Aula 3 - Defeitos Cristalinos PDF

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Resumo sobre Defeitos Cristalinos...

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Aula 3 - Defeitos Cristalinos - Imperfeições dos sólidos = Atuam nas propriedades dos materiais

Conceito - Sólidos perfeitos não existem - Todos os materiais apresentam um grande número de defeitos *Defeitos = Qualquer imperfeição no arranjo regular dos átomos. São classificados de acordo com a geometria ou a dimensionalidade dos defeitos

Tipos de defeitos 1) Defeitos pontuais = - Associados com 1 ou 2 posições atômicas (podem ser lacunas ou átomos intersticiais)

2) Defeitos lineares = - 1 dimensão - Podem ser as discordâncias

3) Defeitos planos ou interfaciais = - 2 dimensões - Podem ser fronteira entre fases

4) Defeitos volumétricos = - 3 dimensões - Podem ser poros, trincas e inclusões

Importância dos defeitos - Permite a introdução de um elemento químico de maneira controlada - Permite a criação de novos materiais ou a alteração das propriedades dos materiais já existentes

Defeitos pontuais - Podem ser divididos em: 1) Vacâncias, Lacunas ou vazios; 2) Átomos intersticiais; 3) Átomos substitucionais; 4) Schottky; 5) Frenkel; *4 e 5 aparecem normalmente em materiais iônicos

1) Lacunas: - Falta de 1 átomo (sítio vazio) na rede cristalina) - Formadas durante a solidificação do material ou como resultado de vibrações atômicas (aquecimento do material causa o deslocamento dos átomos) - Número de lacunas dependem da temperatura (a concentração de lacunas aumenta exponencialmente com o aumento da temperatura, segundo a lei de Arrhenius

2) Intersticiais: - Em qualquer estrutura cristalina existem vazios entre os átomos da rede que podem ser ocupados por átomos menores. Quanto maior o FEA, menor o interstício e menor a quantidade - Não ocorre mudança no sistema cristalino *Auto-intersticial: - O próprio elemento químico sai de uma posição (deixando uma lacuna) para ocupar um interstício - Defeito não muito comum - Causa grande distorção na vizinhança, uma vez que o átomo é bem maior que o interstício.

3) Substitucionais: - Envolve a substituição de um átomo por outro tipo de átomo - Característica para a formação de uma solução sólida susbtitucional * Raio atômico: Deve haver uma diferença máxima de 15% entre os raios atômicos dos átomos. Caso contrário, distorções na rede e formação de uma nova fase pode ocorrer

- Estrutura Cristalina devem ser iguais - Eletronegatividade devem ser próximas

4) Schottky: - Envolve a falta de um ânion e de um cátion - Ambos os íons saem para a superfície a fim de manter a carga do material

5) Frenkel: - Ocorre quando um íon sai de sua posição para ocupar um interstício, deixando uma lacuna. - Não existe alteração de carga

Adição de impurezas no material - Impureza seria um elemento de liga; soluto - Essa adição pode formal soluções sólidas ou segunda fase *Soluções sólidas = Quando é colocado um soluto até o limite de solubilidade do solvente. Mantem a mesma estrutura cristalina. Não há formação de novas estruturas. Composição distribuída de maneira homogênea. * Segunda fase = Quando ocorre a ultrapassagem do limite de solubilidade do solvente - Solubilidade depende da temperatura, tipo de impureza e a concentração da impureza - Em uma solução sólida há o soluto e o solvente (matriz)

Defeitos lineares 1) Discordâncias: - Os cristais podem ter defeitos alinhados e contínuos em sua estrutura, originando as imperfeições em linha - Conhecidos também como defeitos em linha, são causadores de uma distorção da rede cristalina em volta de uma linha, envolvendo um plano extra de átomos - Podem ser produzidos na solidificação, na deformação plástica de sólidos cristalinos ou do resultado da concentração das lacunas - Podem ser de 3 tipos

1) Discordâncias em Cunha: - Envolve um semi-plano extra dos átomos * Linha de discordância: - Acima da linha = compressão - Abaixo da linha = tração - Perpendicular a linha = Vetor de Burger * Descolamento: - Rompimento das ligações químicas - Planos de escorregamento 2) Discordâncias em Hélice: -Produz distorção na rede - O vetor de burger é paralelo à direção da linha de discordância 3) Discordâncias Mistas: - A mais encontrada nos materiais cristalinos - Possui características da discordância em cunha e em hélice

2) Defeitos planos ou interfaciais: - Envolvem fronteiras (defeitos em 2 dimensões) e normalmente separam regiões dos materiais que possuem diferentes estruturas cristalinas (fases diferentes) ou orientações cristalográficas (fase igual e posicionamento da célula unitária é diferente) - Existem 5 tipos: 1) Superfície Externa: - Átomos da superfície não estão ligados ao número máximo de vizinhos possíveis - Possui o estado de energia dos átomos superficiais maiores que o dos átomos do interior (ligações não estão completas) - O material tende a diminuir essa energia assumindo uma forma com menor área superficial 2) Contorno de grãos: - Região que separa 2 ou mais cristais de orientação diferente: 1 cristal = 1 grão

- Nos grãos, os átomos estão arranjados de acordo com um modelo e uma orientação, caracterizado pela célula unitária *Monocristal = Material com 1 orientação cristalina (1 grão) *Policristal = Material com mais de 1 orientação cristalina (vários grãos) - A diferença entre as orientações surge na solidificação do material - Forma do grão controlada pela presença de grãos vizinhos - Tamanho dos grãos controlado pela composição e solidificação (ou cristalização) *Classificação: 2.1) Contorno de alto ângulo = Desalinhamento entre grãos vizinhos é grande (>15º) 2.2) Contorno do baixo ângulo = Desalinhamento entra grãos vizinhos é baixa (...