A mobilidade térmica de discordância foi investigada em silício puro, floating zone, livre de discordâncias, utilizando medidas de rosetas produzidas por indentação. A mobilidade das discordâncias produzidas em amostras cobertas com camada de óxido crescida termicamente foi comparada com a de superfície não coberta. Um aumento da mobilidade térmica foi encontrado em amostras cobertas. Também foram obtidas informações sobre modificações na estrutura de discordâncias em rosetas relacionadas à anisotropia na dureza. Esse efeito foi encontrado como sendo dependente da temperatura. / The thermal mobility of dislocations was investigated in intrinsic floating zone dislocation free silicon using indentation dislocation rosette (IDR) measurements. The mobility of introduced dislocations in samples covered with a thermal oxide layer was compared with that with a bare surface. An increase on dislocation thermal mobility was found in covered samples. Also information about dislocations pattern structure modifications on IDR related to hardness anisotropy was obtained. This effect was found to be temperature dependent.

A mobilidade térmica de discordância foi investigada em silício puro, floating zone, livre de discordâncias, utilizando medidas de rosetas produzidas por indentação. A mobilidade das discordâncias produzidas em amostras cobertas com camada de óxido crescida termicamente foi comparada com a de superfície não coberta. Um aumento da mobilidade térmica foi encontrado em amostras cobertas. Também foram obtidas informações sobre modificações na estrutura de discordâncias em rosetas relacionadas à anisotropia na dureza. Esse efeito foi encontrado como sendo dependente da temperatura. / The thermal mobility of dislocations was investigated in intrinsic floating zone dislocation free silicon using indentation dislocation rosette (IDR) measurements. The mobility of introduced dislocations in samples covered with a thermal oxide layer was compared with that with a bare surface. An increase on dislocation thermal mobility was found in covered samples. Also information about dislocations pattern structure modifications on IDR related to hardness anisotropy was obtained. This effect was found to be temperature dependent.

Aços constituem a categoria de material metálico mais utilizada industrialmente. Sua grande aplicação deve-se a diversos fatores, como produção em larga escala, baixo custo, por possuírem uma vasta faixa de propriedades mecânicas, entre outros. O aço SAE/AISI 4340 é tratável termicamente, baixa liga, contendo níquel, cromo e molibdênio, combina excelente temperabilidade com alta ductilidade, tenacidade e resistência, possui alta resistência à fadiga e à fluência. O fenômeno de fratura por fluência é um dos grandes problemas da área industrial devido ao crescente nível de exigência das condições de operação empregadas em usinas de geração de energia, instalações químicas e em componentes estruturais aplicados nas indústrias aeroespaciais. Com o objetivo de compreender o mecanismo de fluência e caracterizar microestruturalmente o aço 4340, elaborou-se corpos-de-prova de seção cilíndrica para ensaios de fluência com 500C (200 MPa), 550C (200, 250 e 300 MPa) e 600C (200 MPa), a partir de uma barra de aço laminado, na condição como recebido. Foram traçadas as curvas de fluência e determinadas as taxas de fluência de segundo estágio para as condições ensaiadas, foi obtido o expoente de tensão n para 550C e a energia de ativação Q para 200MPa. A caracterização microestrutural do material depois do ensaio de fluência foi feita através de microscopia óptica. O expoente de tensão de 8.02 e a energia de ativação de 372.2 kJ/mol indicam que o mecanismo de fluência se dá por movimentação de discordâncias. O aumento da temperatura e o aumento da tensão causam aumento exponencial da taxa de fluência.

Orientador: Maurice de Koning / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-26T09:46:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LandinezBorda_EdgarJosue_D.pdf: 16266231 bytes, checksum: 7240bfb0050d5a5b6df4d1741c7e9f54 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Esta Tese aborda o problema de determinar propriedades mecânicas fundamentais de 4 He solido na fase hcp usando simulação atomística. Tais propriedades têm sido associadas à possível existência de uma fase cristalina superfluida conhecida como super-solidez. Embora experimentos sofisticados investigando propriedades mecânicas do Hélio sólido têm sido realizados, os resultados dependem da dinâmica microscópica que nem sempre é acessível experimentalmente. Desta maneira as interpretações dos experimentos ficam sujeitos a debates. Neste contexto a modelagem atomística é uma ferramenta útil para fornecer informação qualitativa e quantitativa do comportamento atomístico das propriedades mecânicas. Através de Monte Carlo de integrais de trajetória (PIMC) calculamos a resistência ideal de cisalhamento e tensão de Peierls de uma discordância screw para este sólido quântico protótipo. A resistência ideal estabelece um limite teórico superior de comportamento elástico do material. É a máxima tensão que um cristal livre de defeitos pode suportar, sem produzir uma deformação plástica. Os reultados mostram que o limite de resistência ideal é acompanhado pela nucleação homogênea de uma falha de empilhamento. A resistência ideal é anisotrçopica no plano basal, mas esta anísotropia é bem descrita pela lei de Schmid, que é baseida em conceitos clássicos. Além disso, a comparação do valor da resistência ideal com os de um conjunto grande de cristais clássicos mostra que os resultados para 4 H e estão bem descritos pelo modelo Frenkel-Orowan modificado, que também se baiseia em conceitos puramente clássicos. Em relação às propierdades de discordância, investigamos a estrutura do caroço e a tensão de Peierls para a discordância screw no plano basal. Os resultados mostram uma forte tendência de dissociação e uma tensão de Peierls da ordem e 0.4 bar e estão totalmente consistentes com o comportamento em sólidos clássicos. Assim, os resultados da Tese mostram que, mesmo em regimes de temperatura onde a fase líquida é superfluida, o ordenamento cristalino parece suprimir os efeitos quânticos resposáveis pela super-fluidez no líquido. / Abstract: This Thesis addresses a number of issues related to the determination of the fundamental mechanical properties of hcp 4 He. These properties have been linked to the possible existence of a superfluid crystalline phase know as supersolid. While many sophisticated experiments have investigated these properties, their results often require assumptions regarding the underlying processes on the atomic scale which are not accessible experimentally. In this way, the experimental interpretations often remain subject of debate. In this context, atomistic modeling is a useful tool that allows one to obtain both qualitative as well quantitative information about these processes. Using Path-integral Monte Carlo simulations we compute the ideal shear strength (ISS), as well as the structure and mobility parameteres for the screw dislocation for this prototypical quantum solid. The ideal shear strength represents a theoretical upper limit of the elastic response of a crystal, being defined as the maximum stress a defect-free crystal can withstand before deforming plastically. Our resuls show that the ISS limit is accompanied by the homogeneous nucleation of a stacking fault. Furthermore, the ISS on the basal plane is found to be anisotropic, although the anisotropy is well described by Schmid¿s law of resolved shear stress. In addition, comparison of the intrinsic ISS value to values of a large set of classical crystals shows that the results for 4 He are well described by the modified Frenkel-Orowan model, which is also based on purely classical concepts. Considering dislocation properties, we investigate the core structure and Peierls stress for the screw dislocation in the basal plane. The results show a strong dissociation tendency of the core and a Peierls stress of the order of 0.4 bar, consistent with the behavior of classical solids. Accordingly the results of this Thesis show that, even in the temperature regime where the liquid phase is superfluid the crystalline order seems to suppress the quantum effects for the liquid superfluidity / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Maurice de Koning / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T15:22:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaJunior_DomingosLopesda_D.pdf: 17651517 bytes, checksum: 27cb54e210fe4d9dd8c11581abe57d01 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Usando a abordagem da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), estudamos propriedades estruturais de falhas de empilhamento e discordâncias parciais na fase sólida mais comum da água, conhecida como gelo Ih. Uma das principais características do gelo Ih é o desordenamento protônico, que exerce forte influência nas estruturas destes defeitos extensos. O deslocamento relativo entre camadas para produzir as falhas de empilhamento no gelo Ih é responsável por criar uma série de violações nas regras do gelo conhecidas como defeitos Bjerrum. Nas otimizações de geometria por DFT observamos que as moléculas apresentaram uma forte tendência de reconstrução para eliminar os defeitos Bjerrum. Entretanto, a desordem protônica dificulta que todos os defeitos Bjerrum sejam corrigidos espontaneamente. Estes defeitos remanescentes são responsáveis por elevar consideravelmente a energia de formação da falha de empilhamento, contrariando as estimativas experimentais. Tal contradição sugere que não há concentrações significativas de defeitos Bjerrum em falhas de empilhamento no gelo Ih. De fato, os nossos resultados para as energias de formação de falhas de empilhamento sem defeitos Bjerrum são muito próximos de zero, concordando com as estimativas experimentais. Uma energia de formação de falha de empilhamento baixa indica que a dissociação de discordâncias perfeitas em discordâncias parciais é favorável. Nós investigamos propriedades estruturais de discordâncias parciais conhecidas como parciais 30° e 90°. Observamos uma semelhança muito grande entre as estruturas destas parciais no gelo Ih com o caso do silício. Assim como no silício, as moléculas de água presentes no caroço destas parciais apresentam uma ligação quebrada. Em ambas as parciais observamos uma forte tendência de reconstrução de caroço para restabelecimento desta ligação. Novamente, a desordem protônica dificulta o restabelecimento de todas as ligações quebradas espontaneamente criando defeitos de reconstrução conhecidos como defeitos de anti fase (APD) que também são observados no silício. Fizemos simulações que comparam as energias das parciais não-reconstruídas com as totalmente reconstruídas e os nossos resultados mostraram uma grande redução do excesso de energia com a reconstrução. Isto sugere que as discordâncias parciais no gelo Ih são reconstruídas. A discordância parcial 90° apresenta dois tipos de reconstrução um deles conhecido como período simples e o outro como período duplo. A diferença de energia entre estas reconstruções é tão pequena que é plausível que estas reconstruções coexistam em um mesmo caroço. Esta coexistência é mais uma das semelhanças entre o caso do gelo Ih e do silício. Os principais resultados desta Tese foram publicados em Physical Review B 85, 024119 (2012) / Abstract: Using the Density Functional Theory (DFT) approach, we studied the structural properties of stacking faults and partial dislocations in the most common solid phase of water, known as ice Ih. One of the main features of Ice Ih is the proton disorder, which has a strong influence on the structures of these defects. The relative displacement between layers to produce the stacking faults in ice Ih is responsible for creating violations of the ice rules known as Bjerrum defects. In DFT geometric optimizations we observed that molecules show a strong tendency to reconstruct to eliminate the Bjerrum defects. However, the proton disorder prevents the correction of all Bjerrum defects spontaneously. These remaining defects are responsible for higher stacking-fault energies, contradicting experimental estimates. This contradiction suggests that there is no significant concentration of Bjerrum defects in stacking faults in ice Ih. Indeed fact, our results for stacking fault energies without Bjerrum defects are almost zero, consistent with the experimental estimates. Low stacking fault energies suggest that dissociation of perfect dislocations into two partials is favorable. We investigated the structural properties of 30° and 90° partial dislocations. We observed that the structures of partial dislocations in ice Ih is very similar to the case of silicon. As in silicon, the water molecules in the partial dislocation core have one dangling bond. In both partials we observed a strong tendency of reconstruction to fix this dangling bond. Again, the proton disorder prevents the full correction of dangling bonds to occur spontaneously, creating reconstruction defects known as anti phase defects, that are also observed in silicon. We compare the nonreconstructed with fully reconstructed partial dislocations and observed a large reduction of excess energies associated with reconstruction. This suggests that partial dislocation in ice Ih are reconstructed. The 90° partial has two types of reconstruction. One is known as single period and another as double period. The energy difference between both is so small that it is plausible that these reconstructions coexist in the same core. This coexistence is yet another similarity between ice Ih and the silicon. The main results of this Thesis were published in Physical Review B 85, 024119 (2012) / Doutorado / Física / Doutor em Ciências