Imperfeições cristalinas • No material cristalino não existe uma ordem atômica perfeita • As imperfeições existentes no material influenciam suas propriedades MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA CAMPUS JOINVILLE
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Imperfeições cristalinas No material cristalino não existe uma ordem atômica perfeita As imperfeições existentes no material influenciam suas propriedades.
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Imperfeições cristalinas
• No material cristalino não existe uma ordem atômica perfeita
• As imperfeições existentes no material influenciam suas propriedades
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOSECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICAINSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA CAMPUS JOINVILLE
• A adição de impurezas em um metal puro pode melhorar suas propriedades
• Exemplos: A prata pura adquire maior dureza e resistência
mecânica se lhe for adicionado cobre (7,5% em peso)
Em um semicondutor são adicionadas pequenas concentrações de átomos de “impurezas” para controle de propriedades elétricas.
• defeito cristalino : irregularidade na rede cristalina com uma ou mais de suas dimensões na ordem de um diâmetro atômico.
Defeitos pontuais
• Metal puro ?
Refino de um metal 99,9999 % (possui átomos de impurezas da ordem de 1022 a 1023 átomos/m3 ).
• Os metais mais conhecidos são ligas devido ao aumento da resistência mecânica e resistência à corrosão. Ex. prata de lei, aço inoxidável.
ADIÇÃO DE ÁTOMOS SOLUÇÃO SÓLIDA E/OU COMPOSTO
DEPENDENDO DE IMPUREZAS - tipos de impurezas- concentrações - temperaturas
Na solução sólida os átomos de soluto são adicionados e a estrutura cristalina do elemento hospedeiro (solvente) é mantida. A composição é homogênea em todo o volume do material, ou seja, os átomos estão distribuídos uniformemente no interior do sólido
• Assim ocorre também com uma solução líquida, por exemplo na solução água + álcool, que é formada por uma mistura de moléculas que têm composição homogênea em toda a sua extensão.
• Solução sólida substitucional : átomos de solutos substituem os átomos hospedeiros. Ex. Níquel em Cobre
REGRAS DE SOLUBILIDADE SÓLIDA:Será maior o grau de solubilidade (ou o grau de
dissolução do soluto no solvente) se:
1) a diferença dos raios atômicos do sovente e do soluto não ultrapassar ~ 15%;
2) a estrutura cirstalina for a mesma;
3) a eletronegatividade for próxima;
4) forem iguais os fatores acima, um sovente dissolverá maior quantidade do soluto que tiver maior valência.
• Solução sólida intersticial : átomos de impureza nos interstícios que existem entre átomos hospedeiros (concentração < 10 %). O diâmetro atômico do soluto deve ser muito menor do que o do solvente. Ex. Carbono no ferro.
Defeitos lineares – discordâncias
• A discordância é o defeito gerado pelo deslocamento de uma linha de átomos de suas posições de equilíbrio na rede cristalina, em torno da qual existe uma distorção na rede.
Discordância aresta : quando existe um plano extra de átomos na rede, ficando
definida um linha de átomos na extremidade deste plano.
Discordânica espiral: cisalhamento de planos cristalográficos que produz o
deslocamento de uma distância atômica de plano de átomos superior em relação ao
plano de átomos inferior.
A distorção ocorre ao longo de uma linha de deslocamento atômico.
Discordância mista : a maioria das discordâncias encontradas em
materiais cristalinos não é puramente aresta ou espiral, mas uma
combinação de ambas.
Defeitos planares (interfaciais) : superfícies externas, contornos de grãos, contornos de macla, contornos de fase,
falha de empilhamento.
Estes defeitos são bidimensionais e separam os constituintes dos materiais que têm diferentes orientações cristalográficas
e/ou diferentes estruturas cristalinas.
Superfícies externas : são contornos do material onde termina a estrutura do
cristal. Os átomos de superfície possuem maior energia em relação aos átomos
internos, por não estarem ligados a um máximo de átomos vizinhos.
Contornos de grão : os materiais policristalinos são formados por infinidades
de grãos ou cristais com diferentes orientações cristalográficas que são
separados pelos contornos bidimensionais.
Este contorno possui a dimensão de poucas distâncias interatômicas, possuindo
desncontros atômicos na região da rede entre as diferentes orientações cristalográficas de
grãos adjacentes.
Os contornos de grão são arranjos de discordâncias e, portanto, é uma região de maior energia em relação
ao interior do cristal.
Existem contornos de grão de baixo e alto ângulo, dependendo da
orientação cristalográfica dos grãos adjacentes.
Formação dos grãos cristalinos
Material Policristalino Material Policristalino Monocristal Grãos em colunas
O processo de solidificação direcional consiste em solidificar uma amostra na forma de uma barra e inicialmente no estado líquido, a partir de uma das extremidades, como mostra a figura.
Efetuando esta operação com velocidades extremamente baixas (1cm/h) e assim, tendo controle sobre a direção e taxa de resfriamento do líquido, é possível obter um sólido com alta perfeição cristalina. (Fonte: Formação e Imperfeições da Estrutura cristalina Prof. Dr. Rubens Caram – FEM Unicamp)
Processo Czochralski Processo Bridgman
Processo Zonal Flutuante
.Forno de fusão a arco para solidificação direcional de materiais
de alto ponto de fusão Esse equipamento permite fundir e solidificar direcionalmente
materiais com temperatura de fusão superiores a 2.500oC. (Fonte: FEM/UNICAMP - SP)
Dispositivo de solidificação unidirecional ascendente:
Vista em corte
Representação esquemática do corte longitudinal
Contornos de macla : tipo especial de contorno de grão por meio do
qual existe simetria em espelho da rede cristalina. As maclas podem ser produzidas por deformação
(metais CCC e HC) ou por recozimento (metais CFC).