Capítulo 1 - Aula introdução

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Ciência dos Materiais I
Conteúdo:
 Introdução – Cap. 1
 Estrutura Atômica e Ligação Interatômica – Cap. 2
 A Estrutura Cristalina dos Sólidos – Cap. 3
 Imperfeições nos Sólidos – Cap. 4
 Difusão – Cap. 5
 Propriedades Mecânicas dos Metais – Cap. 6
PROVAS
P1 = capítulos 1, 2 e 3
P2 = capítulos 4 e 5
P3 = capítulo 6
Média Final MF
CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS UMA INTRODUÇÃO
William D. Callister, Jr.
PRINCÍPIOS DE CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
Lawrence H. Van Vlack.
Capítulo 1 - Introdução
As civilizações antigas foram classificadas de acordo com o
seu nível de desenvolvimento em relação aos materiais:
 Idade da Pedra – 2,5 milhões de anos a.C.
 Idade do Bronze (liga de cobre e estanho) – 3500 anos a.C.
 Idade do Ferro – 1000 anos a.C. 
Ciência dos Materiais
Investiga as relações existentes entre as estruturas e as
propriedades dos materiais.
Engenharia de Materiais
Com base na correlação estrutura-propriedade, consiste no
projeto ou na engenharia da estrutura de um material para
produzir um conjunto pre-determindado de propriedades. 
Estrutura
Arranjo dos componentes internos do material.
 Subatômica: elétrons no interior de um átomo.
 Atômica: organização dos átomos.
 Microscópica: grandes grupos de átomos e moléculas.
 Macroscópica: elementos que podem ser vistos a olho nu.
Propriedade
Todos os materiais quando expostos a estímulos externos
respondem de uma maneira peculiar. (deformação, reflexão)
 Mecânica
 Elétrica
 Térmica
 Magnética
 Óptica
 Deteriorativa
Processamento e Desempenho
A estrutura de um material depende de como ele foi
processado. 
O desempenho do material depende de suas propriedades.
Os três discos são feitos de
óxido de alumínio.
A propriedade em questão
é a transmitância.
Classificação dos Materiais
 Metais
 Cerâmicas
 Polímeros
 Compósitos (combinação de duas ou mais das citadas acima)
 Materiais avançados (semicondutores, biomateriais e 
 materiais do futuro).
Metais
Os materiais desse grupo são compostos por um ou mais
elementos metálicos (ferro, alumínio, cobre, titânio, ouro e
níquel), e por elementos não metálicos (carbono, nitrogênio
e oxigênio).
 Arranjo atômico altamente ordenado.
 Densos (massa / volume).
 Rígidos (elasticidade) e resistentes a deformação (tração).
 Dúcteis (deformam sem sofrer fratura).
 Grande número de elétrons não localizados.
 Não são transparentes à luz.
 Fe, Co e Ni apresentam propriedades magnéticas.
Ótimos condutores
de
eletricidade e calor.
Metais
Cerâmicas
São compostas por elementos metálicos e não-metálicos;
óxidos (Al2O3), (SiO2) , nitretos (Si3N4) e carbetos (SiC).
Porcelana, cimento e vidro são exemplos de cerâmicos.
 Rígidos e resistentes.
 Duras e frágeis (ausência de ductilidade). 
Dureza corresponde a medida da resistência do material à
deformação de sua superfície por, por exemplo, abrasão.
 Isolantes elétricos e térmicos.
 Resistentes a altas temperaturas e ambientes severos.
 Podem ser transparentes, translúcidas e opacas.
 Fe3O4 (magnetita sintética exibe comportamento magnético).
Cerâmicas
Polímeros
Classe de materiais que incluem os plásticos e as borrachas.
São compostos orgânicos baseados no carbono, hidrogênio,
oxigênio, nitrogênio e silício.
 Estrutura molecular muito grande (cadeias poliméricas).
 Baixa densidade.
 Pouco rígidos (flexíveis) e pouco resistentes.
 Dúcteis.
 Em geral, são relativamente inertes quimicamente.
 Baixa condutividade elétrica.
 Não-magnéticos.
 Pouco tolerantes a altas temperaturas (derreter/amolecer).
PE (polietileno), PS (poliestireno), PC (policarbonato), 
PVC (policloreto de vinila). 
Compósitos
Um compósito é composto por dois (ou mais) materiais
individuais, os quais se enquadram em metais, cerâmicas e
polímeros.
Objetivo é atingir uma combinação de propriedades que não
é exibida por qualquer material isolado e incorporar as 
melhores características dos materiais componentes.
Compósito de fibra de vidro
Fibras de vidro são embutidas no interior de um material
polimérico (epóxi ou poliéster).
Fibra de vidro é resistente, rígida e frágil.
Polímero é dúctil, flexível e fraco (pouco resistente).
+
Resistente , rígido & flexível, dúctil e de baixa densidade (leve).
Materiais Avançados
São utilizados em aplicações de alta tecnologia. 
 Materiais tradicionais com propriedades aprimoradas.
 Desenvolvidos recentemente.
 Apresentam alto desempenho.
 Alto custo.
Semicondutores
 Exibem propriedades elétricas de metais (condutores) e
cerâmicas/polímeros (isolantes).
 São extremamente sensíveis à presença de impurezas em
concentrações muito pequenas.
 Permitiu a miniaturização de componentes eletrônicos e
melhorou o desempenho dos mesmos.
http://www.clickciencia.ufscar.br/portal/edicao14/materia4_detalhe.php
Biomateriais
São empregados em componentes implantados no corpo
humano para substituição de partes doentes ou danificadas.
 Não devem produzir substâncias tóxicas.
 Não dever causar reações biológicas adversas.
Materiais do futuro (materiais inteligentes)
Sentem mudanças no ambiente e respondem à elas de
maneira pré-determinada. São formados por um sensor
que detecta um sinal de entrada e um atuador, que executa
uma função de resposta e adaptação.
 Ligas metálicas com memória da forma
Após terem sido deformados, retornam à sua forma original quando a
temperatura é modificada.
Sensores
Atuadores
fibras ópticas, materiais piezoelétricos
 Materiais magneto-constritivos
Comportamento análogo àquele dos piezoelétricos, exceto pelo fato
de que eles respondem a campos magnéticos.
Materiais do futuro (materiais inteligentes)
 Fluidos eletrorreológicos e magneto-reológicos
São líquidos que sofrem mudanças drásticas na sua viscosidade quando
expostos, respectivamente, a campos elétricos e campos magnéticos.
 Cerâmicas piezoelétricas
Se expandem e se contraem em resposta à aplicação de um campo
elétrico (ou voltagem). Também podem gerar campo elétrico quando
suas dimensões são alteradas.
Nanotecnologia
Até recentemente a regra era:
Iniciar o estudo a partir de estruturas grandes e complexas
e, então, investigar os blocos construtivos dessas estruturas. 
Ciência de “cima para baixo”
Atualmente,
átomos e moléculas podem ser vistos individualmente.
Tornou-se possível manipulá-los afim de construir novas
estruturas e projetar novos materiais.
Ciência de “baixo para cima”
Nanotecnologia
Como começou a nanotecnologia?
Uma sugestão lendária e profética em relação à possibilidade
de materiais de nanoengenharia foi dada pelo físico Richard
Feynman na sua palestra em 1960 na Sociedade Americana
de Física, entitulada “There is Plenty of Room at the Botton”
(Existe Bastante Espaço no Fundo).