Imperfeições cristalinas

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA CAMPUS JOINVILLE. Imperfeições cristalinas. No material cristalino não existe uma ordem atômica perfeita - PowerPoint PPT Presentation

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Imperfeies cristalinas

Imperfeies cristalinas No material cristalino no existe uma ordem atmica perfeita

As imperfeies existentes no material influenciam suas propriedades

MINISTRIO DA EDUCAOSECRETARIA DE EDUCAO PROFISSIONAL E TECNOLGICAINSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA CAMPUS JOINVILLE

A adio de impurezas em um metal puro pode melhorar suas propriedades

Exemplos: A prata pura adquire maior dureza e resistncia mecnica se lhe for adicionado cobre (7,5% em peso)

Em um semicondutor so adicionadas pequenas concentraes de tomos de impurezas para controle de propriedades eltricas.

defeito cristalino : irregularidade na rede cristalina com uma ou mais de suas dimenses na ordem de um dimetro atmico.

Defeitos pontuais

Metal puro ?

Refino de um metal 99,9999 % (possui tomos de impurezas da ordem de 1022 a 1023 tomos/m3 ).Os metais mais conhecidos so ligas devido ao aumento da resistncia mecnica e resistncia corroso. Ex. prata de lei, ao inoxidvel.

ADIO DE TOMOS SOLUO SLIDA E/OU COMPOSTO

DEPENDENDO DE IMPUREZAS tipos de impurezasconcentraes temperaturas

Na soluo slida os tomos de soluto so adicionados e a estrutura cristalina do elemento hospedeiro (solvente) mantida. A composio homognea em todo o volume do material, ou seja, os tomos esto distribudos uniformemente no interior do slidoAssim ocorre tambm com uma soluo lquida, por exemplo na soluo gua + lcool, que formada por uma mistura de molculas que tm composio homognea em toda a sua extenso.Soluo slida substitucional : tomos de solutos substituem os tomos hospedeiros. Ex. Nquel em Cobre

9REGRAS DE SOLUBILIDADE SLIDA:Ser maior o grau de solubilidade (ou o grau de dissoluo do soluto no solvente) se:

a diferena dos raios atmicos do sovente e do soluto no ultrapassar ~ 15%;

2) a estrutura cirstalina for a mesma;

3) a eletronegatividade for prxima;

4) forem iguais os fatores acima, um sovente dissolver maior quantidade do soluto que tiver maior valncia.

Soluo slida intersticial : tomos de impureza nos interstcios que existem entre tomos hospedeiros (concentrao < 10 %). O dimetro atmico do soluto deve ser muito menor do que o do solvente. Ex. Carbono no ferro.

Defeitos lineares discordnciasA discordncia o defeito gerado pelo deslocamento de uma linha de tomos de suas posies de equilbrio na rede cristalina, em torno da qual existe uma distoro na rede.Discordncia aresta : quando existe um plano extra de tomos na rede, ficando definida um linha de tomos na extremidade deste plano.

Discordnica espiral: cisalhamento de planos cristalogrficos que produz o deslocamento de uma distncia atmica de plano de tomos superior em relao ao plano de tomos inferior.

A distoro ocorre ao longo de uma linha de deslocamento atmico.

Discordncia mista : a maioria das discordncias encontradas em materiais cristalinos no puramente aresta ou espiral, mas uma combinao de ambas.

Defeitos planares (interfaciais) : superfcies externas, contornos de gros, contornos de macla, contornos de fase, falha de empilhamento.

Estes defeitos so bidimensionais e separam os constituintes dos materiais que tm diferentes orientaes cristalogrficas e/ou diferentes estruturas cristalinas.Superfcies externas : so contornos do material onde termina a estrutura do cristal. Os tomos de superfcie possuem maior energia em relao aos tomos internos, por no estarem ligados a um mximo de tomos vizinhos.Contornos de gro : os materiais policristalinos so formados por infinidades de gros ou cristais com diferentes orientaes cristalogrficas que so separados pelos contornos bidimensionais.

Este contorno possui a dimenso de poucas distncias interatmicas, possuindo desncontros atmicos na regio da rede entre as diferentes orientaes cristalogrficas de gros adjacentes. Os contornos de gro so arranjos de discordncias e, portanto, uma regio de maior energia em relao ao interior do cristal.

Existem contornos de gro de baixo e alto ngulo, dependendo da orientao cristalogrfica dos gros adjacentes.Formao dos gros cristalinos

Material Policristalino Material Policristalino Monocristal Gros em colunas Fundio convencional Solidificao direcional Solidificao direcionalPalhetas de turbinas

O processo de solidificao direcional consiste em solidificar uma amostra na forma de uma barra e inicialmente no estado lquido, a partir de uma das extremidades, como mostra a figura.

Efetuando esta operao com velocidades extremamente baixas (1cm/h) e assim, tendo controle sobre a direo e taxa de resfriamento do lquido, possvel obter um slido com alta perfeio cristalina. (Fonte: Formao e Imperfeies da Estrutura cristalina Prof. Dr. Rubens Caram FEM Unicamp)

Processo Czochralski Processo Bridgman

Processo Zonal Flutuante

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Forno de fuso a arco para solidificao direcional de materiais de alto ponto de fuso Esse equipamento permite fundir e solidificar direcionalmente materiais com temperatura de fuso superiores a 2.500oC. (Fonte: FEM/UNICAMP - SP)

Dispositivo de solidificao unidirecional ascendente:Vista em corte

Representao esquemtica do corte longitudinal Contornos de macla : tipo especial de contorno de gro por meio do qual existe simetria em espelho da rede cristalina. As maclas podem ser produzidas por deformao (metais CCC e HC) ou por recozimento (metais CFC).