imperfeições karla, Notas de estudo de Engenharia de Áudio

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Ciências dos

materiais

IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS

Introdução  (^) As propriedades de alguns materiais são profundamente influenciadas pela presença de imperfeições  (^) Todos os materiais apresentam um grande número de defeitos e imperfeições em suas estruturas cristalinas.  (^) Características específicas são obtidas através da introdução de quantidades controladas de defeitos específicos.

• (^) Defeitos Pontuais associados c/ 1 ou 2 posições atômicas
• (^) Defeitos lineares uma dimensão
• (^) Defeitos planos ou
• (^) interfaciais contornos bidimensionais
• (^) Impurezas âtomos de impurezas podem existir como defeito pontual IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS

Exemplos de efeitos da presença de imperfeições O processo de dopagem em semicondutores visa criar imperfeições para mudar o tipo de condutividade em determinadas regiões do material. A deformação mecânica dos materiais promove a formação de imperfeições que geram um aumento na resistência mecânica (processo conhecido como encruamento).

1- DEFEITOS PONTUAIS

• (^) Lacunas ou vacâncias ou vazios
• (^) Átomos Intersticiais
• (^) Schottky
• (^) Frenkel
• (^) Impurezas Ocorrem em sólidos iônicos, ou seja materiais cerâmicos

LACUNAS

• (^) Envolve a falta de um átomo, onde um sítio deveria estar ocupado está com um átomo faltando
• (^) São formados durante a solidificação do cristal ou como resultado das vibrações atômicas (os átomos deslocam-se de suas posições normais). Aumentam exponencialmente com o aumento da temperatura
• (^) Não é possível criar um material isento desse tipo de defeito

Defeitos pontuais Auto-interticial  (^) É um átomo do cristal posicionado em uma sítio intersticial, que em circunstâncias normais estaria vago.  (^) Os defeitos auto-intersticiais causam uma grande distorção do reticulado cristalino a sua volta.

AUTO INTERSTICIAIS

• (^) Envolve um átomo extra no interstício (do próprio cristal).
• (^) Produz uma distorção no reticulado, já que o átomo geralmente é maior que o espaço do interstício
• (^) A formação de um defeito intersticial implica na criação de uma vacância, por isso este defeito é menos provável que uma vacância

DEFEITOS PONTUAIS EM SÓLIDOS IÔNICOS

• (^) Uma vez que os átomos existem como íons carregados, quando são consideradas as estruturas de defeitos as condições de eletroneutralidade (mesmo número de cargas positivas e negativas) devem ser mantidas.
• (^) Como consequencia os defeitos nas cerâmicas não ocorrem sozinhos.

• (^) Existem dois tipos de defeitos envolvendo um par composto: Defeito de Frenkel Defeito de Schottky
• (^) A razão entre o número de cátions e o número de ânions não é alterada pela formação de um defeito Frenkel ou um defeito de Schottky, se não houver outro defeito diz-se que o material é estequiométrico.
• (^) A estequiometria pode ser definida como um estado para compostos iônicos onde existe a razão exata entre cátions e ânions

SCHOTTKY

• (^) Consiste em um par que é composto por uma lacuna de cátion e uma lacuna de ânion.
• (^) Pode ser considerado como sendo formado pela remoção de um cátion e um ânion do interior do cristal, seguido pela colocação de ambos os íons em uma superfície externa.
• (^) Uma vez que tanto os cátions como os ânions possuem a mesma carga, e que para cada lacuna de ânion existe uma lacuna de cátion, a neutralidade do cristal é mantida.

IMPUREZAS EM SÓLIDOS

• (^) Um metal considerado puro sempre tem impurezas (átomos estranhos) presentes.
• (^) A presença de impurezas promove a formação de defeitos pontuais
• (^) Exemplo: prata de lei é uma liga composta por 92,5% de prata e 7,5% de cobre (a prata pura é resistente à corrosão, mas é muito macia).

Defeitos pontuais Impureza nos sólidos Soluções sólidas  (^) SOLUÇÃO SÓLIDA : ocorre quando a adição de átomos do soluto não modifica a estrutura cristalina nem provoca a formação de novas estruturas.  (^) SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONAL : os átomos de soluto substituem uma parte dos átomos de solvente no reticulado.  (^) Exemplos: latão (Cu e Zn), bronze (Cu e Sn), monel (Cu e Ni).  (^) SOLUÇÃO SÓLIDA INTERSTICIAL : os átomos de soluto ocupam os interstícios existentes no reticulado.  (^) Exemplo: carbono em ferro.

SOLUÇÕES SÓLIDAS

A estrutura cristalina do material que atua como matriz é mantida e não formam-se novas estruturas. As soluções sólidas formam-se mais facilmente quando o elemento de liga (impureza) e matriz apresentam estrutura cristalina e dimensões eletrônicas semelhantes. Nas soluções sólidas as impurezas podem ser:

• Intersticial
• Substitucional