Baixe Imperfeições nos sólidos - 2010 e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity!
Por que Estudá-los?
Devido as propriedades de alguns materiais são profundamente
influenciadas
pela presença de imperfeições.
É importante ter conhecimento dos tipos de imperfeições existentes e
sobre os papéis que elas representam ao afetar o comportamento dos
materiais.
Por exemplo, as propriedades mecânicas de metais puros
experimentam alterações significativas quando eles são ligados (isto é,
quando átomos de impurezas são adicionados).
Ex: A prata de lei (92,5% prata-7,5% cobre) é muito mais dura e
Até agora tem sido admitido que, em escala atômica, existe uma ordem perfeita
ao longo da totalidade da extenção dos materiais cristalinos. Contudo, esse tipo
de sólidos idealizados não existe, todos os materiais contêm grandes números
de uma variedade de defeitos ou imperfeições.
Vários tipos diferentes de imperfeições são discutidos neste conteúdo, incluind
Os defeitos Pontuais;
Os defeitos lineares;
Os defeitos interfaciais ou contornos;
As impurezas nos sólidos também são discutidas, uma vez que os átomos de
impurezas podem existir como defeitos pontuais.
Onde:
N – representa o número total de sítios atômicos;
Qv – é a energia necessária para a formação de uma lacuna;
T – é a Temperatura absoluta em kelvin;
K – é a constante de Boltzmann ou dos gases.
O valor de k equivale a 1,38 x 10
J/átomo-K ou 8,62 x 10
eV/átomo-K
Dessa forma, o número de lacuna aumenta exponencialmente em função da
temperatura, isto é, à medida que o valor de T aumenta,o mesmo acontece
com a expressão exp.
to-intersticial
um átomo do cristal que se encontra comprimido no interior de um sítio interstic
pequeno espaço vazio que sob circunstâncias ordinárias não é oculpado.
m metais, um auto-intersticial introduz distorções relativamente grandes na rede
stalina circunvizinha, pois o átomo é substancialmente maior do que a posição
ersticial na qual ele está situado.
nsequentemente, a formação desse defeito não é muito provável, e ele existe so
concentrações muito reduzida, que são significativamente menores que aquela
bidas pelas lacunas.
xemplo 1
alcule o número de lacunas em equilíbrio por metro cúbico de cobre a uma
mperatura de 1ooo
0
C. A energia para a formação de uma lacuna é 0,9 eV/átom
peso atômico e a densidade para o cobre são 63,5 g/mol e 8,4 g/cm
3
,
spectivamente.
erícios
- Calcule o número de lacunas em equilíbrio por metro cúbico de Ferro a uma
mperatura de 850
0
C. A energia para a formação de uma lacuna é 1,08 eV/átom
peso atômico e a densidade para o ferro são 55,85 g/mol e 7,25g/cm
3
,
spectivamente.
- Calcule a energia para a formação de lacunas na prata, sabendo-se que o núm
lacunas em equilíbrio a 800
0
C é de 3,6x 10
23
m
- . O peso atômico e a densidad
ra a prata são, respectivamente 107,9 g/mol e 9,5 g/cm
3
.
Sistema Al-Cu
Solubilização
A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl A fase endurecedora das ligas Al-Cu é CuAl
22
( ( ))
Esta liga conserva a resistência a corrosão, característica do metal puro e podem
ter suas propriedades melhoradas com a adição de outros elementos, tais como o Zn,
Si, Fe e Mg, em pequenas proporções.
Cu até 8 %
os termos relacionados a impurezas e soluções sólidas merecem ser mencionada
relação às ligas, os termos soluto e solvente são comumente empregados.
vente” reprensenta o elemento ou composto que está presente em maior quant
ionalmente, os átomos de solvente são também chamados de átomos hospede
rmo “soluto” é usado para indicar um elemento ou composto que está presente
menor concentração.
Defeitos pontuais devidos à presença de impurezas são encontrados em soluçõ
Sólidas, e eles podem ser de dois tipos:
Substitucional – os átomos do soluto ou átomos de impurezas tomam o luga
dos átomos hospedeiros ou os substituem. Existem várias características dos á
mos do soluto e do solvente que determinam o grau segundo o qual o primeiro
dissolve no segundo; são estas:
- Fator do tamanho atômico – Quando a diferença entre os raios atômicos d
dois tipos de átomos é menor do que aproximadamente 15%;
- Estrutura Cristalina – Tem que ser do mesmo tipo;
- Eletronegatividade – Posição próxima na série elemotriz;
- Valência – mesma valência.
Estas são as regras de Rume Rothery.
cobre e o níquel formam um exemplo de solução sólida substitucional. Esses
is elementos são completamente solúveis um no outro, em qualquer proporção.
m relação às regras de Rume Rothery, que governam o grau de solubilidade em
idos, os raios atômicos para o cobre e o níquel são 0,128 e 0,125 nm (1,28 e 1,
spectivamente, ambos possuem estrutura cristalinas CFC, e suas eletronegativi-
de são 1,9 e 1,8. Finalmente, as valências mais comuns são + 1 para o cobre (em
e algumas vezes exiba valência + 2) e + 2 para o níquel.
Discordâncias – Defeitos Lineares
Uma discordância é um defeito linear ou unidimensional em torno do qual algun
os átomos estão desalinhados. Um tipo de discordância está representado na fi
seguir; Uma posição extra de um plano de átomos, ou semiplano, cuja aresta
ermina no interior do cristal.
O outro tipo de discordância é
chamado de discordância
espiral – que pode ser
considerado como sendo
formado por um tensão
cisalhante que é aplicada
para
produzir a distorção mostrada
na figura ao lado. A distorção
atômica
associada a uma discordância
espi-
ral também é linear. A
discordância espiral tirou seu
A maioria das
discordâncias encontradas
em materiais cristalinos
não é provavel-
mente em uma
discordância puramente
aresta nem uma
discordância espiral,
porém exibe componentes
que são característicos de
ambos os tipos;
Essas são conhecidas por
discordâncias mistas, e
todos os três tipos estão
