Imperfeições Estruturais e Movimentos Atômicos

1. Imperfeições Estruturais e Movimentos Atômicos Faculdade Campo Real Professor: Pedro Ribeiro Cebulski

2. Imperfeições Estruturais • Uma célula unitária pode mostrar a estrutura completa do cristal; • Um mero pode mostrar a estrutura completa do polímero; • Porém uma pequena fração da estrutura, normalmente inferior a 1% não é perfeita.

3. Lacuna (Vacância ou Vazios) • Falta de um átomo no estrutura cristalina ou a presença de uma impureza; • Facilita a difusão atômica;

4. Linear (Discordâcias) • Discordância em Cunha, uma linha de atomos fora de seu posicionamento ideal; • Escorregamento de um plano cristalino;

5. Fronteiras (Superfícies) • Mais fácil de visualizar nas extremidades; • Cristais individuais são chamados de grãos;

6. Difusão Atômica • Movimentação dos átomos na estrutura; • Os átomos de um cristal só ficam estáticos no Zero absoluto (-273°C); • Conforme a temperatura se eleva, as vibrações térmicas facilitam a difusão atômica; • Podem ocorrer em cristais sem defeito pontuais.

7. Difusão Atômica • Gases: • Muito rápida; • Exemplo Perfume (Interdifusão). • Líquidos: • Movimento dos átomos nos líquidos. • Rápidas, mas menos rápidas que as gasosas; • Sólidos; • Muito Lentas e necessita de alta energia.

8. Autodifusão • Troca de localização de átomos em um mesmo material; • Normalmente não é observada em material puro e monofásicos pois os átomos são todos idênticos; • Quanto maior ponto de fusão, maior a força necessária para movimentação atômica.

9. Interdifusão • Troca de localização de átomos em materiais diferentes. • Exemplo tratamento térmico superficial em materiais (Ex: Cementação); • Ligas metálicas.

10. Difusão Atômica • Fatores que favorecem o fluxo de átomos: • Baixo Empacotamento atômico; • Baixa densidade ou massa específica; • Raio atômico pequeno; • Ligações fracas (Van der Waals); • Baixo ponto de fusão; • Presença de imperfeições cristalinas.

11. Difusão Atômica • Fatores que dificultam o fluxo de átomos: • Alto Empacotamento atômico; • Alta densidade ou massa específica; • Raio atômico grande; • Ligações fortes (iônicas e covalentes); • Alto ponto de fusão; • Alta qualidade cristalina.

12. Difusão Atômica • Energia de Ativação; • Energia requerida para superar as “barreiras de energia”. • Átomos pequenos tem a energia de ativação menor do que os átomos grande. • Elevadas energias para átomos de alto ponto de fusão. • Difusão em anel: • 3 átomos; • 4átomos.

13. Coeficiente de Difusão • Leis de Fick; • Para estado estacionário; : • 1° LEI - O fluxo de átomos por unidade de área na unidade de tempo, é proporcional ao gradiente de concentração. • J = - D dC/dx • J - Fluxo de Átomos por unidade de Área (átomos/cm².s); • D - Coeficiente de difusão (cm²/s); • dC/dx – Gradiente de concentração;

14. Coeficiente de Difusão • Leis de Fick; • Para estado não estacionário; • 2° LEI - A velocidade diminui com a diminuição do gradiente de concentração. • dC/dt = D (d².C/dx²) • dC/dt – Variação da concentração no tempo; • D - Coeficiente de difusão (cm²/s);

15. Exemplo de Difusão

16. Bibliografia • VAN VLACK, Lawrence – Princípio da Ciência dos Materiais; • CALLISTER, Willian – Introdução a Engenharia e Ciência dos Materiais; • www.cienciadosmateriais.org/ • www.mspc.eng.br