a6 estrutura não-cristalina defeitos lineares, planares e ... · dos planos cristalinos em espiral...
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A6 – Estrutura não cristalina –imperfeição: defeitos lineares,
planares e em volume
Deslocações no KCl. O KCl é transparente e as deslocações (linhasbrancas) foram “decoradas” com impurezas para as tornar visíveis
Defeitos lineares ou “deslocações”– imperfeições unidimensionais
Defeitos pontuais (de dimensão zero) foram descritos como imperfeições estruturaisresultantes da agitação térmica. Defeitos lineares (de dimensão um) estão associadassobretudo à deformação mecânica, e são chamados deslocações (dislocations).
Deslocação em cunha: o defeito linear e representadopela aresta de um meio-planoextra de átomos
Defeitos lineares – deslocações em cunhaDefinição do vector de Burguers, b, relativo a uma deslocação em cunha:(a) num cristal perfeito, o anel m x n fecha no ponto inicial(b) na região da deslocação, o mesmo anel não fecha, e o vector necessário
para o fecho (b) representa a magnitude do defeito estrutural
numa deslocação cunha (edge) o vector de Burguers é perpendicular à linha da deslocação
Defeitos lineares: deslocação em parafuso e mista
Deslocação em parafuso: o empacotamentodos planos cristalinos em espiral leva a umvector de Burgers paralelo à linha dadeslocação
Deslocação mista, com um vectorde Burgers único, e caracter decunha e parafuso
Deslocações e deformação mecânica
Escorregamento de um plano deátomos por outro, necessário paradeformar plasticamente(permanentemente) um cristal perfeito é um processo que requeruma tensão muito elevada(10 x maior do que a observada) Um processo alternativo de baixa tensão
para deformar um cristal envolve o movimentode deslocações ao longo de um plano de escorregamento (dislocation glide)
Distorsão devida à deslocação
A energia do cristal aumenta com o comprimento total de deslocações no cristal
Deslocações e deformação mecânica
O escorregamento dasdeslocações é mais difícilao longo dum plano debaixa densidade (a) do queao longo de um plano dealta densidade atómica (b)
o Al, cfc, é dúctil (deformável) porque tem umgrande número (12) de combinações de direcções//planos de alta densidadeo Mg, hc, é tipicamente mais frágil devido aomenor número (3) dessas combinações
Deslocações e deformação mecânica
Obstáculos ao movimento das deslocações aumentam a resistência mecânicados metais e cerâmicos: átomos e partículas estranhos, outras deslocações(que podem ser criadas por deformação a frio, e removidas por recozimentoa alta temperatura -1/3 a ½ da temperatura de fusão)
0.4 wt% de carbono no açopode aumentar a sua resistênciamecânica de 15 MPa para 1500 MPa
Defeitos planares – imperfeição bidimensionalTodos os materiais têm uma superfície
Uma vista mais detalhada da superfície
Uma macla (twin boundary) separaduas regiões cristalinas que são,estruturalmente, imagens no espelhouma da outra
Defeitos planares – fronteiras de grão
fronteira de grão é a região em que doismonocristais (grãos)com diferentesorientações se encontram
A microestrutura maisrelevante para muitosmateriais de engenhariaé a estrutura do grão e muitas propriedades são sensíveis a esta
Defeitos planares – a fronteira do grão
Uma estrutura simples de fronteira do grão Uma estrutura mais complexa, masainda com alguma regularidade
Sólidos não-cristalinos: imperfeições tridimensionais
óxido cristalino óxido não-cristalino
O material não-cristalino mantem a ordem a curta distância (SRO) (o bloco coordenadotriangularmente) mas perde a ordem a longa distância (LRO), isto é, a cristalinidade
A temperatura de transição vítreacristal vidro
materialsemicristalino
Um “vidro” é um materialque não tem ordem a longa distância e estáabaixo da temperaturaà qual os rearranjosatómicos ou molecularespodem ocorrer a umaescala de tempo comparavel com a experiência
Uma “borracha” é umsólido amorfo para o qualos rearranjos molecularespodem ocorrer numa escala de tempo comparavelcom a experiência
A temperatura crítica que separa o comportamento vítreo do comportamentotipo borracha, numa escala de tempo comparavel com a experiência, é a temperaturade transição vítrea, Tg
cerâmicos,polímerosmetais,semicondutores
Termoplásticos e termoendurecíveis
PET
termoplástico
X-linkcaracterísticoda rede 3Ddumtermoendurecível
Bakelite
Borrachas e elastómerosBorrachas são materiais não-cristalinos para os quais Tg é abaixo de RT, e quepossum uma arquitectura molecular que impede a cristalização
Polibutadieno como polímero termoplástico e como borracha com cross-links
Dependência de E com T
Polímero amorfosem cross-links
7000 MPa
0.7-70 MPa
Polímeroamorfo comcross-links
borracha
epoxis,fenólicos(termo-endurecíveis)
Defeitos em sólidos não-cristalinos
Impurezas químicas comoo Na+ modificam o vidrointerrompendo a redecontínua aleatória e deixando iões oxigénio quenão estão em ponte
Vários tipos de defeitospontuais em vidros desilicatos, após irradiação
Deslocação emSiO2 não-cristalino(só a posição dosátomos de Si éindicada)
Próximas aulas[Estrutura dos materiais]Desenvolvimento microestrutural: termodinâmica e cinética (A7 e A8, dias 3 e 4 de Abril)
Próxima aula prática P3 (18 e 19 de Março):- discussão do TPC3- estrutura dos compósitos
Férias da Páscoa (20 a 26 de Março)
Não há aulas dia 27 e 28 de Março (greetings from California...)
Aula prática P4 (1 e 2 de Abril):- discussão do TPC4- estrutura dos materiais biológicos
TPC3 e TPC4 devidos sexta-feira, dia 4 de Abril