Imperfeições em Sólidos

Materiais de Construção Mecânica - MCM

Prof. Eduardo Bellini Ferreira

• Até agora aprendemos que os átomos ou íons em equilíbrio se organizam nos materiais sólidos segundo arranjos ordenados e periódicos chamados cristais.

• Também admitimos tacitamente que, em uma escala atômica, existe uma ordem perfeita ao longo da totalidade da extensão dos materiais cristalinos.

• Um pergunta: átomos ou íons em um sólido no equilíbrio sempre seguem o arranjo perfeito dos cristais ideais?

• Se a aula é sobre imperfeições em sólidos, obviamente é de se esperar que não...

• O sólido cristalino perfeito, idealizado por nós, simplesmente não existe.

Por que estudar imperfeições em sólidos?

• Todos os materiais contém grande número de imperfeições ou defeitos.

• As propriedades de alguns materiais são profundamente influenciadas pela presença de imperfeições.

• Consequentemente, é importante ter conhecimento sobre os tipos de imperfeições que existem e seu efeito no comportamento dos materiais.

Por que estudar imperfeições em sólidos?

• A influência dos defeitos nos materiais nem sempre é adversa, e com freqüência características específicas são deliberadamente moldadas pela adição de quantidades ou números controlados de defeitos específicos.

Por que estudar imperfeições em sólidos?

• Por exemplo, as propriedades mecânicas de metais puros são significativamente alteradas quando esses são “ligados” (ou seja, quando átomos de impurezas são adicionados).

• A prata de lei (92,5% Ag e 7,5% Cu) é muito mais dura e resistente que a prata pura.

Por que estudar imperfeições em sólidos?

• Outro exemplo: os dispositivos microeletrônicos de circuitos integrados encontrados em computadores, calculadoras e nos mais diversos utensílios funcionam devido a concentrações rigorosamente controladas de impurezas específicas incorporadas em regiões pequenas e localizadas de materiais semicondutores.

Defeito ou imperfeição cristalina

• Devemos pensar em imperfeições cristalinas como sendo unicamente desvios dos arranjos cristalinos perfeitos, não necessariamente deletérias às propriedades dos materiais.

• Defeitos cristalinos são irregularidades na rede cristalina com uma ou mais de suas dimensões da ordem de um diâmetro atômico.

Classificação dos defeitos cristalinos

• Com freqüência de acordo com sua geometria ou dimensionalidade:

• Defeitos pontuais;

• Defeitos lineares (ou unidimensionais);

• Defeitos interfaciais ou contornos (em 2D);

• Impurezas em sólidos (também pontuais).

Defeitos pontuais – vacâncias e átomo intersticial

Defeitos pontuais impurezas em sólidos – soluções sólidas

Defeitos lineares linhas de discordância – cunha ou aresta

Defeitos lineares linhas de discordância – espiral

Defeitos lineares linhas de discordância – espiral

Defeitos lineares linhas de discordância – mistas

Defeitos lineares linhas de discordância – mistas

Defeitos lineares – linhas de discordância

Contornos de grãos

Contornos de grãos de

baixo ângulo

Contornos de macla

Contornos de macla

Contornos de fase