Adilson Luiz Chinelatto

Transcrição

1 Adilson Luiz Chinelatto

2 Ligações químicas. Arranjos atômicos. Imperfeições nos cristais. Estrutura de polímeros. Introdução à solidificação. Diagrama de equilíbrio. Propriedades mecânicas. Propriedades elétricas, magnéticas e ópticas. Introdução aos materiais compósitos. Fundamentos de processamento de materiais metálicos, cerâmicos e poliméricos. Noções de difração de raios-x.

3 1- Introdução à relação Estrutura-Propriedade-Processamento 2- Revisão sobre estrutura atômica a. Estrutura dos átomos b. Estrutura eletrônica dos átomos 3- Ligações químicas a. Ligações Iônicas b. Ligações Covalentes c. Ligações Metálicas d. Ligações Secundárias ( ligações de van der Waals) e. Ligações Mistas f. Distâncias interatômicas g. Raios atômicos e raios iônicos h. Número de coordenação

4 4- Estrutura cristalina a. Cristalinidade e células unitárias b. Redes espaciais c. Estruturas cristalinas dos materiais d. Alotropia e. Posições atômicas nas células unitárias cúbicas f. Direções nas células unitárias cúbicas g. Planos cristalográficos e índices de Miller 5- Difração de raios-x a. Fontes de raios-x b. Fenômeno da difração c. Difração de raios-x e a Lei de Bragg d. Técnicas de difração de raios-x e. Identificação da estrutura cristalina dos sólidos 6- Defeitos em sólidos a. Impurezas, soluções sólidas e estequiometria b. Defeitos puntuais c. Defeitos lineares d. Defeitos superficiais e. Defeitos volumétricos f. Monocristais e policristais g. Observação de defeitos por Microscopia Ótica e Eletrônica

5 7- Difusão em sólidos a. Processos cinéticos em sólidos b. Mecanismos de difusão c. Difusão no estado estacionário d. Difusão no estado não estacionário e. Aplicações industriais do processo de difusão 8- Introdução à solidificação a. Nucleação homogênea b. Nucleação heterogênea c. Raio crítico e super-resfriamento d. Crescimento de cristais 9- Diagramas de fases a. Definições e conceitos básicos b. Diagrama de substâncias puras c. Regra das fases de Gibbs d. Sistemas binários com solução sólida completa e. Regra da alavanca f. Reações invariantes g. Sistemas binários eutéticos h. Sistemas binários eutéticos com fases intermediárias i. Sistemas binários peritético e monotético j. Sistemas ternários k. Sistema Ferro-Carbono

6 10- Materiais metálicos a. Principais estruturas cristalinas dos metais b. Conceitos de tensão e deformação c. Dureza e ensaios de dureza d. Deformação elástica e. Deformação plástica f. Discordâncias e a deformação plástica g. Mecanismos de aumento de resistência em metais h. Recuperação, recristalização e crescimento de grão i. Falha j. Desenvolvimento da microestrutura e alterações das propriedades mecânicas dos metais k. Processamento de materiais metálicos l. Tratamentos térmicos de materiais metálicos m. Aços e ferros fundidos n. Ligas não ferrosas 11- Materiais cerâmicos a. Principais estruturas dos materiais cerâmicos b. Estruturas dos silicatos c. Propriedades mecânicas dos materiais cerâmicos d. Processos de conformação e. Sinterização f. Cerâmicas tradicionais g. Cerâmicas avançadas h. Refratários i. Vidros

7 12- Materiais Poliméricos a. Moléculas poliméricas b. Processos de polimerização c. Cristalinidade e estereoisomerismo d. Termofixos e. Termoplásticos f. Processamento de materiais poliméricos g. Propriedades mecânicas dos materiais poliméricos h. Fluência e relaxação de tensão i. Fratura 13- Introdução aos materiais compósitos a. Compósitos reforçados com partículas b. Compósitos reforçados com fibras c. Compósitos estruturais 14- Propriedades elétricas e eletrônicas dos materiais a. Condução b. Semicondutividade c. Dielétricos d. Supercondutividade

8 15- Propriedades magnéticas dos materiais a. Conceitos básicos b. Tipos de magnetismos c. Materiais magnéticos duros e moles d. Armazenamento de informações e. Supercondutividade 16- Propriedades térmicas dos materiais a. Capacidade calorífica b. Expansão térmica c. Condutividade d. Tensões térmicas 17- Propriedades óticas dos materiais a. Conceitos básicos b. Refração c. Reflexão d. Absorção e. Transmissão f. Cor g. Aplicações de fenômenos óticos

9 1- W. D. Calister Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 5a edição, editora LTC. 2- Donald R. Askeland e Pradeep P. Phulé, Ciência e Engenharia dos Materiais, editora CENGAGE Learning 3-William F. Smith Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais 3a Edição, editora McGraw Hill. 4- Lawrence H. Van Vlack Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais 4a Edição, editora Campus. 5- James F. Shackelford Introduction to Materials Science for Engineers 3rd Edition, editora Prentice Hall. 6- R. A. Higgins Propriedades e Estruturas dos Materiais em Engenharia, editora Difel. 7- A. F. Padilha Materiais de Engenharia Microestrutura e Propriedades, Editora Hemus

10 As notas semestrais serão compostas pela média aritmética da nota de 3 provas.

11 Datas 1º Semestre 2º Semestre N1 26/03/ /09/2012 N2 14/05/ /10/2012 N3 02/07/ /11/2012 Exame Final 03/12/2012

12 Segundo Morris Cohen os Materiais são as substâncias cujas propriedades as tornam utilizáveis em estruturas, máquinas, dispositivos, ou produtos consumíveis. Os Materiais podem ser encontrados diretamente na natureza, como argilas, madeira, etc., ou podem ser fabricados artificialmente, como os plásticos, o aço, etc.

13 Os Materiais são divididos normalmente em: Materiais Metálicos, Materiais Cerâmicos e Materiais Poliméricos. Esta divisão é baseada na estrutura atômica e nas ligações químicas predominantes em cada grupo. Um quarto grupo foi incorporado nesta classificação nas últimas décadas, é o grupo dos Materiais Compósitos. Entretanto, existem ainda outros grupos de materiais, que nos últimos anos têm ganhado grande importância devido as suas propriedades, tais como os Materiais Semicondutores e Materiais Supercondutores.

14 Estes materiais são formados pela combinação de elementos metálicos unidos por ligações metálicas. Muitas das propriedades destes materiais são atribuídas aos elétrons, que se comportam como elétrons livres no interior do material. Entre os quatro grupos de materiais os materiais metálicos, em particular os aços, ocupam um lugar de destaque devido a sua grande utilização. Na tabela periódica cerca de 70 elementos têm um caráter predominantemente metálico. As primeiras ferramentas e armas feita com metais surgiram entre 5000 e 3000 a.c., (aproximadamente 2000 anos após a introdução da agricultura) quando o homem desenvolveu fornos que possibilitaram a fusão de metais. No início da era cristã o homem conhecia 7 metais: cobre, ouro, prata, chumbo, estanho, ferro e mercúrio. Um dos maiores avanços na produção e utilização de materiais metálicos ocorreu com a descoberta dos processos de fabricação dos aços com baixo teor de carbono. Esta descoberta foi feita por Henry Bessemer em 1856 e permitiu a produção de aço em grande escala.

15 Os materiais cerâmicos são normalmente formados pela combinação de elementos metálicos unidos a elementos não metálicos. Estes elementos são unidos por ligações iônicas e/ou covalentes. Os primeiros utensílios feitos de cerâmica foram potes, panelas e pequenas estatuetas. Estima-se que começaram a ser fabricados ao redor de 8000 a.c. Estes utensílios eram feitos com argila, que quando misturada a água podia ser facilmente moldada. Após a secagem, ela se torna rígida e adquire alta dureza após a queima. Esta operação intencional de dar forma e queimar a argila, obtendo um produto com propriedades novas, foi talvez o início da engenharia de materiais. Os vidros são também caracterizados como materiais cerâmicos e tem-se registro de uso por volta do ano 4000 a.c. no Egito e em 1500 a.c. a produção de vidro já estava relativamente estabelecida. Em 1200 d.c. Veneza já era a capital do vidro, e em 1292 toda a produção foi transferida para a ilha de Murano para proteger os segredos dos ingleses e dos franceses. Já as porcelanas começaram a ser fabricadas pelos chineses em 200 a.c. e chegaram a Europa no século XIII através de Marco Pólo, mas somente com Johann Friedrich Böttger em 1708 é que se consegui produzir uma porcelana de alta qualidade.

16 Os materiais poliméricos são constituídos de moléculas orgânicas gigantes, chamadas de macromoléculas, as quais podem ser naturais, como o couro, a seda, o algodão, a madeira e a borracha, ou podem ser sintéticas, como os hidrocarbonetos derivados do petróleo. Estas moléculas são formadas por átomos de elementos não metálicos, como o carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, flúor, entre outros, os quais são ligados por ligações covalentes. Estas moléculas ligam-se umas as outras por meio de ligações fracas. Os polímeros naturais foram utilizados por milênios, mas foi na década de 1820 que ocorreu a síntese da uréia por Woehler, que liquidou a teoria da força vital e permitiu a obtenção de compostos orgânicos de maneira sintética. Em 1905 foi descoberto por Leo Hendrik Baekeland o baquelite que foi o primeiro polímero sintético, mas foi só em 1935 que foi descoberto o polietileno, dando origem a descoberta da maioria dos polímeros até Entretanto a produção dos polímeros pela indústria começou por volta de 1960, crescendo exponencialmente.

17 Os materiais compósitos são materiais projetados de modo a conjugar características desejáveis de dois ou mais materiais. Eles são formados normalmente por duas fases, sendo uma a matriz e a outra o reforço. A matriz pode ser polimérica, metálica ou cerâmica, enquanto que o reforço pode estar na forma de dispersão de partículas, fibras, bastonetes, lâminas ou plaquetas. Um compósito natural é a madeira, onde a matriz e o reforço são poliméricos. Outro compósito muito utilizado é o concreto, neste caso tanto a matriz quanto o reforço são cerâmicos. A grande expansão no desenvolvimento e no uso dos compósitos iniciou-se na década de 1970.

18 Os materiais são formados por átomos que se unem formando uma estrutura atômica. Uma maneira de se entender o que é estrutura, é comparar os materiais à parede de uma casa. Nesta parede os tijolos são colocados um a um unidos por meio de uma argamassa para dar forma e sustentação a parede, este conjunto de tijolos e argamassa é a estrutura da parede. Nos materiais ainda são usados alguns termos relacionados à estrutura, dependendo da dimensão de observação utilizada. Quando se observa a nível atômico, a escala utilizada é o nanômetro (10-9 m), gerando a nanoestrutura, já quando se observa os materiais utilizando um microscópio, a escala é o mícron (10-6 m), nesta escala a estrutura é chamada de microestrutura e finalmente quando se observa a olho nu, a estrutura é chamada de macroestrutura.

19 As propriedades são as respostas que os materiais fornecem, quando são aplicados a eles certos estímulos. Geralmente estas propriedades não dependem da forma ou do tamanho do material. De uma maneira geral todas as propriedades importantes dos materiais podem ser agrupadas em seis categorias: mecânica, elétrica, térmica, magnética, ótica e deteriorativa.

20 Por sua vez a maneira como o material é processado durante a fabricação de um determinado produto (processamento), pode modificar a estrutura e as propriedades deste material. A Ciência dos Materiais se preocupa em relacionar a estrutura com as propriedades dos materiais, enquanto que a Engenharia de Materiais está focada no processamento e como este irá modificar as propriedades dos materiais, para garantir que um determinado produto atinja o desempenho previsto.

21 CM Estrutura Processamento Propriedade Desempenho

22 Tensão Deformação Módulo elástico Ductilidade Dureza Tenacidade