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Power point sobre difusão de materiais
Tipologia: Notas de estudo
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Dopagem em materiais semicondutores para controlar a condutividade Cementação e nitretação dos aços para endurecimento superficial Outros tratamentos térmicos como recristalização, alívio de tensões, normalização,... Sinterização Alguns processos de soldagem
Os átomos em um cristal só ficam estáticos no zero absoluto Com o aumento da temperatura as vibrações térmicas dispersam ao acaso os átomos para posições de menor energia Movimentos atômicos podem ocorrer pela ação de campos elétrico e magnético, se as cargas dos átomos interagirem com o campo. Nem todos os átomos tem a mesma energia, poucos tem energia suficiente para difundirem
Antes do aquecimento Depois do aquecimento Cu Ni (^) Ni Cu Cu+Ni Solução sólida
rede move-se p/ uma vacância)
A difusão dos intersticiais ocorre mais rapidamente que a difusão de vacâncias, pois os átomos intersticiais maior mobilidade porque são menores. Além disso, há mais posições intersticiais que vacâncias na rede, logo, a probabilidade de movimento intersticial é maior que a difusão de vacâncias.
Contorno de grão Contorno de grão (importante para crescimento de grãos) Discordâncias Discordâncias (o movimento das discordâncias produz deformação e a recuperação do material) Fenômenos superficiais Fenômenos superficiais (importante para sinterização)
Superfície Contorno de grão Vacâncias e intersticiais
2
2
M= massa (ou número de átomos) A= área t= tempo
PRIMEIRA LEI DE FICK expressa a velocidade de difusão em função da diferença da concentração (Independente do tempo) J= -D dC dx J= at/m^2 .s=M/A.t D= coef. De difusão cm^2 /s dC/dx= gradiente de concentração em função da distância at/cm^3
da natureza dos átomos em questão do tipo de estrutura cristalina da temperatura
Fonte: Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio
FATORES QUE FAVORECEM A DIFUSÃO Baixo empacotamento atômico Baixo ponto de fusão Ligações fracas (Van der Walls) Baixa densidade Raio atômico pequeno Presença de imperfeições FATORES QUE DIFICULTAM A DIFUSÃO Alto empacotamento atômico Alto ponto de fusão Ligações fortes (iônica e covalentes Alta densidade Raio atômico grande Alta qualidade cristalina
EXEMPLO DE APLICAÇÃO DA PRIMEIRA LEI 20- O Carbono é difundido através de uma lâmina de aço de 15 mm de espessura. A concentração de carbono nas duas faces são 0,65 e 0,30 Kg/m^3 de Fe, os quais são mantidas constantes. Se Do e a energia de ativação são 6,2x10-7 m^2 /s e 80.000 J/mol, respectivamente, calcule a temperatura na qual o fluxo de difusão será 1,43x10-9 Kg/ m^2 .s. k= 8,31 J/mol.k R= 1044K
(dependente do tempo e unidimensional) C= -D 2 C t x^2 Suposições (condições de contorno) Suposições (condições de contorno) Antes da difusão todos os átomos do soluto estão uniformemente distribuídos O coeficiente de difusão permanece constante (não muda com a concentração) O valor de x na superfície é zero e aumenta a medida que avança-se em profundidade no sólido t=o imediatamente antes da difusão
