ESTRUTURA CRISTALINA E IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS

Prof. M.Sc.: Anael Krelling

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Materiais sólidos podem ser classificados de acordo

com a regularidade com que os seus átomos ou íons estão

arranjados um em relação ao outro.

Material cristalino é aquele em que os átomos estão

arranjados de maneira repetida ou periódica por longas

distâncias atômicas.

Todos os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros

formam estruturas cristalinas em condições normais de

solidificação.

Algumas propriedades dos sólidos cristalinos

dependem da estrutura cristalina do material. 2

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ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS

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CCC – CÚBICA DE CORPO CENTRADO

2 ÁTOMOS INTEIROS POR CÉLULA UNITÁRIA.

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CFC – CÚBICA DE FACES CENTRADAS

4 ÁTOMOS INTEIROS POR CÉLULA UNITÁRIA.

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HC – HEXAGONAL COMPACTA

6 ÁTOMOS INTEIROS POR CÉLULA UNITÁRIA.

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FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO

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EXEMPLO 1

Demonstrar que o FEA para uma célula unitária cúbica de

corpo centrado é igual a 0,68.

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EXEMPLO 2

Demonstrar que uma célula unitária cúbica de corpo centrado

obedece a relação:

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DIREÇÕES CRISTALOGRÁFICAS

Uma direção cristalográfica é definida como uma linha entre

dois pontos ou um vetor.

Procedimento para determinação dos índices de Miller de uma

direção cristalográfica:

– transladar o “vetor direção” de maneira que ele passe pela origem do

sistema de coordenadas.

– determinar a projeção do vetor em cada um dos três eixos de

coordenadas. Essas projeções devem ser medidas em termos dos

parâmetros de rede (a,b,c)

– multiplicar ou dividir esses três números por um fator comum, tal que

os três números resultantes sejam os menores inteiros possíveis.

– representar a direção escrevendo os três números entre colchetes: [u

v w].

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PLANOS CRISTALOGRÁFICOS

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DENSIDADES LINEAR E PLANAR

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EXEMPLO: Determinar a densidade linear na direção [110] e a densidade

planar no plano (110) de uma célula unitária CFC.

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IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS

DEFEITOS PONTUAIS

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IMPUREZAS

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DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS EM LINHA

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Densidades de Discordâncias Típicas

Materiais solidificados lentamente = discord./mm²

Materiais deformados= discord./mm²

Materiais deformados e tratados termicamente= discord./mm²

310

109 1010

65 1010

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• Discordâncias existem em materiais cristalinos.

• A movimentação de discordâncias é o principal fator envolvido na deformação

plástica de metais e ligas

• A mobilidade de discordâncias pode ser alterada por diversos fatores (composição,

processamento…) (manipulação das propriedades mecânicas do material)

•Nos materiais cristalinos o principal mecanismo de deformação plástica geralmente

consiste no escorregamento de planos atômicos através da movimentação de

discordâncias.

• Já nos materiais amorfos consiste no escoamento viscoso.

•A movimentação das discordâncias se dá preferencialmente através de planos

específicos e, dentro desses planos, em direções específicas, ambos com a maior

densidade atômica de um dado reticulado cristalino.

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DEFEITOS INTERFACIAIS

Superfícies Externas

•Término da estrutura cristalina;

•Átomos da superfície não estão ligados com a maior

quantidade de vizinhos possível;

•Há o “aparecimento” de uma energia livre de superfície.

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Contorno de Grão

•Átomos ligados com menor regularidade;

•Há o “aparecimento” de uma energia livre de contorno, que é

função do grau de desordem (ângulo de desalinhamento);

•Os grãos tornam-se mais reativos;

•Local preferencial para segregação de impurezas.

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