Origem e Multiplicação de Discordâncias COT 741 – Princípios de Deformação Plástica Prof: Paulo Emílio Valadão de Miranda Monitor: Guilherme Farias Miscow

Introdução A energia livre de um sistema é aumentada com a presença de discordâncias; A densidade de discordâncias de equilíbrio termodinâmico em um cristal livre de tensões é zero; Whiskers e monocristais de silício podem ser “livres de discordâncias”.

Introdução Monocristais recozidos por tempos suficientemente longos apresentam densidade de discordância da ordem de 104 mm-2; Uma densidade de discordâncias de mesma ordem é obtida em uma liga no seu estado bruto de fusão; A densidade de discordâncias em um metal severamente deformado está na faixa de 108 a 109 mm-2.

Discordâncias em cristais novos Ocorrem por dois mecanismos predominantes: (a) crescimento epitaxial a partir de substratos contendo discordâncias ou (b) por nucleação “acidental” durante o crescimento; Este segundo pode ser entendido como (i) nucleação heterogênea devido a tensionamento interno, (ii) impingimento de diferentes frentes de crescimento e (iii) colapso de lacunas formando anéis prismáticos.

Discordâncias em cristais novos Crescimento epitaxial é a nucleação e crescimento de uma fase obedecendo a mesma orientação cristalina de seu substrato. Assim, se o substrato contém discordâncias na superfície, estas se extenderão pelo novo cristal; Os mecanismos de nucleação acidental serão descritos a seguir (i, ii e iii).

Discordâncias em cristais novos O tensionamento interno durante o crescimento de novos cristais vem da contração diferencial durante a mudança de volume. Isso advém de gradientes térmicos, mudanças na composição química e mudanças no parâmetro de rede; O impigimento é explicado pelo encontro de duas dentritas que estão crescendo. O acoplamento delas dificilmente será perfeito, gerando discordâncias nas interfaces. Outra forma é na variação de parâmetro de rede, onde, apesar de haver mesma orientação cristalina, discordâncias aparecem em locais fora do registro cristalino; A formação de anéis prismáticos já foi discutida.

Fontes de discordâncias Frank-Read Simplesmente ou duplamente apoiadas; Múltiplo deslizamento cruzado; Escalagem Expansão de um anel prismático; Produção de uma discordância helicoidal Bardeen-Herring; Contornos de grão.

Fontes de discordâncias Frank-Read simplemente apoiada: A B C E F

Fontes de discordâncias Frank-Read duplamente apoiada:

Fontes de discordâncias Múltiplo deslizamento cruzado Ocorre deslizamento cruzado do plano AB para o plano CD; Os trechos AD e BC são degraus; Se a tensão nos planos AB e CD for maior, os degraus serão relativamente imóveis; Os trechos nos planos AB e CD poderão expandir-se livremente, podendo inclusive atuar como fontes de Frank-Read. A D B C

Fontes de discordâncias Escalagem Anéis prismáticos Aumentam o raio do anel por escalagem; Discordância helicoidal A linha de uma discordância aresta cujo vetor de Burgers está fora do plano de deslizamento pode abaular-se por escalagem, produzindo uma helicóide; Fonte de Bardeen-Herring Age de forma semelhante à de Frank-Read, porém uma discordância aresta ancorada entre dois pontos irá abaular-se por escalagem.

Fontes de discordâncias Contorno de grão