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
• As imperfeições existentes no material
influenciam suas propriedades
• A adição de impurezas em um metal puro pode
melhorar suas propriedades
• Exemplos:
A prata pura adquire maior dureza e resistência
mecânica se lhe for adicionado cobre (7,5% em
peso)
Em um semicondutor são adicionadas pequenas
concentrações de átomos de “impurezas” para
controle de propriedades elétricas.
• defeito cristalino : irregularidade na
rede cristalina com uma ou mais de
suas dimensões na ordem de um
diâmetro atômico.
Defeitos pontuais
• Metal puro ?
Refino de um metal 99,9999 % (possui átomos
de impurezas da ordem de 1022 a 1023 átomos/m3 ).
• Os metais mais conhecidos são ligas devido ao
aumento da resistência mecânica e resistência
à corrosão. Ex. prata de lei, aço inoxidável.
ADIÇÃO DE ÁTOMOS
SOLUÇÃO SÓLIDA
E/OU COMPOSTO
DEPENDENDO DE IMPUREZAS
- tipos de impurezas
- concentrações
- temperaturas
Na solução sólida os átomos de soluto são
adicionados e a estrutura cristalina do elemento
hospedeiro (solvente) é mantida. A composição
é homogênea em todo o volume do material, ou
seja, os átomos estão distribuídos
uniformemente no interior do sólido
• Assim ocorre também com uma solução líquida,
por exemplo na solução água + álcool, que é
formada por uma mistura de moléculas que têm
composição homogênea em toda a sua
extensão.
• Solução sólida substitucional : átomos de
solutos substituem os átomos hospedeiros.
Ex. Níquel em Cobre
REGRAS DE SOLUBILIDADE SÓLIDA:
Será maior o grau de solubilidade (ou o grau de
dissolução do soluto no solvente) se:
1) a diferença dos raios atômicos do sovente e
do soluto não ultrapassar ~ 15%;
2) a estrutura cirstalina for a mesma;
3) a eletronegatividade for próxima;
4) forem iguais os fatores acima, um sovente
dissolverá maior quantidade do soluto que tiver
maior valência.
• Solução sólida intersticial : átomos de impureza
nos interstícios que existem entre átomos
hospedeiros (concentração < 10 %). O diâmetro
atômico do soluto deve ser muito menor do que o
do solvente. Ex. Carbono no ferro.
Defeitos lineares – discordâncias
• A discordância é o defeito gerado pelo
deslocamento de uma linha de átomos
de suas posições de equilíbrio na rede
cristalina, em torno da qual existe uma
distorção na rede.
Discordância aresta : quando existe um
plano extra de átomos na rede, ficando
definida um linha de átomos na
extremidade deste plano.
Discordânica espiral: cisalhamento de
planos cristalográficos que produz o
deslocamento de uma distância atômica de
plano de átomos superior em relação ao
plano de átomos inferior.
A distorção ocorre ao longo de uma linha
de deslocamento atômico.
Discordância mista : a maioria das
discordâncias encontradas em
materiais cristalinos não é puramente
aresta ou espiral, mas uma
combinação de ambas.
Defeitos planares (interfaciais) :
superfícies externas, contornos de grãos,
contornos de macla, contornos de fase,
falha de empilhamento.
Estes defeitos são bidimensionais e
separam os constituintes dos materiais que
têm diferentes orientações cristalográficas
e/ou diferentes estruturas cristalinas.
Superfícies externas : são contornos do
material onde termina a estrutura do
cristal. Os átomos de superfície possuem
maior energia em relação aos átomos
internos, por não estarem ligados a um
máximo de átomos vizinhos.
Contornos de grão : os materiais
policristalinos são formados por infinidades
de grãos ou cristais com diferentes
orientações cristalográficas que são
separados pelos contornos bidimensionais.
Este contorno possui a dimensão de poucas
distâncias interatômicas, possuindo
desncontros atômicos na região da rede entre
as diferentes orientações cristalográficas de
grãos adjacentes.
Os contornos de grão são arranjos de
discordâncias e, portanto, é uma
região de maior energia em relação ao
interior do cristal.
Existem contornos de grão de baixo e
alto ângulo, dependendo da
orientação cristalográfica dos grãos
adjacentes.
Formação dos grãos cristalinos
Palhetas de turbinas
Material Policristalino
Fundição convencional
Material Policristalino
Grãos em colunas
Solidificação direcional
Monocristal
Solidificação direcional
O processo de solidificação direcional consiste em solidificar uma
amostra na forma de uma barra e inicialmente no estado líquido,
a partir de uma das extremidades, como mostra a figura.
Efetuando esta operação com velocidades extremamente baixas
(1cm/h) e assim, tendo controle sobre a direção e taxa de
resfriamento do líquido, é possível obter um sólido com alta
perfeição cristalina. (Fonte: Formação e Imperfeições da Estrutura cristalina
Prof. Dr. Rubens Caram – FEM Unicamp)
Processo Czochralski
Processo Bridgman
Processo Zonal Flutuante
Forno de fusão a arco para solidificação direcional de materiais
de alto ponto de fusão
Esse equipamento permite fundir e solidificar direcionalmente
materiais com temperatura de fusão superiores a 2.500oC.
(Fonte: FEM/UNICAMP - SP)
Dispositivo de solidificação unidirecional ascendente:
Vista em corte
Representação esquemática do corte longitudinal
Contornos de macla : tipo especial
de contorno de grão por meio do
qual existe simetria em espelho da
rede cristalina. As maclas podem
ser produzidas por deformação
(metais CCC e HC) ou por
recozimento (metais CFC).