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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