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PMT2200. Materiais - Aula 8 - Difusão
Tipologia: Notas de aula
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¸ Difusão: migração passo a passo de átomos de determinadas posições do reticulado para outras.
¸ Para ocorrer a movimentação dos átomos são necessárias duas condições:
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DIFUSÃO POR LACUNAS : átomos substitucionais trocam de posição com lacunas existentes no reticulado cristalino.
ß A movimentação é função do número de lacunas presentes. ß O número de lacunas aumenta exponencialmente com a temperatura. ß A movimentação do átomo ocorre em uma direção e a de lacunas ocorre na direção contrária.
AUTODIFUSÃO (difusão de átomos de mesma espécie) INTERDIFUSÃO (difusão de átomos de espécies diferentes)
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DIFUSÃO INTERSTICIAL : átomos intersticiais migram para posições intersticiais adjacentes não ocupadas do reticulado.
ß Não há a necessidade de existir lacunas vizinhas. ß Em metais e ligas, difusão de impurezas de raio atômico muito pequeno em relação ao raio atômico da matriz. Exemplos: hidrogênio, carbono, nitrogênio e oxigênio no aço. ß Difusão intersticial é muito mais rápida que a difusão substitucional (por lacunas).
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ou na forma diferencial
onde: M, massa (ou o equivalente número de átomos); A, secção transversal; e t, tempo. [J] ≡≡ kg/(m^2 s)
dt
dM
A
1 J =
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Em muitos fenômenos estudados, a difusão ocorre em regime transitório. Neste caso, tanto o fluxo quanto a concentração variam com o tempo
∂
∂
∂
∂
∂
x
C D t x
C
Quando o coeficiente de difusão não depende da concentração (portanto, da posição):
2
2
x
C D t
C
∂
∂
∂
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Em geral, a dedução das soluções da segunda lei de Fick é complexa.
Por exemplo, no processo de cementação de uma chapa de aço pode-se considerar que:
¸O teor de carbono na superfície do aço seja constante (CS = constante) ¸O coeficiente de difusão para uma dada temperatura não varie com a concentração (D = constante) ¸O teor de carbono da chapa antes da cementação seja homogêneo e igual a Co
Nesse caso, a solução é:
Dt
x erf C C
S o
x o 2
onde: x é a distância à superfície cementada
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As distâncias de difusão são proporcionais a (^) Dt , assim:
Para Cx = ½(CS-Co), tem-se :
x ≅ Dt
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onde: Do, uma constante (m^2 /s); Qd, energia de ativação para difusão (J/mol); R, constante universal dos gases (8,31 J/mol K); e T, temperatura absoluta (K).
= − RT
Q D Do exp d
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•Em alguns casos, a contribuição do fluxo de átomos através dos defeitos cristalinos é insignificante (a seção transversal das suas áreas é bem pequena comparada com o interior do material)
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ESQUEMA DA CONEXÃO ENTRE DUAS JUNÇÕES E UMA CONEXÃO METÁLICA
PRODUÇÃO DE CIRCUITOS INTEGRADOS UTILIZANDO DIFUSÃO
•Junção tipo n : Si4+^ + (P5+^ ou As5+^ ou Sb5+)
•Junção tipo p : Si4+^ + (Al3+^ ou B3+^ ou Ga3+)
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Exemplo: Dopagem de Si com B
