Engenharia Dos Materiais - 8 Aula

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MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 1 Pedro Almeida DEM 2005 Difusão no estado sólido Difusão no estado sólido º 2 Processos Cinéticos em Sólidos Estão relacionados com a velocidade a que os átomos se movem no estado só sólido. º Os átomos tendem a rearranjarrearranjar-se espontaneamente por forma a minimizar a energia do sistema º Para ocupar lugares na rede cristalina onde estejam mais está estáveis, os átomos têm que ter uma energia suficiente para vencer a barreira de energia de activaç activação º MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 3 Pedro Almeida DEM 2005 Difusão no estado sólido º Difusão: Mecanismo de transporte dos átomos através da matéria º Difusão Substitucional º Difusão Intersticial Difusão no estado sólido º Substitucional (ou por lacunas) – a energia de activação resultante da vibração dos átomos é suficiente para que eles se movam e vão ocupar lacunas ou outros defeitos da estrutura cristalina. 4 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 5 Pedro Almeida DEM 2005 Difusão no estado sólido º Difusão no estado sólido Difusão Substitucional º MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 Difusão no estado sólido º Difusão Intersticial 6 Intersticial – Os átomos movem-se entre interstícios sem provocar deslocamentos permanentes dos átomos da rede cristalina. (para acontecer os átomos a difundir têm que ter um diâmetro inferior ao dos da matriz) MATERIAIS / MATERIAIS I 7 Pedro Almeida DEM 2005 Difusão no estado sólido º Difusão Estacionária - O fluxo de átomos a atravessar o material é constante no tempo. J = −D dc dx 1ª Lei de Fick J – Fluxo ou corrente global de átomos (átomos/(m2.s)) D – Coeficiente de difusão (m2/s) dc/dx – Gradiente de concentração ((átomos/m3)x(1/m)) O sinal negativo indica que a difusão de dá dos locais com maior concentração para os que têm menos concentração 8 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 9 Pedro Almeida DEM 2005 Difusão no estado sólido º Difusão no estado sólido O Fluxo depende de: º º º º º º Tipo de mecanismo de difusão Temperatura a que ocorre a Difusão (D aumenta com o aumento da temperatura) Tipo de estrutura cristalina do solvente Tipo de defeitos que circundam a área de difusão Concentraç Concentração da espé espécie a difundir Coeficientes de Difusão à Temperatura Ambiente MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 11 Pedro Almeida DEM 2005 Difusão no estado sólido º 10 Difusão no estado sólido Variaç Variação do Coeficiente de Difusão com a Temperatura º Difusão não estacionária ºO fluxo de átomos não é constante no tempo (caso mais comum). Velocidade da variaç variação de composiç composição d cx d ⎛ d cx ⎜⎜ D = dt dx ⎝ d x ⎞ ⎟⎟ ⎠ 2ª Lei de Fick 12 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 Difusão no estado sólido MATERIAIS / MATERIAIS I 13 Pedro Almeida DEM 2005 Difusão no estado sólido º Resolução: Cs − C x ⎛ x = erf ⎜⎜ C s − C0 ⎝ 2 Dt Cs C0 Cx MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 Difusão no estado sólido º Função erro - erf (z) 15 ⎞ ⎟⎟ ⎠ Concentração à superfície do elemento a difundir Concentração inicial do elemento a difundir no sólido Concentração à distância x da superfície do elemento a difundir no instante t. 14