Introdução à Cristalografia e Defeitos Cristalinos – Parte 2

1. Introdução à Cristalografia e Defeitos Cristalinos – Parte 2 COT – 741: Princípios de Deformação Plástica

2. Sólido; Líquido; Gasoso; Plasma. Cristalinos; Sólidos; Líquidos. Amorfos Sólidos; Líquidos; Gasosos; Plasma (?). Os Estados da Matéria

3. Cristalinos • São aqueles que apresentam ordenação atômica de longo alcance; • Nos sólidos essa ordenação atômica é observada tridimensionalmente; • Para os líquidos, o agrupamento das moléculas que o compõe pode apresentar certa ordenação em uma direção.

4. Cristais Líquidos Para saber tudo sobre física e química dos cristais líquidos visite: http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/lc/Intro.htm Para saber mais sobre defeitos em cristais líquidosconsulte o livro “The Structure of Materials”

5. Amorfos • Não apresentam ordenação atômica de longo alcance, somente de curto alcance; • Nos líquidos essa ordenação é instantânea. Alguns pontos isolados apresentam ordenação. Instantes depois essa ordenação desaparece, surgindo em outro lugar; • Nos sólidos amorfos produzidos por solidificação rápida, a estrutura instantânea de um líquido é mantida, logo, pontos de ordenação atômica de curto alcance estão presentes; • Gases não apresentam ordenação atômica de nem de curto nem de longo alcance; • Plasmas são mais complicados...

6. Ligas Metálicas Amorfas • Costumam apresentar propriedades mecânicas únicas, como dureza elevadíssima; • Deformam-se plasticamente de uma maneira diferente dos materiais cristalinos; • Possuem propriedades magnéticas muito superiores aos metais e ligas cristalinas. Um texto introdutório sobre deformação plástica em ligas metálicas amorfaspode ser obtida clicando aqui.

7. Resistência Teóricados Metais Cristalinos • Para deformar plasticamente é necessário deslizar planos atômicos uns sobre os outros; • Isso é obtido pela mudança de posição simultânea de átomos de uma posição perfeita da rede para uma outra; • Estes cálculos forma feitos inicialmente por Frenkel em 1926.

8.   a b Rede cristalina perfeita. Para deformá-la plasticamente é necessário quebrar todas as ligações atômicas num plano (representadas em vermelho). • = tensão cisalhante aplicada G = módulo de cisalhamento b = espaçamento entre átomos na direção de cisalhamento a = espaçamento entre as camadas de átomos x = translação das duas camadas de átomos de sua posição de equilíbrio

9. A função senoidal é periódica em b e se reduz para a lei de Hook para pequenas deformações x/a, logo sen (2πx/b)≈(2πx/b). O valor de  máximo é então a tensão cisalhante crítica teórica te. O valor será máximo quando sen = 1. Expressões mais realistas nos fornecem te≈ G/30. Embora sejam cálculos aproximados, esses valores são diversas ordens de grandeza maior do que os observados em materiais reais. POR QUÊ?

10. Valores Teóricos vs. Práticos

11. Discordâncias e Cristais Perfeitos • Somente em 1934, Orowan, Polayni e Taylor conseguiram diferenciar, independentemente, os valores práticos dos teóricos, levando em conta a presença de defeitos nos cristais; • Há poucos anos foi desenvolvido um material metálico virtualmente livre de defeitos, os Whiskers. Estes materiais quando submetidos a um carregamento externo apresentam resistência da ordem de grandeza da resistência teórica proposta para um cristal perfeito.