r INDICE GERAL Nota dos tradutores Prefácio xv xvii CAPíTULO 1 INTRODUÇÃO À CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS 1.1 Materiais e engenharia 1.2 Ciência e engenharia de materiais 1.3 Classes de materiais 1.4 Competição entre materiais 1.5 Tendências futuras na utilização de materiais 1 4 5 10 13 CAPíTULO 2 ESTRUTURA E LIGAÇÃO ATÓMICA 19 2.1 Estrutura dos átomos 2.2 Números atómicos e massas atómicas 2.3 Estrutura electrónica dos átomos 2.4 Tipos de ligação atómica e molecular 2.5 Ligação iónica 2.6 Ligação covalente 2.7 Ligação metálica 2.8 Ligações secundárias 2.9 Ligações mistas 19 20 23 37 38 46 53 56 60 CAPíTULO 3 ESTRUTURAS CRISTALINAS E GEOMETRIA DOS CRISTAIS 69 3.1 Rede espacial e células unitárias 3.2 Sistemas cristalográficos e redes de Bravais 69 70 ix
x índice 3.3 Principais estruturas cristalinas dos metais 72 3.4 Posições atómicas em células unitárias cúbicas 81 3.5 Direcções em células unitárias cúbicas 82 3.6 Índices de Millerde planos cristalográficosem células unitárias cúbicas 86 3.7 Planos e direcções cristalográficas em células unitárias hexagonais 92 3.8 Comparação entre as estruturas cristalinas CFC, HC e CCC 94 3.9 Cálculo de densidades volúrnicas, planares e lineares em células unitárias 97 3.10 Polimorfismo ou alotropia 101 3.11 Determinação de estruturas cristalinas 103 CAPíTULO 4 SOLlDIFICAÇÃO, DEFEITOS CRISTALINOS E DIFUSÃO EM SÓLIDOS 121 4.1 Solidificação em metais 4.2 Solidificação de monocristais 4.3 Soluções sólidas metálicas 4.4 Defeitos cristalinos 4.5 Processos cinéticos em sólidos 4.6 Difusão atómica em sólidos 4.7 Aplicações industriais de processos de difusão 4.8 Efeito da temperatura na difusão em sólidos 121 132 135 139 153 158 165 172 CAPíTULO 5 PROPRIEDADES ELÉCTRICAS DOS MATERIAIS 185 5.1 Condução eléctrica em metais 5.2 Modelo de bandas de energia da condução eléctrica 5.3 Semicondutores intrínsecos 5.4 Semicondutores extrínsecos 5.5 Dispositivos semicondutores 5.6 Microelectrónica 5.7 Compostos semicondutores 185 196 199 207 217 225 240 CAPíTULO 6 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS METÁLICOS 249 6.1 Processamento de metais e ligas 249 6.2 Tensão e deformação em materiais metálicos 261 6.3 Ensaio de tracção e diagrama tensão nominal-extensão nominal 266
índice xi 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11 Dureza e ensaio de dureza Deformação plástica de monocristais metálicos Deformação plástica de metais policristalinos Endurecimento de metais por solução sólida Recuperação e recristalização de metais deformados plasticamente Fractura de metais Fadiga de metais Fluência e ruptura sob tensão de metais 276 278 290 295 296 303 311 315 CAPíTULO 7 MATERIAIS POLlMÉRICOS 329 7.1 Introdução 329 7.2 Reacções de polimerização 332 7.3 Processos industriais de polimerização 345 7.4 Cristalinidade e estéreo-isomerismo em alguns termoplásticos 347 7.5 Processamento de plásticos 352 7.6 Termoplásticos de uso geral 358 7.7 Termoplásticos estruturais 372 7.8 Plásticos termoendurecíveis 385 7.9 Elastómeros (borrachas) 395 7.10 Deformação e reforço de plásticos 402 7.11 Fluência e fractura de materiais poliméricos 409 7.12 Selecção de materiais plásticos para aplicações em engenharia 416 CAPíTULO 8 DIAGRAMAS DE FASES 435 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.11 Diagramas de fases de substâncias puras Regra das fases de Gibbs Sistemas binários isomorfos Regra da alavanca Solidificação de não-equilíbrio de ligas metálicas Sistemas binários eutécticos Sistemas binários peritécticos Sistemas binários monotécticos Reacções invariantes Diagramas de fases com fases e compostos intermédios Diagramas de fases ternários 436 437 439 442 445 448 456 462 464 465 469
xii índice CAPíTULO 9 LIGAS METÁLICAS DE ENGENHARIA 481 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 Produção de ferros e aços Diagrama de fases ferro-carboneto de ferro Tratamentos térmicos de aços-carbono Aços de baixa liga Ligas de alumínio Ligas de cobre Aços inoxidáveis Ferros fundidos Ligas de magnésio, titánio e níquel Selecção de materiais metálicos para aplicações em engenharia 482 485 495 514 524 541 547 551 560 567 CAPíTULO 10 MATERIAIS CERÂMiCaS 581 10.1 Introdução 10.2 Estruturas cristalinas simples de cerâmícos 10.3 Estruturas dos silicatos 10.4 Processamento de cerâmicos 10.5 Cerâmicos tradicionais e cerâmicos técnicos 10.6 Propriedades eléctricas dos cerâmicos 10.7 Propriedades mecânicas dos cerâmícos 10.8 Propriedades térmicas dos cerámicos 10.9 Vidros 581 583 600 604 612 618 628 636 639 CAPíTULO 11 MATERIAIS MAGNÉTICOS 659 11.1 Campos magnéticos e grandezas magnéticas 660 11.2 Tipos de magnetismo 664 11.3 Efeito da temperatura no ferromagnetismo 670 11.4 Domínios ferromagnéticos 670 11.5 Tipos de energia que determinam a estrutura dos domínios magnéticos 673 11.6 Magnetização e desmagnetização dum metal ferromagnético 677 11.7 Materiais magnéticos macios 678 11.8 Materiais magnéticos duros 685 11.9 Ferrites 694
índice xiii CAPíTULO 12 CORROSÃO 707 12.1 Generalidades 12.2 Corrosão electroquímica de metais 12.3 Pilhas galvânicas 12.4 Velocidade (cinética) da corrosão 12.5 Tipos de corrosão 12.6 Oxidação de metais 12.7 Controlo da corrosão 707 708 712 725 733 748 753 CAPíTULO 13 MATERIAIS COMPÓSITOS 767 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9 13.10 Introdução Fibras para reforço de materiais plásticos Plásticos reforçados por fibras Processos de molde aberto para plásticos reforçados por fibras Processos de molde fechado para plásticos reforçados por fibras Betão Asfalto e misturas asfálticas Madeiras Estruturas em sanduíche Compósitos de matriz metálica e compósitos de matriz cerâmica 767 768 775 785 790 792 802 803 812 814 CAPíTULO 14 PROPRIEDADES ÓPTICAS E MATERIAIS SUPERCONDUTORES 831 14.1 Introdução 14.2 A Luz e o espectro electromagnético 14.3 Refracção da luz 14.4 Absorção, transmissão e reflexão da luz 14.5 Luminescência 14.6 Emissão estimulada de radiação e lasers 14.7 Fibras ópticas 14.8 Materiais supercondutores 831 833 834 837 842 845 850 855 Referências para estudo adicional por capítulo 865 Apêndice I Algumas propriedades de alguns elementos 869