Capítulo 1. Introdução

Transcrição

1 Capítulo 1. Introdução O que é a Ciência de Materiais? Porque estudar Ciência de Materiais? Ciência de Ciência e Engenharia materiais engenharia de materiais de materiais Conhecimentos básicos sobre materiais Simbiose de conhecimentos sobre estrutura, propriedades, métodos de processamento e comportamento em serviço de materiais de engenharia Conhecimento aplicado sobre materiais Chapter 1-1

2 Ciência e Engenharia de Materiais Matemática Física Química Chapter 1-2

3 Tipos de Materiais Metais e ligas Compósitos Polímeros Cerâmicos Chapter 1-3

4 Tipos de Materiais Metais: Resistentes, ducteis Condutividade térmica & eléctrica elevadas Opacos, reflectivos. Polímeros/plásticos: Ligação covalente partilha de e s Macios, baixa resistência mecânica, baixa densidade Isolantes térmicos & eléctricos Opticamente translúcidos ou transparentes. Cerâmicos: ligação iónica compostos de elementos metálicos & não-metálicos (óxidos, nitratos, sulfitos) Frágeis, elásticos Não-conductores (isolantes) Compósitos Chapter 1-4

5 Os Materiais na História: Idade da Pedra Chapter 1-5

6 Os Materiais na História: Idade do Bronze Chapter 1-6

7 Os Materiais na História: Cerâmicos da Antiguidade Chapter 1-7

8 Os materiais marcaram a nossa sociedade Idade da Pedra: AC Idade do Bronze: AC Idade do Ferro: 1000 AC 1600 DC Hoje? Idade do Silício? Idade dos Polímeros? Chapter 1-8

9 Material versus Produto Função Produto (propriedades) Material Forma Processo Chapter 1-9

10 Os Materiais do Quotidiano: Próteses Chapter 1-10

11 Exemplo Prótese da anca Com a idade ou devido a certas doenças as articulações deterioram-se, especialmente aquelas que suportam cargas elevadas como é o caso da anca. Chapter 1 -

12 Exemplo Prótese da anca Requisitos: resistência mecânica (muitos ciclos) boa lubrificação biocompatibilidade Pélvis Cabeça Coluna Fémur Pélvis Chapter 1-12

13 Exemplo Prótese da anca Pélvis Cabeça Taça Agente de fixação Haste Fémur Agente de fixação Chapter 1 -

14 Prótese da anca Problemas chave: agente de fixação da haste (cola) agente de fixação da taça lubrificação da taça evitar resíduos/fragmentos na taça (desgaste) Haste Cabeça Taça Chapter 1 -

15 Os Materiais do Quotidiano: Automóveis Chapter 1-15

16 Os Materiais do Quotidiano: Polímeros Chapter 1-16

17 Os Materiais do Quotidiano: Silício Chapter 1-17

18 Os Materiais do Quotidiano: Fibra Óptica Chapter 1-18

19 Os Materiais do Quotidiano: Compósitos Chapter 1-19

20 Os Materiais do Quotidiano: Compósitos Chapter 1-20

21 Os Materiais do Quotidiano: Nanotecnologia Chapter 1-21

22 Importância da Engenharia de Materiais: BioMateriais Chapter 1-22

23 Engenharia de Materiais: Suporte de Desenvolvimento Nanotubos Chapter 1-23

24 Importância da Engenharia de Materiais: Airbus A380 Chapter 1-24

25 Engenharia de Materiais: Problemas Técnicos Chapter 1-25

26 Importância da Engenharia de Materiais! Chapter 1-26

27 Dureza (BHN) Estrutura, Processamento & Propriedades Propriedades dependem da estrutura Ex: dureza vs estrutura de um aço (d) (c) 30 mm (a) 30 mm (b) 30 mm 4 mm 100 0,01 0, Velocidade de arrefecimento (ºC/s) Processamento pode modificar a estrutura Ex: estrutura vs velocidade de arrefecimento do aço Chapter 1-27

28 Resistividade, r (10-8 Ohm-m) ELÉCTRICAS Resistividade eléctrica do Cobre: T ( C) Adição de átomos de impurezas ao Cu aumenta a resistividade. Deformação do Cu aumenta a resistividade. Chapter 1-28

29 Condutividade térmica (W/m-K) TÉRMICAS Revestimento Space Shuttle: - Isolamento com fibras de sílica reduz condução de calor. Conductividade térmica do Cobre: - Diminui quando se adiciona Zinco! Composição (wt% Zinc) 100 mm Chapter 1-29

30 Magnetização Gravação magnética: -O meio de registo é magnetizado pela cabeça de gravação. MAGNÉTICAS Permeabilidade magnética vs Composição: -A adição de 3% atomico Si torna o Fe um melhor meio de gravação! Fe+3%Si Fe Campo magnético Chapter 1-30

31 ÓPTICAS Transmitância: - O óxido de Alumínio pode ser transparente, translúcido ou opaco consoante a estrutura do material. monocristal policristalino: baixa porosidade policristalino: elevada porosidade Chapter 1-31

32 Vel. propagação (m/s) Tensão & Água salgada - provoca fendas! DEGRADAÇÃO Tratamento térmico: diminui a velocidade de fendilhação em água salgada! tal qual 160ºC durante 1 hr antes de ensaio Liga 7178 ensaiada numa solução aquosa saturada de NaCl a 23ºC Tensão crescente --material: liga de Al 7150-T651 (Zn,Cu,Mg,Zr) 4 mm Chapter 1-32

33 Selecção de Materiais 1. Aplicação Propriedades requeridas Propriedades: mecânicas, eléctricas, térmicas, magnéticas, ópticas, degradação. 2. Propriedades Material(ais) candidato(s) Material: estrutura, composição. 3. Material Processamento Processamento: alteração da estrutura e da forma ex: fundição, sinterização, forjagem, união. Chapter 1-33

34 Desenvolvimento de novos tipos de polímeros Polímeros correntes grandes volumes, baixo custo Ex: Polietileno Polipropileno Poliestireno Polímeros de Engenharia pequenos volumes, alto custo Ex: Policarbonato Nylon Polissulfonas Poderão as propriedades do polipropileno ser melhoradas até valores próximos das propriedades dos polímeros de Engenharia? Chapter 1-34

35 SUMÁRIO Utilizar os materiais adequados Compreender as relações entre propriedades, estrutura e tecnologias de processamento Reconhecer novas oportunidades de projecto oferecidas pela selecção de materiais Chapter 1-35