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Elementos de Mineralogia e Petrologia Aula 2 Substância cristalina e sistemas cristalinos

Mineralogia - defeitos cristalinos

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Proncipais defeitos cristalinos

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  • Elementos de Mineralogia e

    Petrologia

    Aula 2

    Substncia cristalina e sistemas

    cristalinos

  • Substncia cristalina

    Substncia cristalina: tomos dispostos em posies regulares no espao.

    Rede + Base

    Rede: estrutura geomtrica

    Base: distribuio dos tomos em cada ponto da rede.

    Rede + Base = Estrutura cristalina

  • Estrutura cristalina

  • Clula unitria

    Unidade bsica repetitiva da

    estrutura

    tridimensional.

    Rede cbica de face centrada.

  • Sistemas cristalinos

    Os tipos de redes cristalinas tridimensionais foram

    agrupados em 7 sistemas cristalinos de acordo com os 7

    tipos convencionais de clulas unitrias:

    Cbico, ortorrmbico, tetragonal, monoclnico,

    rombodrico, triclnico e hexagonal.

    Sistemas cristalinos: representao cartesiana com os

    eixos x, y e z e os ngulos , e , entre os eixos.

  • Sistemas cristalinos

  • Sistemas cristalinos

  • Sistemas cristalinos - cbico

  • Sistema cbico - NaCl

  • Sistemas cristalinos - ortorrmbico

  • Sistemas cristalinos - tetragonal

  • Sistemas cristalinos - monoclnico

  • Sistemas cristalinos rombodrico

  • Sistemas cristalinos triclnico

  • Sistemas cristalinos hexagonal

  • Sistemas de ndices

    A posio de um ponto numa rede cristalina

    definida, num sistema de coordenadas

    cartesianas, em termos do nmero de

    parmetros de rede em cada direo.

    As coordenadas so escritas como as trs

    distncias, separadas por vrgula: ax, ay, az.

  • Sistemas de ndices

  • Planos cristalinos

    ndices de Miller: utilizado para descrever o conjunto de planos existentes em um cristal.

    Equao do plano: x/a + y/b + z/c = 1

    onde a, b e c so pontos de interceptao do plano

    com os eixos x, y e z.

    Como a, b e c podem ser menores do que 1 ou

    infinito no caso do plano ser paralelo a um eixo,

    adota-se o inverso dos valores de a, b e c:

    h=1/a, k=1/b, l=1/c (h k l).

  • Planos cristalinos

    Planos (0 1 0)

    So paralelos aos

    eixos x e z

    (paralelo face)

    Cortam um eixo: y

    em 1 e os eixos x

    e z em .

    1/ , 1/1, 1/ .

  • Planos cristalinos

    Planos (1 1 0)

    So paralelos ao

    eixo z.

    Cortam dois eixos: x

    e y.

    1/1, 1/1, 1/ .

  • Planos cristalinos

    Planos (1 1 1)

    Cortam os trs eixos

    cristalogrficos.

    1/1, 1/1, 1/1.

  • Defeitos cristalinos

    Definio:

    Imperfeio do reticulado cristalino.

    Ruptura da regularidade da rede.

  • Imperfeies cristalinas

    Defeitos cristalinos: imperfeies que ocorrem no arranjo peridico regular dos tomos em um cristal.

    Podem envolver irregularidades na posio dos tomos e no tipo de tomos.

    Tipo e nmero de defeitos dependem:

    Do material.

    Da histria de processamento do material.

    Do meio ambiente.

  • Imperfeies cristalinas

    Defeitos modificam o comportamento (mecnico, eltrico, qumico, tico) do material.

    Atravs da introduo de defeitos, controlando o nmero e o arranjo destes, possvel desenvolver

    novos materiais com as caractersticas desejadas.

    Exemplo: Dopagem em semicondutores - Imperfeies criadas para alterar o tipo de

    condutividade em determinadas regies do

    material.

  • Imperfeies cristalinas - importncia

    DEFEITOS

    INTRODUO SELETIVA

    CONTROLE DO NMERO

    ARRANJO

    Permite desenhar e criar novos materiais com a combinao desejada de propriedades

  • Defeitos cristalinos - Classificao

    Defeitos puntiformes (associados com uma ou duas posies atmicas): lacunas e tomos

    intersticiais.

    Defeitos de linha (unidimensionais): discordncias.

  • Defeitos cristalinos - Classificao

    Defeitos bidimensionais (fronteiras entre duas regies com diferentes estruturas cristalinas ou

    diferentes orientaes cristalogrficas):

    contornos de gro, interfaces, defeitos de

    empilhamento, superfcies livres.

    Defeitos volumtricos (tridimensionais): poros, trincas e incluses.

  • Defeitos puntiformes

    Devido agitao trmica, os tomos de um cristal real esto sempre vibrando. Quanto maior a

    energia trmica, maior ser a chance de tomos

    sair de suas posies, deixando um vazio em seu

    lugar.

    Dentro da rede cristalina existem inmeros interstcios, espaos vazios entre os tomos, nos

    quais possvel alojar outros tomos.

    Impurezas presentes na rede cristalina.

  • Defeitos puntiformes Lacunas

    Lacunas (vacancy): Ausncia de um tomo em

    um ponto do reticulado cristalino. Posies da

    rede que deveriam estar ocupadas por tomos,

    mas esto vazias.

    Podem ser formadas durante a solidificao ou

    como resultado de vibraes atmicas.

    A existncia de uma vacncia promove o

    deslocamento dos tomos circunvizinhos de

    suas posies regulares.

  • Defeitos puntiformes: Interstcios

    Interstcios: posies da rede cristalina que

    regularmente esto vazias, mas so ocupadas

    por tomos.

    Introduo do tomo entre as posies

    regulares da rede produz o deslocamento dos

    tomos regulares para abrir espao para o

    tomo intersticial.

    Grande distoro do reticulado cristalino.

    Auto-intersticial: um tomo que ocupa um

    interstcio da estrutura cristalina.

  • Defeitos puntiformes Lacunas e Auto-intersticiais

    Lacuna

    auto-intersticial

  • Defeitos puntiformes

    tomo intersticial pequeno tomo intersticial grande gera maior distoro na rede

  • Defeitos puntiformes: Impurezas

    Impureza: presena na rede de um tomo no pertencente rede regular.

    Podem ocupar diferentes posies:

    Posies regulares da rede: IMPUREZA

    SUBSTITUCIONAL (substituir um tomo

    regular).

    Posies intersticial da rede: IMPUREZA

    INTERSTICIAL.

  • Defeitos puntiformes: Impurezas

    Ligas Metlicas

    Impurezas so adicionadas intencionalmente com

    a finalidade:

    - aumentar a resistncia mecnica

    - aumentar a resistncia corroso

    - Aumentar a condutividade eltrica

  • Defeitos puntiformes: Impurezas

    Impureza

    substitucional Impureza intersticial

  • Tipos de impurezas

    Tipo de impureza depende do tamanho:

    Impurezas do mesmo tamanho ou maiores do

    que os tomos regulares tendem a ser

    SUBSTITUCIONAIS.

    Impurezas menores do que os tomos

    regulares tendem a ser INTERSTICIAIS.

  • Defeitos em linha (lineares)

    Imperfeies da rede que ocorrem ao longo de

    uma linha: discordncias.

    Exemplo: Discordncia em cunha ou aresta.

    As discordncias deformam localmente a rede.

  • Defeitos em linha (lineares)

    Tambm chamados de discordncias.

    Defeitos lineares ou unidimensionais em torno do qual alguns tomos esto desalinhados.

    As discordncias esto associadas com a cristalizao e a deformao (origem: trmica,

    mecnica e supersaturao de defeitos pontuais).

    Defeitos lineares so associados principalmente deformao mecnica. A presena deste defeito

    a responsvel pela deformao, falha e ruptura dos

    materiais.

  • Defeitos em linha (lineares)

    Imperfeies da rede que ocorrem ao longo de

    uma linha: discordncias.

    Exemplo: Discordncia em cunha ou aresta.

    As discordncias deformam localmente a rede.

  • Discordncia em cunha ou aresta

  • Discordncia em cunha ou aresta

  • Defeitos bidimensionais

    Interface: contorno entre duas fases diferentes.

    Contornos de Gro: contornos entre dois cristais

    slidos da mesma fase.

    Superfcie Externa: superfcie entre o cristal e o

    meio que o circunda.

  • Defeitos bidimensionais Contornos de gro

  • Contornos de gro

    Os tomos prximos aos contornos (a) no possuem uma

    distncia de equilbrio ou arranjo definido. Gros e

    contornos de gro em uma amostra de ao inoxidvel

    ferrtico (b).

  • Defeitos bidimensionais Contornos de gro

    Contornos de gro:

    desalinhamento das redes dos gros

    adjacentes.

    Regio de maior concentrao de defeitos e

    ligaes desfeitas.

    Atuam como barreiras ao movimento de

    discordncias e caminhos de propagao de

    trincas.

  • Defeitos bidimensionais

    Defeitos de Empilhamento: ocorre nos materiais quando h uma interrupo na

    sequncia de empilhamento, por exemplo na

    sequncia ABCABCABC.... dos planos

    compactos dos cristais CFC.

  • Defeitos bidimensionais Defeitos de empilhamento

  • Defeitos volumtricos

    Apresentam-se em escalas maiores em relao

    aos defeitos anteriores.

    Defeitos introduzidos nos processos de fabricao e afetam fortemente as propriedades

    dos produtos.

    Exemplos: incluses, poros, trincas.

  • Defeitos volumtricos trincas

  • Defeitos volumtricos poros