Disciplina MAF 2130 Química Aplicada Turma A02

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1 Disciplina MAF 2130 Química Aplicada Turma A02 1 CIÊNCIAS DOS MATERIAIS Profa. Dra. Adélia Lima

2 à Química Aplicada 2 A disciplina Química Aplicada aborda os conteúdos básicos da Ciência dos materiais, para o conhecimento de todas as engenharias; Para ciência, material é dividido como qualquer conglomerado de matéria ou de massa. Para engenharia, um material é uma substância com uma propriedade útil, como mecânica, elétrica, óptica, térmica ou magnética.

3 Histórico: O mundo dos Materiais 1. A idade da Pedra (2,5 milhões de anos atrás): armas para caça 2. A idade do Cobre (4000 a 3000 a.c.): uso do cobre na produção de armas 3. A idade do Bronze (2000 a 1000 a.c.): metalurgia e ligas 4. A idade do Ferro (1000 a 1 a.c.): uso do ferro substituindo o Bronze 5. A idade da Cerâmica 6. A idade do Vidro 7. A idade do Plástico (segunda metade do século XX) 8. A idade do Silício: eletrônica moderna 3

4 A evolução dos Materiais da Engenharia com o tempo 4

5 O Mundo dos Materiais Os três tipos básicos de materiais são os metais, as cerâmicas e os plásticos 5 O Fotográfo Peter Menzel capturou o mundo dos materiais para as famílias contemporâneas em vários países do mundo.

6 Engenharia e Ciência dos Materiais 6 Desde 1960, os estudos científicos fundamentais da ciência e das engenharias se entrelaçam nos estudos dos materiais. Nesta disciplina, será introduzido na N1 os fundamentos da estrutura e classificação dos materiais. Na N2 será tratados os vários materiais aplicados a Engenharia. Materiais Tradicionais: Metais, Cerâmicas, Polímeros, Compósitos Materiais Avançados: semicondutores, biomateriais, nanomateriais.

7 Tipos de Materiais 7 As propriedades e os tipos de materiais d e f i n e m o desempenho de um determinado componente e o processo de fabricação do mesmo Propriedades dos Materiais Microestrutura Composição e Processo de Fabricação

8 Metais 8 Fortes Moldáveis Ductilidade Brilho Bons condutores de corrente elétrica Os metais na Tabela Periódica (em cinza).

9 Cerâmicas ALUMINA A palavra cerâmica vem do grego keramikos (material queimado). São compostos que envolvem elementos 9 metálicos e não-metálicos Aplicadas em tijolos, louças, refratários, SiC materiais eletrônicos, fibras, abrasivos e componentes aeroespaciais. Apresentam alta dureza, alta fragilidade, estrutura cristalina complexa, elevado ponto de fusão, isolante térmico e elétrico.

10 10 Figura copiada do material do Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio

11 Vidros 11 São materiais sólidos não-cristalinos com composições comparáveis `as das cerâmicas cristalinas. O vidro comum é composto por 72% de SiO 2 e o restante de Na 2 O e CaO. São frágeis. São capazes de transmitir a luz visível, ultravioleta e infravermelha. Apresentam inércia química

12 Vitrocerâmica 12 É um material cerâmico obtido por técnicas vidreiras e constituído de microcristais dispersos numa fase vítrea. É obtido submetendo o vidro comum a temperaturas elevadas (de 500 C a 1000 C ). O termo vitrocerâmica refere-se essencialmente a uma combinação de vidro com lítio, silício, alumínio e óxidos que produz uma variedade de materiais com interessantes propriedades termomecânicas. Possuem maior resistência que os vidros comuns, uma baixa condutividade elétrica e quase nenhuma dilatação térmica.

13 Polímeros Os polímeros são moléculas de cadeia longa compostos basicamente de átomos de C, N, O, F. 13 Polietileno (C 2 H 4 )n São ducteis Baixo custo Versáteis Grande utilidade

14 Compósitos 14 São materiais formados por dois ou mais constituintes (metais, cerâmicas e polímeros) e que apresentam propriedades distintas de seus componentes separadamente. Ex. Fibra de Vidro (sintético) Fibra de carbono Madeira (natural) Concreto (agregado)

15 Semicondutores 15 São sólidos geralmente cristalinos de condutividade elétrica intermediária entre os condutores e os isolantes. Os semicondutores apresentam em sua composição os elementos Si, Ge e Sn. O controle da pureza química permite o controle das propriedades eletrônicas. Ex. GaAs (retificador de alta temperatura e laser) CdS (célula solar)

16 Escolha do Material 16 Deve ser levado em consideração: custo, tempo ou vida útil, aparência e finalidade. Critérios para a Seleção de um Material Condições de operação que será submetido o referido material e levantar as propriedades requeridas para tal aplicação; O tipo de degradação que o material sofrerá em serviço. Custo-benefício

17 Questões para refletir. 17 Como definir qual o melhor material para um determinado fim, por exemplo a construção de um cilindro de gás comercial? Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? Qual a importância das ciências básicas, Química, Física e Matemática no desenvolvimento de um material?

18 Referências SHACKELFORD, J. F. Ciências dos Materiais. Tradução: Daniel Vieira. 6a ed. Pearson: São Paulo, CALLISTER, W.D. Materials Science and Engineering An Introduction. 6 ed. Nova York: John Wiley & Sons, Inc

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