Discordâncias Imperfeições

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

ImperfeiImperfeiçções em Sões em Sóólidoslidos
• Sólidos não são perfeitos em sua microestrutura:
� muitas propriedades estão relacionadas a estes defeitos;
� 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:
� Defeito pontual ( 0 – D)
� Discordâncias ( 1 – D)
� Defeitos interfaciais ou de fronteira (2 – D)
� Defeitos em volume (3 – D)
Defeitos PontuaisDefeitos Pontuais
Vazios e Intersticiais
Vazios
Intersticiais
S
u
b
s
t
i
t
u
c
i
o
n
a
i
s
• 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






−=
kT
QNN vv exp
Defeitos PontuaisDefeitos Pontuais
Defeito de Frenkel: Auto-intersticial 
(átomo ou íon) criando uma vacância 
na rede.
Átomo/íon em uma 
posição intersticial
Vacância
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
k = Constante de Boltzman
1,38x10-23 J/átomo.K
8,62x10-5 ev/átomo.K
• Há sempre impurezas em cristais metálicos, que podem ser vistos como 
defeitos pontuais. 
• Ligas:
� Átomos de impurezas são adicionados intencionalmente a uma 
estrutura cristalina formada por outro átomo, para gerar 
propriedades específicas aos materiais.
• Adição de impurezas :
� solução sólida
� formação de 2a fase
• Elementos em uma liga:
� Solvente : elemento ou composto presente em maior quantidade
� Soluto: elemento ou composto presente em menor quantidade
� Fase: porção homogênea de um material com características 
físicas e químicas uniformes.
Defeitos Pontuais : Impurezas em SDefeitos Pontuais : Impurezas em Sóólidoslidos
Defeitos Pontuais : SoluDefeitos Pontuais : Soluçção São Sóólidalida
• Dois ou mais elementos dispersos em uma única fase.
� 2 tipos: substitucional ou intersticial
• Substitucional: 
� átomos do solvente substituídos por átomos do soluto no reticulado;
� a estrutura do solvente não muda, mas se deforma;
• Intersticial: 
� os átomos do soluto “espremem-se” nos vazios (interstícios) da rede cristalina do solvente;
� ocorre quando a diferença de tamanho entre soluto e solvente é grande;
� a máxima solubilidade é menor que 10 %
Defeitos Pontuais : Defeito de SchottkyDefeitos 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
1,38x10-23 J/átomo.K
8,62x10-5 ev/átomo.K
Defeitos Pontuais : CondiDefeitos Pontuais : Condiçção de Eletroneutralidadeão de Eletroneutralidade
A compensação de carga leva à formação de vazios.
• % Peso: útil quando se trabalha com soluções
• % Atômica: útil quando se estuda o material no nível atômico
� m1 : massa do elemento 1
� A1 : massa atômica do elemento 1
� n1 : número de moles do elemento 1
100
21
1
1 ×
+
=
mm
mC
100
21
1'
1 ×+
=
mm
m
nn
nC
1
1
1 A
m
nm =
ConcentraConcentraçções ões -- ComposiComposiççãoão
• Conversão: % peso % atômica % atômica % massa
Defeitos em Linha : DiscordânciasDefeitos em Linha : Discordâncias
• Definição
� Defeito em uma dimensão ao redor do qual alguns átomos encontram-
se desalinhados;
� Translação incompleta de uma das partes da rede em relação às outras. 
• Classificação
� Discordância em aresta
� Discordância em espiral
� Discordância combinada
Defeitos em Linha : DiscordânciasDefeitos 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 ArestaDiscordância de Aresta
(a) (b)
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.
(c)
Discordância de aresta
Discordâncias: O Vetor de Discordâncias: O Vetor de BurgersBurgers
Vetor de Burgers
Linha da
discordância
de aresta
� O vetor de Burgers b é perpendicular à linha de discordância em uma 
discordância de aresta.
Discordância em EspiralDiscordância em Espiral
(a) (b) (c)
Linha de 
discordância
Vetor de 
Burgers b
a) Um cristal perfeito;
b) e c) Deslocamento de uma secção transversal da ordem de um espaçamento 
atômico.
� O vetor de Burgers b é paralelo à linha de discordância em uma discordância 
em espiral.
Discordância em EspiralDiscordância em Espiral
� Discordância em espiral como resultado de um cisalhamento parcial
Discordância CombinadaDiscordância Combinada
� Discordâncias de aresta ou em espiral raramente ocorrem separadamente.
Movimento de DiscordânciasMovimento de Discordâncias
Tensão de cisalhamento Plano extra de átomos
Linha de discordânciaPlano de deslizamento
Vetor de Burgers
� O movimento de 
discordâncias provoca 
deslizamentos, que resultam 
em deformações 
permanentes (plásticas) no 
material.
Monocristal de Zn sob 
tração
Discordâncias : EsforDiscordâncias : Esforçços Envolvidosos Envolvidos
Regiões de tração e compressão 
ao redor da discordância
Interação entre discordâncias
Repulsão
Atração e 
aniquilamento
Defeitos InterfaciaisDefeitos Interfaciais
• Superfícies Externas: 
� Átomos na superfície não têm todas suas ligações satisfeitas e possuem maior 
energia livre que os átomos sob a superfícies;
� Área da superfície tende a minimizar;
� A superfície dos sólidos podem se “reconstruir” para satisfazer as ligações 
atômicas dos seus átomos.
Átomos 
insaturados
Superfície com 
energia livre
Material 
cristalino
Defeitos Interfaciais: Contornos de GrãoDefeitos Interfaciais: Contornos de Grão
• Contornos de Grão: 
� Materiais policristalinos são formados por muitos cristais ou grãos, que têm diferentes 
direções cristalográficas;
� Nas regiões onde estes grãos se encontram ocorre um desordenamento atômico. Elas são 
chamadas de contorno de grão;
� Os átomos próximos à fronteira dos 3 
grãos não têm um espaçamento uniforme 
ou ordenamento. Microestrutura do Pd (100x)
Contornos de GrãoContornos de Grão
• Ângulos de desalinhamento: 
� Em função do 
desalinhamento dos planos 
atômicos entre os grãos 
adjacentes, pode-se distinguir 
os contornos de grão de 
baixo e alto ângulo.
Ângulo de 
desalinhamento
Ângulo de 
desalinhamento
Alto ângulo
Baixo ângulo
Defeitos Interfaciais: Maclas (Defeitos Interfaciais: Maclas (twintwin boundariesboundaries))
� Uma macla separa duas regiões cristalinas que são, estruturalmente, imagens 
espelhadas uma da outra.
Defeitos Interfaciais: Maclas (Defeitos Interfaciais: Maclas (twintwin boundariesboundaries))
• Maclas podem ser causadas por deformações do material, causadas por tensões 
térmicas ou mecânicas;
• Ligas com memória de forma:
� Esse defeito é observado em materiais com memória de forma, que podem recuperar sua 
forma original quando expostos a uma fonte de calor;
� As maclas desaparecem quando estes materiais são deformados e ressurgem quando 
são aquecidos a altas temperaturas, recuperando sua forma original.
Microscopia de maclas em grão de bronze
(a)
(b)
Defeitos Interfaciais: Falha de EmpacotamentoDefeitos Interfaciais: Falha de Empacotamento
� Corresponde a interrupção de uma seqüência regular de empacotamento de planos 
em uma rede cristalina
Defeitos em VolumeDefeitos em Volume
• Podem ser classificados como poros, fraturas ou inclusões:
• Poros: podem modificar substancialmente as propriedades ópticas, mecânicas e 
térmicas de um material;
• Fraturas: podem afetar as propriedades mecânicas do material;
• Inclusões: podem modificar substancialmente as propriedades elétricas, 
mecânicas e ópticas de um material;
poros
Fases secundárias
Inclusões
Heterogeneidade
(materiais multifásicos)
Exames MicroscExames Microscóópicospicos
• Microscopia
� Microscopia óptica
� Microscopia eletrônica de varredura
� Microscopia eletrônica de transmissão
• Microestrutura
� Tamanho de grão
� Forma
� Microscopia óptica
Microscopia Microscopia ÓÓpticaptica
• Determinação de tamanho de grão
� Tome uma micrografia de uma amostras polida, ampliada 100 X;
� N = 2 n-1
n = 1 + ln (N)/ln (2)
Onde:
N = número de grãos por polegada quadrada
n = tamanho de grão
• Determinação da superfície de contorno 
de grão por unidade de volume
� traça-se um círculo aleatoriamente
� Contam-se as intersecções
Sv = 2 PL,
PL = número de pontos de intersecção 
por unidade de comprimento
Exames MicroscExames Microscóópicospicos
� Microscopia Eletrônica (SEM)
Microscopia eletrônica de rocha lunar
Exames MicroscExames Microscóópicospicos
� Microscopia Eletrônica (TEM)
Microscopia eletrônica 
de transmissão de um 
cristal de níquel
Discordâncias