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Materiais Defeitos em Sólidos
M. Clara Gonçalves
[email protected] http://web.ist.utl.pt/ist12456
Tel. 3934
Sala 4-1.4A (4º Piso Torre Química)
Lisboa, 2019
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Cap. 4 Defeitos em Sólidos
Defeitos em Sólidos
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Defeitos em Sólidos
Os materiais são preparados com algum grau de impurezas químicas. Além das impurezas existe um grande número de defeitos estruturais, que representam uma perda de perfeição cristalográfica, e que têm impacto nas propriedades mecânicas, químicas e electrónicas dos materiais.
E o mundo real é perfeito?
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Defeitos em Sólidos
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Questões a abordar
Que tipo de defeitos podem surgir nas estruturas cristalinas?
Como prevenir defeitos estruturais?
Como variam as propriedades com a presença de defeitos cristalinos?
Defeitos em Sólidos
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DIMENSÃO NOME EXEMPLO
DEFEITO PONTUAL
LACUNA – EX. LACUNA (METAIS)
SCHOTTKY (CERÂMICOS)
INTERSTICIAL – EX. INTERSTICIAL (METAIS)
FRENKEL (CERÂMICOS)
ÁTOMOS MAL COLOCADOS
ASSOCIAÇÃO DE CENTROS
SOLUÇÃO SÓLIDA (SUBSTITUCIONAL OU INTERSTICIAL)
IN EQUILIBRIUM
DEFEITO LINEAR DESLOCAÇÃO – EX. CUNHA, PARAFUSO (METAIS)
DEFEITO BIDIMENSIONAL (NO PLANO)
INTERFACE (METAIS, CERÂMICOS, COMPÓSITOS)
FRONTEIRA DE GRÃO (METAIS, CERÂMICOS,
COMPÓSITOS)
DEFEITO TRIDIMENSIONAL (EM VOLUME)
INCLUSÕES (METAIS, CERÂMICOS, COMPÓSITOS)
PORO (METAIS, CERÂMICOS, VIDRO, COMPÓSITOS)
FISSURAS/FENDAS (METAIS, CERÂMICOS, VIDRO,
COMPÓSITOS)
0-D
1-D
2-D
3-D
FOR
A D
E EQ
UIL
ÍBR
IO
DEF
EITO
S C
RIS
TALI
NO
S Defeitos em Sólidos
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Defeitos em Sólidos
0-D Defeitos Pontuais
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Defeitos em Sólidos
0-D Defeitos Pontuais
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https://www.youtube.com/watch?v=q8ky2JmmWYA
Defeitos em Sólidos
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https://www.youtube.com/watch?v=tx3HjWz8Ja0
Defeitos em Sólidos
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PAR LACUNA-INTERSTICIAL CONJUNTO DE LACUNAS (COM CARGA
CONTRÁRIA) QUE RESULTA DA REMOÇÃO
DE UM ÁTOMO POR CADA ÁTOMO
PRESENTE NA FÓRMULA QUÍMICA Ex:
NaCl - Na+ Cl-
ZnFe2O4 - Zn2+, 2Fe3+, 4O2-
Defeitos em Sólidos
0-D Defeitos Pontuais
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Defeitos em Sólidos
0-D Defeitos Pontuais
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ENERGIA ARMAZENADA
LACUNA ~ 0 Ev
INTERSTICIAL VEU 2
2
1
- energia necessária para adaptar um defeito à sua cavidade
E – constante elástica
V – volume (resultado de expansão local) causado elo intersticial
(energia para formação de um vazio 1 eV)
0
VARIAÇÃO DE ENERGIA LIVRE GIBBS
G = H - T S
H = E + TV
G = E + P V- TS Variação da energia interna
Em transformações sólido/sólido ou sólido/líquido V das fases é relativamente pequeno, podendo considerar-se que o processo ocorre a V constante, pelo que V=0
G = E - T S
Defeitos em Sólidos
0-D Defeitos Pontuais
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Defeitos em Sólidos
0-D Defeitos Pontuais
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Defeitos em Sólidos
0-D Defeitos Pontuais
![Page 16: Defeitos em Sólidos - ULisboaweb.ist.utl.pt/ist12456/2019 A4 DEFEITOS CRISTALINOS.pdfSOLUÇÃO SÓLIDA (SUBSTITUCIONAL OU INTERSTICIAL) IN EQUILIBRIUM DEFEITO LINEAR DESLOCAÇÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052814/609c60a209f8b5322a38c845/html5/thumbnails/16.jpg)
Defeitos em Sólidos
0-D
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Defeitos em Sólidos
Solução sólida substitucional
Solução sólida intersticial
0-D
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https://www.youtube.com/watch?v=jqf8SOJfvME
Defeitos em Sólidos
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Defeitos em Sólidos
1-D Defeitos Lineares
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20
• Cerâmicos covalentes: mov desl dificil (Si, diamante): -ligações direccionais (angulares)
• Cerâmicos iónicos: mov desl não possível) (NaCl) necessidade de evitar vizinhos ++ e - -
+ + + +
+ + +
+ + + +
- - -
- - - -
- - -
• Metais: mov desl facilitado -ligação não-direccional -direcções de máx compacidade para escorregamento
Nuvem electrónica
ião
+
+
+
+
+ + + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + + +
Defeitos em Sólidos
1-D Defeitos Lineares
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https://www.youtube.com/watch?v=7qgBMKS_fyo
Defeitos em Sólidos
1-D
![Page 22: Defeitos em Sólidos - ULisboaweb.ist.utl.pt/ist12456/2019 A4 DEFEITOS CRISTALINOS.pdfSOLUÇÃO SÓLIDA (SUBSTITUCIONAL OU INTERSTICIAL) IN EQUILIBRIUM DEFEITO LINEAR DESLOCAÇÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052814/609c60a209f8b5322a38c845/html5/thumbnails/22.jpg)
https://www.youtube.com/watch?v=RUuLusenhfA
Defeitos em Sólidos
1-D
![Page 23: Defeitos em Sólidos - ULisboaweb.ist.utl.pt/ist12456/2019 A4 DEFEITOS CRISTALINOS.pdfSOLUÇÃO SÓLIDA (SUBSTITUCIONAL OU INTERSTICIAL) IN EQUILIBRIUM DEFEITO LINEAR DESLOCAÇÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052814/609c60a209f8b5322a38c845/html5/thumbnails/23.jpg)
https://www.youtube.com/watch?v=RD40OtchSVg
1-D
Defeitos em Sólidos
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https://www.youtube.com/watch?v=j0P3kdpKH90
Defeitos em Sólidos
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vector Burgers paralelo à linha da deslocação 25
• Deslocação move-se no plano de escorregamento, ao longo da direcção de escorregamento
Deslocação cunha
Adapted from Fig. 7.2,
Callister 7e
Defeitos em Sólidos
1-D Defeitos Lineares
vector Burgers prependicular à linha da deslocação
Deslocação parafuso
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1-D
Defeitos em Sólidos
Defeitos Lineares
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https://www.youtube.com/watch?v=4YTmUlVHbEk&list=PL23652608CEF19DB9
Defeitos em Sólidos
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28
Plano escorregamento – plano que facilita o movimento de deslocações
• Maior distância interplanar- maior densidade planar
Direcção de escorregamento – direcção do movimento
Maior densidade linear
Adapted from Fig.
7.6, Callister 7e.
Defeitos em Sólidos
1-D Defeitos Lineares
cfc
escorregamento nos planos {111} (máxima compacidade) ao longo das direcções <110> (máxima compacidade) Total de 12 sistemas de
escorregamento Nota: em ccc e hc observam-se outros sistemas de escorregamento
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https://www.youtube.com/watch?v=i4yCEpNI02o
Defeitos em Sólidos
![Page 30: Defeitos em Sólidos - ULisboaweb.ist.utl.pt/ist12456/2019 A4 DEFEITOS CRISTALINOS.pdfSOLUÇÃO SÓLIDA (SUBSTITUCIONAL OU INTERSTICIAL) IN EQUILIBRIUM DEFEITO LINEAR DESLOCAÇÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052814/609c60a209f8b5322a38c845/html5/thumbnails/30.jpg)
Limite ou fronteira de grão
2-D
Defeitos em Sólidos
Defeitos Bidimensionais
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2-D
Defeitos em Sólidos
Defeitos Bidimensionais
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2-D
Defeitos em Sólidos
Defeitos Bidimensionais
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2-D
Defeitos em Sólidos
Defeitos Bidimensionais
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2-D
Defeitos em Sólidos
Defeitos Bidimensionais
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3-D
Defeitos em Sólidos
Defeitos Bidimensionais
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3-D
Defeitos em Sólidos
Defeitos Bidimensionais
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DIMENSÃO NOME EXEMPLO
DEFEITO PONTUAL
LACUNA – EX. LACUNA (METAIS)
SCHOTTKY (CERÂMICOS)
INTERSTICIAL – EX. INTERSTICIAL (METAIS)
FRENKEL (CERÂMICOS)
ÁTOMOS MAL COLOCADOS
ASSOCIAÇÃO DE CENTROS
SOLUÇÃO SÓLIDA (SUBSTITUCIONAL OU INTERSTICIAL)
IN EQUILIBRIUM
DEFEITO LINEAR DESLOCAÇÃO – EX. CUNHA, PARAFUSO (METAIS)
DEFEITO BIDIMENSIONAL (NO PLANO)
INTERFACE (METAIS, CERÂMICOS, COMPÓSITOS)
FRONTEIRA DE GRÃO (METAIS, CERÂMICOS,
COMPÓSITOS)
DEFEITO TRIDIMENSIONAL (EM VOLUME)
INCLUSÕES (METAIS, CERÂMICOS, COMPÓSITOS)
PORO (METAIS, CERÂMICOS, VIDRO, COMPÓSITOS)
FISSURAS/FENDAS (METAIS, CERÂMICOS, VIDRO,
COMPÓSITOS)
0-D
1-D
2-D
3-D
FOR
A D
E EQ
UIL
ÍBR
IO
DEF
EITO
S C
RIS
TALI
NO
S Defeitos em Sólidos
SUMÁRIO
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Defeitos em Sólidos
Problemas
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Defeitos em Sólidos
0-D Defeitos Pontuais
![Page 40: Defeitos em Sólidos - ULisboaweb.ist.utl.pt/ist12456/2019 A4 DEFEITOS CRISTALINOS.pdfSOLUÇÃO SÓLIDA (SUBSTITUCIONAL OU INTERSTICIAL) IN EQUILIBRIUM DEFEITO LINEAR DESLOCAÇÃO](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052814/609c60a209f8b5322a38c845/html5/thumbnails/40.jpg)
https://www.youtube.com/watch?v=idqQhFwg-mo
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