Introdução Conceitos Gerais. Profa. Daniela Becker

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1 Introdução Conceitos Gerais Profa. Daniela Becker

2 O que são materiais? materiais são substâncias com propriedades que as tornam úteis na construção de máquinas, estruturas, dispositivos e produtos. Em outras palavras, os materiais do universo que o homem utiliza para fazer coisas. Morris Cohen MIT, em Padilha, E.F. 1997

3 Perspectiva Histórica

4 Materiais Ciência Engenharia Ciência e Engenharia de Materiais (CEM) é a área da atividade humana associada com a geração e com a aplicação de conhecimentos que relacionem composição, estrutura e processamento às suas propriedades e usos. Morris Cohen MIT, em Padilha, E.F. 1997

5 Supercondutores Transmissão de energia sem perda elétrica; Efeito Meissner: magneto é repelido e atraído ao mesmo tempo, gerando um efeito de levitação; Trem Maglev: utiliza o princípio de levitação supercondutiva atingindo velocidades de até 600 Km/h; 5

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9 Composição

10 Estrutura

11 Estrutura Estrutura Atômica Nível da estrutura: 10-1 m a 1Å; Exemplo tecnológico: diamante, formado por covalentes carbono carbono (C-C) de alta força de ligação; Característica: alta dureza; Usos: recobrimento de ferramentas de corte reduzindo desgaste.

12 Estrutura Arranjos Atômicos: Ordem de longo Alcance Nível da estrutura: 10 nm a cm ; Exemplo tecnológico: titanato zirconato de chumbo (PZT) em estruturas cristalinas romboédricas e/ou tetragonais; Característica: piezoeletricidade (gera potencial elétrico ao ser submetido a pressão ou tensão mecânica); Usos: Ignitores de gás, geração de ultrassom e controle de vibração.

13 Estrutura Microestrutura Nível da estrutura: 10-7 a 10-4 m, 0,1 a 100 µm; Exemplo tecnológico: Metais e ligas metálicas Característica: dependência de propriedades mecânicas de acordo com o tamanho dos grãos (domínios cristalinos); Usos: em geral, grãos menores proporcionam maior resistência mecânica;

14 Estrutura Macroestrutura Nível da estrutura: >10-4 m, >100 µm; Exemplo tecnológico: revestimentos a base de pigmentos orgânicos e inorgânicos Característica: além do efeito estético, proporcionar barreira a corrosão; Usos: Pinturas automotivas, por exemplo;

15 Propriedades MECÂNICO: força aplicada ELÉTRICO: campo elétrico TÉRMICO: temperatura MAGNÉTICO: campo magnético ÓPTICO: luz DEGRADATIVO: agente agressivo MECÂNICA: - frágil? dúctil? - rígido? tenaz? ELÉTRICA: - isolante? condutor? TÉRMICA: isolante? condutor? MAGNÉTICA: diamagnético? ferromagnéticos? paramagnéticos? ÓPTICA: opaco? translúcido? transparente? colorido? DEGRADATIVO: biodegradável? fotodegradável? sofre corrosão? 15

16 Processamento

17 Processamento

18 Classificação dos materiais A classificação tradicional dos materiais é geralmente baseada na estrutura atômica e química destes.

19 Classificação dos materiais Metais Cerâmicos Polímeros Compósitos Semicondutores Biomateriais Ligação química e estrutura atômica Aplicação

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21 Classificação dos Materiais Metais

22 Classificação dos metais Ligas ferrosas Aços com baixo, médio e alto teor de carbono Aços inoxidáveis (liga de cromo) Aço liga Ferros fundidos Ferros cinzento, nodular e branco Ligas não ferrosas Cobre e suas ligas Alumínio e suas ligas entre outros

23 Classificação dos Materiais Cerâmicas ALUMINA

24 Materiais Cerâmicos Vidros Produtos a base de argila Refratários cimentos

25 Classificação dos Materiais Polímeros

26 Materiais poliméricos Quanto ao tipo de estrutura química Quanto às características de fusibilidade Quanto ao comportamento Mecânico Quanto à escala de fabricação Quanto ao tipo de aplicação

27 Classificação dos materiais TIPO DE MATERIAL METÁLICOS CERÂMICOS CARACTERÍSTICAS Dúctil, Resistência Mecânica Elevada, Condutor Elétrico e Térmico, Dureza Elevada, Opaco Frágil, Isolante Térmico e Elétrico, Alta Estabilidade Térmica, Dureza Elevada Transparentes em Alguns Casos CONSTITUINTES TÍPICOS Átomos Metálicos e Não- Metálicos Óxidos, Silicatos, Nitretos, Aluminatos, etc. POLIMÉRICOS (Plásticos) Dúctil, Baixa Resistência Mecânica, Baixa Dureza, Flexível, Baixa Estabilidade Térmica, Transparentes em Alguns Casos Cadeia Molecular Orgânica de Comprimentos Elevados

28 Classificação dos Materiais Compósitos

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30 Compósitos naturais A madeira é um compósito natural: Fibra de celulose flexíveis e resistentes Lignina, resina mais rígida que mantém as fibras unidas

31 Compósitos Naturais

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33 Classificação dos compósitos

34 Exemplos Polímero com fibra de vidro, fibra de carbono, fibra natural e outros Cimentos armado Pneus de banda de aço

35 Compósitos com fibras Fibras tipicamente utilizadas: Fibras de vidro Fibras de carbono Fibras de Boro Fibras poliméricas (PE, PET, Kevlar)

36 Nanocopósitos Nanotubo de carbono Argila Silica

37 Classificação dos Materiais Semicondutores

38 Alguns exemplos Silício um material semicondutor muito abundante, tem um interesse muito especial na indústria eletrônica e microeletrônica, como material básico para a produção de transistores para chips, células solares e em diversas variedades de circuitos eletrônicos. Germânio Fibra óptica. Eletrônica: Radares, amplificadores de guitarras elétricas, ligas metálicas de SiGe em circuitos integrados de alta velocidade

39 Classificação dos materiais

40 Classificação dos materiais

41 Classificação dos materiais

42 Classificação dos Materiais Biomateriais

43 Exemplos Metais aços inoxidáveis, principalmente os austeníticos (ortopedia confecção de próteses articuladas e elementos estruturais)

44 Tipos de biocerâmicas Bioinertes Material que permanece no organismo sem induzir resposta tecidual significativa (Alumina, Zirconia, Carbono) Bioativas Material que induz cresicmento tecidual (osteoindução / osteocondução) (vidros e vitrocerâmicos, fosfato de cálcio Reabsorvível Material que biodegrada no organismo, sendo que os produtos da degradação são metabolizados sem causar efeitos nocivos

45 Polímeros

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