materiais mecanicas, Notas de estudo de Engenharia de Produção

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IMPERFEIÇÕES EM

SÓLIDOS

INTRODUÇÃO

Ao estudar os materiais cristalinos, tem-se admitido que existe uma

perfeita ordem em escala atômica

Contudo esse tipo de sólido idealizado não existe, todos os materiais

contém grandes números de uma variedade de defeitos e imperfeições

As propriedades de alguns materiais são profundamente influenciadas

pela presença de imperfeição no sólido cristalino

Por “defeito cristalino” é designada uma irregularidade na rede

cristalina

O tipo e o número de defeitos dependem do material, do meio

ambiente, e das circunstâncias sob as quais o cristal é processado

Mesmo sendo poucos eles influenciam muito nas propriedades dos

materiais e nem sempre de forma negativa

IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS

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

1- DEFEITOS PONTUAIS

Lacunas ou vacâncias ou vazios

Átomos Intersticiais

Schottky

Frenkel

Impurezas

Ocorrem em sólidos iônicos,

ou seja materiais cerâmicos

Cálculo do Número de

Cálculo do Número de

lacunas

lacunas



N

l

= número de lacunas



N = número de átomos por m³



exp.= 2,



Q

1

= energia para formação de uma lacuna



k = constante de Boltzmann=8,62x

eV/átomo-K.



T = temperatura em kelvin (K) (°C +273)

N = número de atomos por metro cúbico

Na = Número de Avogrado (6,023x

23

átomos por mol)

ρ = densidade

A = peso atômico

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

IMPUREZAS EM SÓLIDOS

Um metal considerado puro sempre tem impurezas

(átomos estranhos) presentes

Mesmo com técnicas sofisticadas é dificil refinar metais

até uma pureza que seja superior a:

22

a 10

23

átomos de impurezas por m

3

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).

2- DEFEITOS LINEARES:

DISCORDÂNCIAS

É um defeito linear ou unidimensional em torno do qual

alguns dos átomos estão desalinhados

Podem ser:

• Aresta
• Espiral
• Mista

DISCORDÂNCIAS EM ARESTA

Uma porção extra de um plano de átomos, ou semi-plano, cuja

aresta termina no interior do cristal

defeito linear, centralizado em torno da linha que fica definida

ao longo da extremidade do semi-plano de átomos adicional. Isto

é algumas vezes conhecido por linha de discordância

DISCORDÂNCIAS EM ESPIRAL

DISCORDÂNCIAS EM ESPIRAL

A distorção atômica é linear ao longo de uma linha de discordância AB

A discordânciua espiral tirou seu nome da trajetória ou inclinação em

espiral ou helicoidal que é traçada em torno da linha de discordância

pelos planos atômnicos de átomos

DISCORDÂNCIAS MISTA

DISCORDÂNCIAS MISTA

A maioria das discordâncias encontrada em materiais

cristalinos não é provavelmente nem uma discordância

puramente aresta nem uma discordãncia puramente espiral,

porém exibe componentes que são czaracterísticos de ambos os

tipos; essas são conhecidas por discordâncias mistas.

3- DEFEITOS PLANOS OU

INTERFACIAIS

Possuem duas dimensões e normalmente separam as regiões dos

materiais que possuem diferentes estruturas cristalinas e/ou

orientações cristalográficas.

Essas imperfeições incluem:

superfícies externas

contornos de grão

contornos de macla

falhas de empilhamento

contornos de fases

DEFEITOS NA SUPERFÍCIE

DEFEITOS NA SUPERFÍCIE

EXTERNA

EXTERNA

• É o mais óbvio
• Na superfície os átomos não estão completamente ligados ao

número máximo de vizinhos

• Então o estado energia dos átomos na superfície é maior que

no interior do cristal

• As ligações desses átomos de superfície que não estão

completadas dão origem a uma energia de superfície que é

expressa por J/m

2

• Os materiais tendem a minimizar está energia
• Por exemplo, os líquidos assumem uma forma que possuem

uma área mínima – as gotículas se tornam esféricas, assim

diminui sua área superficial. Obviamente isso não é possível

nos sólidos, que são mecanicamente rígidos.