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mas são usados em cerâmicas de forma equivalente a metais 28 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Covalente Metálica Secundária Iônica Metais Polímeros Semicondutores Cerâmicas e vidrosCerâmicas e vidros Ligações químicas: Primárias (de alta energia) Cerâmicas e Ligações Químicas 29 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Ligação Iônica Na Cl cátion Cl - anion Os íons se ligam devido à atração coulombiana entre cargas opostas Ligação Covalente Cl Cl Cl - Cl Um elétron de cada átomo é compartilhado com o outro, gerando uma camada completa para ambos Na+ 30 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Ex: Alumina porosa e não-porosa A presença de poros causa espalhamento de luz e o material se torna opaco. 50 µm 50 µm A eliminação dos poros através da adição de 0,1% de MgO gera um material translúcido. Lâmpada de vapor de sódio. O gás em alta temperatura (1000ºC) é guardado dentro de um cilindro translúcido de alumina. Grão ou cristal Poli-cristal Poros 31 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Polímeros • Características básicas A maioria dos polímeros é sintética (feitos pelo homem) Polímero mais abundante é natural: celulose Materiais altamente moldáveis Baixa densidade Em geral são menos resistentes do que metais e cerâmicas Pneus sem ar 32 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Os polímeros na tabela periódica Principais elementos formadores dos materiais poliméricos 33 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Termoplásticos Moldável com o aumento da temperatura Termorrígidos Não é moldável com a temperatura Polímeros 34 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Compósitos • Combinação de metais, cerâmicas e polímeros Metais Polímeros Cerâmicos Compósitos Concreto Fibra de vidro Ti/SiC 35 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Objetivo: flutuar Propriedade: Baixa densidade Espuma Polímero impermeável Compósitos • Objetivo Fabricar uma estrutura de engenharia com propriedades/características que não seriam obtidas usando cada material separadamente. 36 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Semicondutores • Propriedades básicas Todos os componentes eletrônicos do computador Condutividade finamente controlada pela presença de impurezas - dopantes. Podem ser combinados entre si para gerar propriedades eletrônicas e óticas “sob medida”. São a base da tecnologia de opto-eletrônica - lasers, detetores, circuitos integrados óticos e células solares. história dos chips 37 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Os semicondutores na tabela periódica Quando combinados entre si (coluna III-V e II-VI) os metais (quadrados claros) assumem propriedades semicondutoras. 38 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Biomateriais • Os biomateriais podem ser metálicos, cerâmicos, poliméricos ou compósitos, usados em sistemas vivos. • Característica básica: biocompatibilidade Podem atuar dentro de um organismo hospedeiro sem disparar uma resposta imune. Se o biomaterial dispara a resposta imune, ele será rejeitado pelo corpo. • Os biomateriais podem ser sub-divididos em Biomateriais estruturais (ou inertes): cuja principal função é dar um suporte físico para o corpo. Biomateriais funcionais (ou ativos): que realizam uma função no corpo, diferente da sustentação física. 39 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Nano-Materiais • Desenvolvimento de pesquisa e tecnologia no nível atômico ou molecular na escala de aproximadamente 1-100nm. • Criação e uso de estruturas, dispositivos e sistemas que possuem novas propriedades e funções por causa de suas dimensões nanométricas. • Habilidade de controlar e manipular na escala atômica. 40 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Aplicações Possíveis • Criar materiais mais leves e mais resistentes do que metais e plásticos, para prédios, automóveis, aviões; • Economia de energia, proteção ao meio ambiente, menor uso de matérias primas escassas, são possibilidades muito concretas dos desenvolvimentos em nanotecnologia que estão ocorrendo hoje e podem ser previstas. 41 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Aplicações Possíveis • Aumentar espetacularmente a capacidade de armazenamento e processamento de dados dos computadores; • Criar novos mecanismos para entrega de medicamentos, mais seguros e menos prejudiciais ao paciente dos que os disponíveis hoje; 42 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Naturais Artificiais A Escala das coisas 43 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Ciência e Engenharia de Materiais Aplicações Propriedades Microestrutura e Composição (Atômica ou Molecular) Síntese e Processamento 44 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Materiais em uma lâmpada incandescente Vidro Solda de Pb-Sn Isolante cerâmico Filamento de W Al recoberto com Sn Liga de Cobre Placa de cobre 45 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Estudo de Caso 1 Aços especiais para a fabricação de carrocerias Ref. Callister caps. 3, 4, 11 46 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Emprego dos Aços Samsung WF337 56 andares e 17 horas de incendio 47 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Emprego dos Aços (cont.) 48 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Emprego dos Aços (cont.) 49 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Aços na Indústria Automobilística • Em meados da década de 90 Bill Clinton e Al Gore colocaram um desafio para a indústria automobilística americana: Um carro que percorresse 33km com 1 litro de gasolina, até 2004 ! 50 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io O Projeto ULSAB • Um consórcio mundial do qual participam 32 siderúrgicas. UltraLight Steel Auto Body – Carroceria de aço ultra leve Redução de peso e manutenção da segurança Link 51 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io ULSAB x Convencional 11.71% 9.69% 8.27% 9.99% 54.49% 5.85% Fluidos Aço Ferro Fundido Metais Nao Ferrosos Plasticos Outros Materiais Carros Convencionais 12.36% 12.66% 6.43%4.72% 59.8% 4.02% Fluidos Aço Ferro Fundido Metais Nao Ferrosos Plasticos Outros Materiais Carros ULSAB http://www.steeluniversity.org/ 52 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Resultados • Classe-C • PNGV – Partnership for a New Generation of Vehicles 53 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Visão Explodida do Monobloco 54 S . P ac io rn ik – D E M a P U C -R io Diversidade de Aços Utilizados 55 S . P ac io rn ik –
