde Burgers único, e caracter decunha e parafuso

Deslocações e deformação mecânica

Escorregamento de um plano deátomos por outro, necessário paradeformar plasticamente(permanentemente) um cristal perfeito é um processo que requeruma tensão muito elevada(10 x maior do que a observada) Um processo alternativo de baixa tensão

para deformar um cristal envolve o movimentode deslocações ao longo de um plano de escorregamento (dislocation glide)

Modos de propagação de deslocações

Cunha Parafuso Mista

Distorsão devida à deslocação

A energia do cristal aumenta com o comprimento total de deslocações no cristal

Deslocações e deformação mecânica

O escorregamento dasdeslocações é mais difícilao longo dum plano debaixa densidade (a) do queao longo de um plano dealta densidade atómica (b)

o Al, cfc, é dúctil (deformável) porque tem umgrande número (12) de combinações de direcções//planos de alta densidadeo Mg, hc, é tipicamente mais frágil devido aomenor número (3) dessas combinações

Deslocações e deformação mecânica

Deslocações e deformação mecânica

Obstáculos ao movimento das deslocações aumentam a resistência mecânicados metais e cerâmicos: átomos e partículas estranhos, outras deslocações(que podem ser criadas por deformação a frio, e removidas por recozimentoa alta temperatura -1/3 a ½ da temperatura de fusão)

0.4 wt% de carbono no açopode aumentar a sua resistênciamecânica de 15 MPa para 1500 MPa

Defeitos planares – imperfeição bidimensionalTodos os materiais têm uma superfície

Uma vista mais detalhada da superfície

Uma macla (twin boundary) separaduas regiões cristalinas que são,estruturalmente, imagens no espelhouma da outra

Defeitos planares – fronteiras de grão

fronteira de grão é a região em que doismonocristais (grãos)com diferentesorientações se encontram

A microestrutura maisrelevante para muitosmateriais de engenhariaé a estrutura do grão e muitas propriedades são sensíveis a esta

Defeitos planares – a fronteira do grão

Uma estrutura simples de fronteira do grão Uma estrutura mais complexa, masainda com alguma regularidade

Sólidos não-cristalinos: imperfeições tridimensionais

óxido cristalino óxido não-cristalino

O material não-cristalino mantem a ordem a curta distância (SRO) (o bloco coordenadotriangularmente) mas perde a ordem a longa distância (LRO), isto é, a cristalinidade

A temperatura de transição vítreacristal vidro

materialsemicristalino

Um “vidro” é um materialque não tem ordem a longa distância e estáabaixo da temperaturaà qual os rearranjosatómicos ou molecularespodem ocorrer a umaescala de tempo comparavel com a experiência

Uma “borracha” é umsólido amorfo para o qualos rearranjos molecularespodem ocorrer numa escala de tempo comparavelcom a experiência

A temperatura crítica que separa o comportamento vítreo do comportamentotipo borracha, numa escala de tempo comparavel com a experiência, é a temperaturade transição vítrea, Tg

cerâmicos,polímerosmetais,semicondutores

Termoplásticos e termoendurecíveis

PET

termoplástico

X-linkcaracterísticoda rede 3Ddumtermoendurecível

Bakelite

Polímeros: fusão e Tg

Borrachas e elastómerosBorrachas são materiais não-cristalinos para os quais Tg é abaixo de RT, e quepossum uma arquitectura molecular que impede a cristalização

Polibutadieno como polímero termoplástico e como borracha com cross-links

Dependência de E com T

Polímero amorfosem cross-links

7000 MPa

0.7-70 MPa

Polímeroamorfo comcross-links

borracha

epoxis,fenólicos(termo-endurecíveis)

Defeitos em sólidos não-cristalinos

Impurezas químicas comoo Na+ modificam o vidrointerrompendo a redecontínua aleatória e deixando iões oxigénio quenão estão em ponte

Vários tipos de defeitospontuais em vidros desilicatos, após irradiação

Deslocação emSiO2 não-cristalino(só a posição dosátomos de Si éindicada)

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