2012 1_Aula 04 P&B_Ciência dos Materiais

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22/03/2012 
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Universidade de Brasília - UnB | Ciência dos Materiais | Prof. Claudio Henrique Pereira 
 
ENG AMBIENTAL – UnB 
Faculdade de Tecnologia 
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental 
Aula 04 
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Defeitos e imperfeições 
Introdução: Defeitos e Imperfeições 
• Por que estudar imperfeições nos Sólidos??? 
– As propriedades de alguns materiais são 
profundamente influenciadas pela presença de 
imperfeições. 
 
- Interferem significativamente em seus comportamentos globais 
 
• Todos materiais contêm imperfeições nos seus 
arranjos atômicos 
 “ sólido ideal Não existe! ” 
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Imperfeições no Cristais 
 
• Tipos de imperfeições 
– Defeitos pontuais; 
– Defeitos de linha ou discordâncias; 
– Defeitos de superfícies ou planares. 
Imperfeições no Cristais 
• Defeitos pontuais 
– Caracterizados por descontinuidades localizadas 
que se formam no reticulado cristalino 
envolvendo um ou vários átomos; 
 
– Decorrentes do movimento atômico 
• Aquecimento do cristal; 
• Impurezas; 
• Criados intencionalmente através de ligas. 
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Imperfeições no Cristais 
• Defeitos pontuais - Classificação: 
– Vazios (lacunas) 
• Falta de um ou mais átomo do reticulado; 
 
– Defeitos intersticiais 
• Átomos de soluto inseridos nos interstícios entre os átomos 
dos solventes; 
– Soluções sólidas interstíciais. 
 
– Defeitos substitucionais 
• Átomos do soluto substitui átomos de solvente do 
reticulado 
– Soluções sólidas substitucionais. 
Imperfeições no Cristais 
• Defeitos pontuais – Classificação (cont.): 
 
– Defeito de Frenkel 
• Íon se desloca de sua posição original no reticulado para 
ocupar um interstício no cristal, deixando vazia a sua 
posição original. 
 
– Defeito de Schottly 
• Vazio gerado não pela saída de um átomo, mas sim pela 
ausência de um par de íons de cargas elétricas opostas. 
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Defeitos Pontuais 
Imperfeições nos Cristais 
• Defeitos Lineares – Discordâncias 
 
– Defeitos lineares ou unidimensional em torno do 
qual alguns átomos estão desalinhados; 
 
– Tipos principais de discordâncias 
• Discordância em cunha ou aresta; 
• Discordância helicoidal ou em espiral. 
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Imperfeições nos Cristais 
• Discordância em cunha ou aresta; 
 
– Ocorrência de um meio-plano extra de átomos 
inserido entre planos de átomos em um cristal; 
 
– Originada quando há uma pequena diferença de 
orientação de partes adjacentes do cristal em 
crescimento, podendo um plano extra ser 
introduzido ou eliminado; 
Ilustração de discordância em arestas 
(cunha)‏ 
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Imperfeições nos Cristais 
• Discordância helicoidal ou espiral 
– Átomos e células unitárias são acrescidas de modo 
que, ao se observar o cristal em seu plano 
cristalográfico e ao proceder a um movimento circular 
sobre a superfície de topo, o ponto final deste 
movimento circular completo estaria a um nível acima 
ou abaixo em relação ao ponto de partida; 
 
– O movimento circular na superficie de topo do cristal 
é, na realidade um movimento helicoidal ou em 
espiral. 
Ilustração das discordância helicoidal 
ou em espiral 
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Discordâncias 
• Forte relação com as deformações plásticas 
(permanentes) em sólidos cristalinos 
– Discordâncias em arestas 
• Zonas de compressão e tração acompanhando o defeito; 
– Discordâncias helicoidais 
• Tensões de cisalhamento acompanhando o defeito; 
 
• Movimento das discordâncias explica o escorregamento 
dos cristais que por sua vez, esclarece o escoamento e a 
ductilidade dos materiais metálicos. 
Imperfeições nos Cristais 
• Defeitos de Superfícies ou Planares 
– Relacionados com limites ou fronteiras dos 
materiais, os quais separam regiões planares do 
material em partes distintas quanto à orientação 
dos cristais, muito embora seja resguardada a 
mesma estrutura cristalina em todo o sólido; 
 
– Defeitos de superfície 
• Superfície do material; 
• Contorno dos grãos. 
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Imperfeições nos Cristais 
• Superfície do material 
– Região do material onde o reticulado cristalino 
termina abruptamente; 
– Átomos não tem coordenação atômica adequada; 
• Ligação atômica incompleta 
• Vizinhos apenas de um lado. 
– Superfície externa dos materias é mais reativa do 
que sua parte interna. 
Átomos Superficiais 
 
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Imperfeições nos Cristais 
• Estruturas monocristalinas e policristalinas 
– Sólido cristalino 
• Arranjo periódico e repetido dos átomos e perfeito ou 
se estende ao longo da totalidade da amostra 
• Estrutura Monocristalina. 
 
– Maioria dos sólidos cristalinos 
• Composta por um conjunto de muitos cristais pequenos 
ou grãos; 
• Estrutura Policristalina. 
Imperfeições nos Cristais 
• Grãos 
– Partes da superfície do material em que existe 
homogeneidade quanto à orientação dos cristais 
• Dentro de um grão o arranjo atômico é sempre o 
mesmo. 
 
– Entre essas várias partes homogêneas da 
superfície do material, há um tênue região de 
fronteira que representa a transição entre grãos 
• Contorno de grão. 
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Diagramas esquemáticos dos vários estágios de 
solidificação de um material policristalino 
 
Contorno dos Grãos 
• Empacotamento atômico desses átomos é 
menos eficiente do que o dos átomos do 
interior do grão 
– Átomos com maior energia e mais reativos. 
 
• Quando essa superfície é atacada, esses 
átomos do contorno são dissolvidos mais 
rapidamente 
– Artifício usado nas avaliações metalográficas; 
– Favorecimento da difusão atômica nessa região. 
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Contornos dos Grãos