ME62H_3_2013_2_Ordenacao_Atomica

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba

DAMEC Departamento Acadêmico de Mecânica

Curso de Graduação em Engenharia Mecânica

ME62H

MATERIAIS METÁLICOS

Prof. Dr.

Marcos Flávio de Oliveira SCHIEFLER Filho

Novembro de 2013


M. Schiefler

Tópico:

ORDENAÇÃO ATÔMICA: CRISTAL IDEAL

Conteúdo:

• Estruturas dos Sólidos Cristalinos

- Célula Unitária

- Sistemas Cristalinos

- Estruturas Cristalinas Metálicas (CCC, CFC e HC)

- Polimorfismo e Alotropia

• Direções e Planos Cristalográficos (Índices de Miller)

- Estruturas Cristalinas Compactas

• Correlações com Propriedades

• Difração de Raios-X

- Determinação das Estruturas Cristalinas

• Sólidos Não Cristalinos (Amorfos)

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M. Schiefler


Estruturas dos Sólidos Cristalinos

Shackelford

Exemplo de Aplicação – Microscopia Eletrônica de Tunelamento

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M. Schiefler



Callister

Exemplo de Aplicação – Microscopia de Força Atômica

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M. Schiefler



Higgins, Shackelford

Célula Unitária

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M. Schiefler



Shackelford, Campos Fo.

Célula Unitária

6 ME62H – 2013


M. Schiefler


Estruturas dos Sólidos Cristalinos Callister

Sistemas Cristalinos

Os três comprimentos de aresta (a, b e c) e os três ângulos

interaxiais (, e ) são os parâmetros de rede de uma estrutura cristalina.

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M. Schiefler



Callister, Van Vlack


Na natureza, são encontrados cristais tendo sete combinações

possíveis de parâmetros de rede, cada qual representando um

sistema cristalino distinto.

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M. Schiefler



Callister

Os Sete


9 ME62H – 2013


M. Schiefler



Shackelford

Os Sete


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M. Schiefler


Estruturas dos Sólidos Cristalinos Shackelford

Os Quatorze Reticulados de Bravais

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M. Schiefler


Estruturas dos Sólidos Cristalinos Shackelford

Estruturas Cristalinas Metálicas

Estrutura Cúbica Simples (CS)

METAIS?

Sim Não

Por quê?

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M. Schiefler


Estruturas dos Sólidos Cristalinos Callister


Estrutura Cúbica de Corpo Centrado (CCC)

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M. Schiefler



Higgins


Estrutura Cúbica de Corpo Centrado (CCC)

14 ME62H – 2013


M. Schiefler



Callister


Estrutura Cúbica

de Faces Centradas

(CFC)

15 ME62H – 2013


M. Schiefler



Higgins


Estrutura Cúbica

de Faces Centradas

(CFC)

16 ME62H – 2013


M. Schiefler



Callister


Estrutura

Hexagonal

Compacta

(HC)

17 ME62H – 2013


M. Schiefler



Higgins


Estrutura Hexagonal Compacta (HC)

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I. Tipo de Ligação Atômica

II. Tipo de Célula Unitária (CU)

III. Número de Átomos por Célula Unitária

IV. Número de Coordenação (NC)

V. Fator de Empacotamento Atômico (FEA)

VI. Parâmetros de Rede

VII. Existência ou não de Sistemas Compactos

Características Básicas do Reticulado (Estrutura) de um Material Cristalino:

M. Schiefler



19 ME62H – 2013


Número de Coordenação (NC) para Ligação Iônica

M. Schiefler


Estruturas dos Sólidos Cristalinos Van Vlack

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Cálculo do Número de Coordenação (NC)

M. Schiefler


Estruturas dos Sólidos Cristalinos Van Vlack

21 ME62H – 2013


Números de Coordenação (NC)

em função da Relação entre Raios

(Ligação Iônica)

M. Schiefler



Van Vlack

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M. Schiefler

Estrutura

(Célula)

Número de Átomos

por Célula Unitária

(NA)

Número de

Coordenação

(NC)

Fator de

Empacotamento

Atômico (FEA)

Parâmetros

de Rede (a, c)

CS 1 6 0,52 a = 2r

CCC 2 8 0,68 a = 2,31r

CFC 4 12 0,74 a = 2,83r

HC 6 12 0,74 a = 2r

c = 3,26r

Parâmetros estruturais das células unitárias cristalinas formadas por átomos iguais mais comuns (r = raio atômico).

Adaptado de Campos Fo.



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M. Schiefler

Polimorfismo ou Alotropia Cristalina:

Fenômeno pelo qual alguns materiais cristalinos mudam de estrutura em função da temperatura em que se encontram.


reação alotrópica

(ocorre a uma T fixa)

Exemplos significativos de alotropia cristalina em metais



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M. Schiefler

Polimorfismo ou Alotropia Cristalina:

Fenômeno pelo qual alguns materiais cristalinos mudam de estrutura em função da temperatura em que se encontram.




A alotropia pode também acometer materiais cerâmicos?

Caso positivo, cite exemplos...

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M. Schiefler


Callister

Raios Atômicos e Estruturas Cristalinas para 16 Metais Selecionados


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M. Schiefler


Smith Estruturas dos Sólidos Cristalinos

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M. Schiefler


Schiefler



Célula Unitária da fase magnética Nd2Fe14B, responsável pelas boas propriedades dos ímãs permanentes Nd-Fe-B.

46 átomos por célula unitária!

28 ME62H – 2013


M. Schiefler


Van Vlack Estruturas dos Sólidos Cristalinos

Estruturas Cristalinas – NaCl, MgO

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M. Schiefler

Tópico:


Conteúdo:

• Estruturas dos Sólidos Cristalinos

- Célula Unitária

- Sistemas Cristalinos

- Estruturas Cristalinas Metálicas (CCC, CFC e HC)

- Polimorfismo e Alotropia

• Direções e Planos Cristalográficos (Índices de Miller)

- Estruturas Cristalinas Compactas

• Correlações com Propriedades

• Difração de Raios-X

- Determinação das Estruturas Cristalinas

• Sólidos Não Cristalinos (Amorfos)

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M. Schiefler


Direções e Planos (Sistemas) Cristalográficos

Callister

Direções em uma Célula Unitária

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M. Schiefler



Callister

Sistema de Eixos Coordenados para uma Célula Unitária Hexagonal

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M. Schiefler



Higgins Índices de Miller - derivação

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M. Schiefler



Callister Direções e Planos em uma Célula Unitária HC

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M. Schiefler



Callister

Planos em uma Célula Unitária Cúbica

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M. Schiefler



Planos (010) em Estruturas Cúbicas CS, CCC e CFC

Van Vlack

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M. Schiefler




Van Vlack

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M. Schiefler




Van Vlack

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M. Schiefler



Van Vlack

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M. Schiefler



Van Vlack

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M. Schiefler



Hume Rothery Planos em uma Célula Unitária Cúbica

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M. Schiefler



Higgins Direções em uma Célula Unitária Cúbica

42 ME62H – 2013


M. Schiefler



Higgins Planos em uma Célula Unitária Cúbica Simples

43 ME62H – 2013


M. Schiefler



Callister

Planos em uma Célula Unitária CFC

44 ME62H – 2013


M. Schiefler



Callister

Planos em uma Célula Unitária CCC

45 ME62H – 2013


M. Schiefler



Callister

Direções em uma Célula Unitária CCC

46 ME62H – 2013


M. Schiefler



Higgins

Direções de Deslizamento em Células Unitária CFC e HC

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M. Schiefler



Callister

Estruturas Cristalinas Compactas –

diferentes seqüências de empilhamento para um determinado plano compacto de átomos:

(a) ABC ABC ABC ...

(b) AB AB AB ...

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M. Schiefler



Estruturas Cristalinas Compactas – seqüência de empilhamento do plano compacto de átomos para um reticulado HC

Callister

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M. Schiefler



Callister

Estruturas Cristalinas Compactas – seqüência de empilhamento do plano compacto de átomos para um reticulado CFC

(111)

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M. Schiefler


Cristalinidade

Callister

Monocristais de Fluorita (CaF2)

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M. Schiefler


Cristalinidade

Callister

Material

Policristalino

vs.

Policristalino “orientado”

vs.

Monocristalino

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M. Schiefler


Cristalinidade

Callister

Materiais Policristalinos

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M. Schiefler


Cristalinidade

Callister

Anisotropia

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M. Schiefler


Callister

Difração de Raios-X

Determinação das Estruturas Cristalinas

55 ME62H – 2013


M. Schiefler


Callister



56 ME62H – 2013


M. Schiefler


Higgins



57 ME62H – 2013


M. Schiefler


Callister



58 ME62H – 2013


M. Schiefler


Higgins



59 ME62H – 2013


M. Schiefler



Callister

Determinação das Estruturas Cristalinas - Exemplo

60 ME62H – 2013


M. Schiefler



Schiefler

Determinação das Estruturas Cristalinas - Exemplo

61 ME62H – 2013


M. Schiefler


Sólidos Não Cristalinos (Amorfos) Callister

Não apresentam a chamada ORDEM DE LONGO ALCANCE

sólido amorfo

62 ME62H – 2013

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