MATERIAIS CERÂMICOS E POLIMÉRICOS

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Fábio Nunes Assunção
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1 MATERIAIS CERÂMICOS E POLIMÉRICOS Curso: Engenharia Mecânica - Terceiro Semestre Letivo Período: Primeiro Semestre 2010 Carga Horária: 60 horas Docente: Prof. Dr. Wagner M. Pachekoski

2 MATERIAIS CERÂMICOS: Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software Óxidos, Carbetos, Nitritos: Al 2 O 3, SiC, SiN 4 Cerâminas tradicionais: argilas Vidros Cimento 1. Estrutura 2. Propriedades 3. Fabricação 4. Aplicação 2

3 MATERIAIS POLIMÉRICOS Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software Poliolefinas: Polietileno (PE), Polipropileno (PP) Poliésteres: PET Poliamidas: Nylon Polímeros Clorados: PVC 1. Estrutura 2. Propriedades 3. Fabricação 4. Aplicação 3

4 MATERIAIS COMPÓSITOS: Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software Composição de dois (ou mais) materiais de classes diferentes Combinação de propriedades não existente nos materiais individualmente Incorporação das melhores características de cada material 1. Matriz metálica 2. Matriz cerâmica 3. Matriz polimérica. 4

5 Bibliografia Recomendada Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software Canevarolo Jr, Sebastião, Ciências dos Polímeros: um texto básico para tecnólogos e engenheiros, 1º Edição, Editora Artliber Ltda, São Paulo, (POLÍMEROS). Mano, Eloísa Biasotto, Introdução a Polímeros, 5º Edição, Editora Edgar Blücher LTDA, São Paulo, (POLÍMEROS). William D. Callister, Jr. Ciência e Engenharia de Materiais, 1º Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, (CERÂMICAS E COMPÓSITOS). Van Vlack, Lawrence Hall/Ferrao, Luiz Paulo Camargo. Principios de ciência dos materiais. Edgard blucher, 1998, São Paulo. (CERÂMICAS E COMPÓSITOS)

6 Bibliografia Recomendada Leitura Opcional: Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software James F. Shackelford, Ciências dos Materiais, 6º Edição, Editora Artliber Ltda, São Paulo, (POLÍMEROS, CERÂMICAS E COMPÓSITOS)

7 Forma de Avaliação Avaliação 1 Forma de avaliação Avaliação 2 EXERCÍCIOS Trabalho PARTICIPAÇÃO

8 Cronograma de Aulas Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software DATA 22/fev 01/mar 08/mar 15/mar 22/mar 29/mar 05/abr 12/abr 19/abr 26/abr 03/mai 10/mai 17/mai 24/mai 31/mai 07/jun 14/jun 21/jun 28/jun ASSUNTO Revisão e Introdução (Estrutura atômica, estrutura cristalina e ligações) Introdução a Cerâmicas Estrutura cerâmicas Propriedades Mecânicas de Cerâmicas Tipos e Aplicações de Cerâmicas Fabricação e Processamento de Cerâmicas REVISÃO PROVA Introdução a Polímeros Propriedades Físicas de Polímeros Apresentação de Trabalhos Tipos de Polímeros Apresentação de Trabalhos Síntese e Processamento de Polímeros Apresentação de Trabalhos Introdução a Compósitos Apresentação de Trabalhos Compósitos de Matrizes Poliméricas Apresentação de Trabalhos Compósitos de Matrizes Metálicas Apresentação de Trabalhos Compósitos de Matrizes Cerâmicas Apresentação de Trabalhos Processamento e Aplicação de Compósitos Apresentação de Trabalhos REVISÃO PROVA

9 TEMAS P/ TRABALHO (escrito e apresentação oral) Características, Processamento e Aplicações de: Poliolefinas PET Nylon Polímeros de Engenharia Elastômeros Fibras Refratários Cerâmicas Avançadas Polímeros Naturais Compósitos Metálicos Compósitos Cerâmicos Compósitos Poliméricos Materiais Argilosos Materiais Vitrocerâmicos Cimentos Abrasivos Fibra de Carbono Fibra de vidro Trabalho em grupo com apresentação a partir de 19/04 9

10 REVISÃO DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS 10

11 OS MATERIAIS PROCESSAMENTO ESTRUTURA PROPRIEDADES DESEMPENHO MICROESTRUTURA Arranjo entre átomos e moléculas MACROESTRUTURA Arranjo entre elementos estruturais 11

12 OS MATERIAIS PROCESSAMENTO ESTRUTURA PROPRIEDADES DESEMPENHO MECÂNICAS TÉRMICAS ELÉTRICAS MAGNÉTICAS ÓPTICAS DEGRADATIVA 12

13 OS MATERIAIS PROCESSAMENTO ESTRUTURA PROPRIEDADES DESEMPENHO Vidro Cerâmica Plástico Madeira Metal Papel Custo Vida útil Durabilidade Aparência Líquido 13

14 REVISÃO DA QUÍMICA DOS MATERIAIS 14

15 ESTRUTURA ATÔMICA Partícula Carga (C) Massa (g) Elétron (-) 1.6x x10-31 Próton (+) 1.6x x Nêutron x Z Número Atômico Número de Prótons no núcleo A Massa Atômica Z + N 1 mol = 6,02 x átomos Isótopos: 12 C (98,8%) e 13 C (1,2%) 15

16 ESTRUTURA ATÔMICA Modelo Atômico de Bohr Átomo separados por orbitais; Era definida posição e nível energético do elétron; Não era completa. 16

17 ESTRUTURA ATÔMICA Modelo Quântico Dualidade onda-partícula do elétron; Probabilidade de posição do elétron; Camadas e sub-camadas energéticas; N o Quântico Significado Notação Principal Nível Energético 1,2,3,4,5,6,7 Secundário Subnível Energético s,p,d,f Spin Sentido do elétron +1/2, -1/2 17

18 ESTRUTURA ATÔMICA Princípio da Exclusão de Pauli Átomos são mais estáveis com camadas atômicas cheias; Para isto átomos podem doar, receber ou compartilhar elétrons com outros átomos; 18

19 REVISÃO SOBRE LIGAÇÕES QUÍMICAS 19

20 LIGAÇÕES QUÍMICAS- IÔNICA Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software METAL Excesso de e- na camada de valência Facilidade para doar e- Forma um cátion NÃO METAL Falta de e- na camada de valência Facilidade para receber e- Forma um ânion Cerâmicas Ligação não direcional Vizinhança de íons com cargas opostas Alta energia de ligação 20

21 LIGAÇÕES QUÍMICAS - METÁLICA Metais e ligas Nuvens de elétrons Elétrons com alta mobilidade num sistema estável Banda de Condução Banda de Valência Energia Energia Band gap ~ 1 ev X ~ 10 ev Metal Semi-Condutor (cerâmicas) Isolante (polímeros) 21

22 LIGAÇÕES INTERMOLECULARES Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software LIGAÇÃO IÔNICA (não-direcional) LIGAÇÃO METÁLICA (deslocalizada) 22

23 LIGAÇÕES QUÍMICAS - COVALENTE Compartilhamento de elétrons Ligação direcional Ocorre em não-metálicos (H2, HF, CH 4 ) Semi-metais (carbono, silício, SiC, GaAs) E em Polímeros Número de ligações é determinado pelo número de valência A força da ligação é intermediária 23

24 FORÇAS DE VAN DER WALLS Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software 24

25 FORÇAS DE VAN DER WALLS Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software 25

26 FORÇAS DE VAN DER WALLS Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software As pontes de hidrogênio são o tipo de ligação secundária mais importante; Devido a este tipo de ligação a água possui propriedades únicas; 26

27 FORÇAS DE VAN DER WALLS Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software 27

28 REVISÃO SOBRE ESTRUTURAS CRISTALINAS 28

29 ESTRUTURA CRISTALINA Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software Arranjo espacial entre os átomos, íons ou moléculas que ocorre de forma periódica e por uma grande distância atômica Padrão Repetitivo Célula Unitária Número de Coordenação Fator de Empacotamento Estrutura Cristalina Comprimento (a) 29

30 SISTEMAS CRISTALINOS Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software Cúbico Hexagonal 30

31 SISTEMAS CRISTALINOS Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software Tetragonal Romboédrico Ortorômbico Monoclínico Triclínico 31

32 ESTRUTURA CÚBICA DE FACE CENTRADA CFC Mais comum entre metais (Cu, Al, Ag, Au) No. de Coordenação = 12 a 2R 2 r = raio atômico Fator de Empacotamento = 0,74 4 átomos por célula unitária Fator de Empacotamento = Volume dos átomos na célula unitária Volume da célula unitária 32

33 ESTRUTURA CÚBICA DE CORPO CENTRADO CCC Comum entre metais (Cr, Fe) No. de Coordenação = 8 a 4R 3 Fator de Empacotamento = 0,68 2 átomos por célula unitária 33

34 ESTRUTURA HEXAGONAL Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software Cd, Mg, Ti, Zn No. de Coordenação = 12 c / a 1,633 Fator de Empacotamento = 0,74 6 átomos por célula unitária 34

35 ALOTROPIA DIAMANTE GRAFITE 35

36 CRISTALINIDADE MONOCRISTAL 36

37 MATERIAIS POLICRISTALINOS Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software Formação dos núcleos cristalinos Crescimento dos cristalitos Formação de grãos Contorno de grãos visto pelo microscópio 37

38 MATERIAIS NÃO CRISTALINOS ESTRUTURA AMORFA Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software SiO 2 38

39 DEFEITOS PONTUAIS VACÂNCIAS E INTERSTÍCIOS 39

40 IMPUREZAS SUBSTITUINTES OU INTERSTÍCIAIS 40

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