Técnicas de Caraterização e Ensaios não Destrutivos
Código
11057
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Ciências dos Materiais
Créditos
6.0
Professor responsável
Carlos Jorge Mariano Miranda Dias
Horas semanais
5
Total de horas
69
Língua de ensino
Português
Objectivos
Fundamentos e funcionalidades da microscopia óptica e da microscopia electrónica importantes na observação e análise de materiais.
Pretende-se que os alunos apreendam os conhecimentos básicos a nível da manipulação e funcionamento dos equipamentos de espectroscopia de infravermelho, espectroscopia de transmitância e elipsometria espectroscópica e a nível avançado no tratamento dos dados optidos pelas diversas técnicas
Pretende-se que na área dos ensaios não destrutivos os alunos adquiram conhecimentos básicos das várias técnicas ao seu dispor suas vantagens e inconvenientes.
Pré-requisitos
Não existem precedências obrigatórias. No entanto assume-se que os alunos possuem conhecimentos gerais de matemática e física.
Conteúdo
Módulo de microscopia óptica
Luz. Espectro da luz visível. Leis da refracção, reflexão e difracção da luz. Fundamentos e componentes básicos da microscopia óptica. Principais tipos de microscópios, microscópios à transmissão e à reflexão.
Lentes concavas e convexas, distância focal e diagramas de raios de uma lente. Imagem. Definição da resolução e ampliação. Aberrações ópticas em lentes. Ampliação, abertura numérica e poder de resolução de uma simples lente. Sistemas de iluminação. Componentes ópticos: lentes condensadoras, oculares e objectivas. Tipos de objectivas (lentes achromat, fluorite ou semiapochromat and apochromat). Ampliação, abertura numérica e poder de resolução de uma lente. Profundidade de campo. Lentes de imersão. Diafragmas de abertura e de campo. Câmaras e imagem digital. Métodos de contraste em microscopia óptica: campo claro, iluminação oblíqua, campo escuro, contraste por filtros de Rheinberg, luz polarizada, contrate de fase, contraste por interferência diferencial (DIC). Microscópio de fluorescência. Métodos de contraste de imagem e microscópios ópticos usados em ciência e engenharia dos materiais.
Módulo de Microscopia Electrónica
Feixe de electrões acelerado versus feixe de luz, vantagens e desvantagens da microscopia electrónica. Principais tipos de microscópios electrónicos, traansmissão (TEM) de varrimento à reflexão (SEM) e de varrimento à transmissão (STEM). Imagem de um objecto em SEM e TEM. Resolução e ampliação em SEM e TEM. Profundidade de campo em SEM. Preparação de amostras para TEM e SEM. Principais emissões, interacções electrões matéria, usadas em SEM. Electrões retrodifundidos, electrões secundários. Radiação X característica e contínua. Volumes de proveniência das emissões e suas resoluções típicas. Componentes principais e auxiliares de um SEM. Canhões de electrões por efeito termoiónico (filamento de tungsténio) e por efeito de campo. Influência do tipo de canhão no diâmetro final do feixe e sua resolução. Lentes electromagnéticas e diafragmas. Detectores de electrões e modos de operação. Detectores de radiação X (espectrómetros EDS e WDS). Importância dos sistemas de vácuo e de anti-vibrações. Métodos de contraste de imagem usados em SEM: contrate topográfico e contraste de número atómico. Análise elementar e mapeamento de raios X em SEM-EDS/WDS.
Módulo de Espectroscopias Ópticas
Espectroscopia de Infravermelho; Espectroscopia de Transmissão no infravermelho próximo - visível - ultravioleta; Elipsometria espectroscópica. Caracterização de películas finas de silício amorfo e óxido de zinco utilizando as referidas técnicas para a determinação da sua espessura, composição, e propriedades ópticas (índice de refração, hiato ópttico, coeficiente de absorção, etc..)
Módulo de Ensaios Não Destrutivos
Ensaios não-destrutivos: Métodos radiológicos. Principio geral. Produção de raios X. Registo de radiação. Contraste e gradiente de um filme. Indicadores de qualidade de imagem. Métodos ultrasónicos. Tipos de ondas em sólidos. Velocidade do som. Ondas numa interface, a lei de Snell. Conversão de modos de vibração. Geração de ondas ultrasónicas: sondas transversais e longitudinais. Modos de varrimento. Outras técnicas de ensaios não-destrutivos. Magnetoscopia, fundamento da técnica. Métodos de magnetização. Tipos de partículas magnéticas. Liquidos penetrantes: procedimento do ensaio. Caracteristicas mais importantes dos materiais utilizados (liquidos e reveladores).
Módulo de Técnicas Baseadas em Raios X (TRX)
Física da radiação X; o espectro electromagnético. Interacção dos raios X com a matéria: absorção e efeito fotoeléctrico; radiação de fluorescência; difusão coerente e inelástica; polarização.
Detecção dos raios X. Espectros de emissão e absorção de um elemento. Breve referência à aplicação da espectrometria de fluorescência de raios-X em análise química.
Difracção dos raios X: a lei de Bragg. Extinções sistemáticas e intensidades difractadas (factores geométricos e físicos).
Difracção por materiais policristalinos. Pulvero-difractometria: geometria de Bragg-Brentano; incidência rasante. Breve referência à difracção por mono-cristais. Grau de cristalinidade da matéria difractante. Efeito da textura e das tensões residuais sobre as intensidades difractadas.
Bibliografia
Microscopia Óptica, Rui Silva, cópia da apresentação realizada pelo docente nas aulas teóricas.
Microstructural Characterization of Materials, David D. Brandon, Wayne D. Kaplan, Wiley-VCHI
“Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis”, J. I. Godstein et al, second edition, Plenum Press, New York (1992).
“Microscopia Electrónica de Varrimento - Textos de apoio”, Rui Silva, FCT-UNL, 2006.
Ensaios não destrutivos, F. P. Almeida, J. Barata e P. Barros, ISQ Edições Técnicas
Non Destructive Testing, R. Halmshaw, 2nd edition, Edward Arnold
Elements of X-ray Diffraction, B.D. Cullity, 1978
Modern Powder Diffraction, edt. D. Bish & J. Post, Min. Soc. Amer., 1989
Método de ensino
Aulas Teóricas com utilização de Datashow.
Aulas Teórico-Práticas com participação dos alunos na resolução dos problemas.
Aulas práticas com preparação teórica previa, realização experimental, e preenchimento de relatórios.
Disponibilização de um website com material de estudo.
Método de avaliação
A avaliação contínua obriga à realização de 2 testes e à presença nas aulas laboratoriais.
A nota final é obtida ponderando a nota de cada módulo de acordo com o respectivo numero de semanas de lecionação.
É necessária a nota minima de 10 valores para se obter aprovação.