Fases de Frank – Kasper - Frank–Kasper phases
As fases do pacote topologicamente próximo ( TCP ) , também conhecidas como fases de Frank-Kasper (FK), são um dos maiores grupos de compostos intermetálicos , conhecidos por sua estrutura cristalográfica complexa e propriedades físicas. Devido à combinação de estrutura periódica e aperiódica, algumas fases do TCP pertencem à classe dos quasicristais . Aplicações de fases TCP como materiais supercondutores e estruturais de alta temperatura foram destacadas; no entanto, eles ainda não foram suficientemente investigados para detalhes de suas propriedades físicas. Além disso, sua estrutura complexa e freqüentemente não estequiométrica os torna bons sujeitos para cálculos teóricos.
História
Em 1958, Frederick C. Frank e John S. Kasper, em seu trabalho original investigando muitas estruturas de ligas complexas , mostraram que ambientes não icosaédricos formam uma rede de extremidade aberta que eles chamaram de esqueleto principal, e agora é identificado como o locus de declinação . Eles vieram com a metodologia para compactar icosaedros assimétricos em cristais usando outros poliedros com maior número de coordenação e átomos. Esses poliedros de coordenação foram construídos para manter o empacotamento topológico próximo (TCP).
Classificação de geometrias de células unitárias
Com base nas unidades tetraédricas , as estruturas cristalográficas FK são classificadas em grupos poliédricos altos e baixos, denotados por seus números de coordenação (CN), referindo-se ao número de átomos que centralizam o poliedro. Alguns átomos têm uma estrutura icosaédrica com baixa coordenação, denominada CN12. Alguns outros têm números de coordenação mais altos de 14, 15 e 16, rotulados como CN14, CN15 e CN16, respectivamente. Esses átomos com números de coordenação mais altos formam redes ininterruptas conectadas ao longo das direções onde a simetria icosaédrica quíntupla é substituída pela simetria local seis vezes.
Fases clássicas do FK
Os membros mais comuns de uma família de fases FK são: A15 , fases Laves , σ, μ, M, P e R.
Fases A15
As fases A15 são ligas intermetálicas com um número de coordenação médio (ACN) de 13,5 e oito átomos de estequiometria A 3 B por célula unitária, onde dois átomos B estão rodeados por CN12 poliédrico (icosaedra) e seis átomos A são rodeados por CN14 poliédricos. Nb 3 Ge é um supercondutor com estrutura A15.
Fases das cavernas
As três fases Laves são compostos intermetálicos compostos de poliedros CN12 e CN16 com estequiometria AB 2 , comumente vistos em sistemas de metal binários como MgZn 2 . Devido à pequena solubilidade das estruturas AB 2 , as fases Laves são quase compostos lineares, embora às vezes possam ter uma ampla região de homogeneidade.
fases σ, μ, M, P e R
A fase sigma (σ) é um composto intermetálico conhecido como aquele sem composição estequiométrica definida e formado na faixa de razão elétron / átomo de 6,2 a 7. Possui uma célula unitária tetragonal primitiva com 30 átomos. CrFe é uma liga típica que cristaliza na fase σ na composição equiatômica. Com propriedades físicas ajustáveis com base em seus componentes estruturais, ou seja, sua composição química proporcionou uma determinada estrutura.
A fase μ possui uma estequiometria ideal A 6 B 7 , com seu protótipo W 6 Fe 7 , contendo célula romboédrica com 13 átomos. Embora muitos outros tipos de ligas de Frank-Kasper tenham sido identificados, mais continuam a ser encontrados. A liga Nb 10 Ni 9 Al 3 é o protótipo da fase M. Tem grupo espacial ortorrômbico com 52 átomos por célula unitária. A liga Cr 9 Mo 21 Ni 20 é o protótipo da fase P. Possui uma célula ortorrômbica primitiva com 56 átomos. A liga Co 5 Cr 2 Mo 3 é o protótipo da fase R que pertence ao grupo espacial romboédrico com 53 átomos por célula.
Formulários
Os materiais da fase FK têm sido apontados por sua estrutura de alta temperatura e como materiais supercondutores. Sua estrutura complexa e freqüentemente não estequiométrica os torna bons sujeitos para cálculos teóricos. A15, Laves e σ são as estruturas FK mais aplicáveis com propriedades fundamentais interessantes. Os compostos A15 estão formando importantes supercondutores intermetálicos com grandes aplicações em materiais usados em fios para supercondutores como: Nb 3 Sn, Nb 3 Zr e Nb 3 Ti. A maioria dos ímãs supercondutores é construída em liga de Nb 3 Ti. Pequenas extensões da fase σ diminuem consideravelmente a flexibilidade e o comprometimento da resistência à erosão . Embora a adição de elementos refratários como fases W , Mo ou Re às fases FK ajude a aumentar as propriedades térmicas em ligas como aços ou superligas à base de níquel , aumenta o risco de precipitação indesejada em compostos intermetálicos.