22a_aula_materiais_compostos (1)

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MATERIAIS COMPOSTOS 
Bauru, outubro de 2012 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 Categorias de Materiais 
 
• Metálicos 
• Poliméricos 
• Cerâmicos 
• Polifásicos 
• Compostos 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
monofásicos 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 Categorias de Materiais 
 
• Metálicos 
• Poliméricos 
• Cerâmicos 
• Polifásicos 
• Compostos – resultante da combinação de 
dois outros 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
monofásicos 
 
 
 
 
 
 
 
Plásticos reforçados com fibra de vidro 
Aços esmaltados 
Concreto de cimento Portland 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 Materiais Compostos 
 
• Materiais aglomerados 
• Revestimentos superficiais 
• Materiais reforçados 
 
 
 
 
 
 
 
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macroestrutura 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
 
• Formados pela aglomeração de partículas 
pequenas na forma de um produto 
utilizável 
• Exemplo: 
- concreto de cimento Portland 
- concreto asfáltico 
- moldes para fundição em casca 
 
 
 
 
 
 
 
 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Tamanho de Partícula 
 
 
 
 
 
 
 
 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Tamanho de Partícula 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Distribuição Granulométrica 
(a)Agregados com partículas do mesmo tamanho 
(b)Agregado com partículas de vários tamanhos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Propriedades relacionadas com o volume 
aparente 
 
 
 
 
 
 
 
Fator de empacotamento = volume das partículas 
 volume total 
Fator de empacotamento = 1 - porosidade 
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Empacotamento mais denso 
possível de esferas de tamanho 
uniforme 
- Apenas 74% do cubo é ocupado 
por esferas 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Propriedades relacionadas com o volume 
aparente 
Exemplo: determine o fator de empacotamento 
para esferas iguais: 
 
(a) com 1 cm de diâmetro e 
(b) Com 0,01 cm de diâmetro, na condição de 
empacotamento máximo. 
 
Nota: o arranjo de esferas para 
o qual se tem o máximo 
empacotamento é o CFC ou HC 
 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Propriedades relacionadas com o volume 
aparente 
 
- Para aumentar o empacotamento: 
(1)Usando partículas não esféricas 
(2) através da mistura de partículas com diferentes 
tamanhos 
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Empacotamento de 
partículas com diferentes 
tamanhos: 
- aumenta-se o FE com 
pequenas partículas nos 
poros formados pelas 
partículas maiores 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Propriedades relacionadas com o volume 
aparente 
 
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(a)Fator de empacotamento versus composição da mistura 
de agregados 
(b)Porosidade versus composição de misturas de agregados 
- O empacotamento mais denso e a menor porosidade 
ocorrem quando existe areia em quantidade apenas 
suficiente para preencher os poros formados pelo 
pedregulho 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Propriedades relacionadas com o volume 
aparente 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Densidade aparente = massa______ 
 volume total – 
 volume dos poros abertos 
 
 
 
 
 
 
 
 
Densidade real = massa___ 
 volume real 
 
= massa_ _ 
 volume aparente - volume 
total dos poros 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Propriedades relacionadas com o volume 
aparente 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Porosidade verdadeira= volume total de poros 
 volume total 
 
 
 
 
 
 
 
Porosidade aparente = volume de poros abertos 
 volume total 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Propriedades relacionadas com o volume 
aparente 
 
Exemplo: a densidade real de um concreto é 
2,80 g/cm3. 
Entretanto, um cilindro seco (15 cm X 10 cm de 
diâmetro) deste concreto pesa 2,93 kg. O 
mesmo cilindro pesa 3,03 kg saturado com 
água. 
Qual o volume dos poros abertos e fechados? 
 
 
 
 
 
 
 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Concreto: mistura de agregado e areia para 
preencher os poros, além da pasta de cimento e 
água 
- O cimento se hidrata 
- Inclusão de bolhas de ar 
- As propriedades do concreto são governadas 
pelas do agregado 
 
 
 
 
 
 
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Resistência do concreto versus 
teor de água 
- Um concreto com relação água –
cimento baixa é mais resistente 
que aqueles com mais água 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Concreto – cimentos 
 
(1)Hidráulicos – sofre reação de hidratação 
 
 
 
(2) Poliméricos: ácido silícico 
 
 
 
(3) De reação: a base de fosfato 
 
 
 
 
 
 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Produtos Sintetizados 
 
- sintetização: processo de aquecimento 
visando a aglomeração de pequenas 
partículas 
 
- Formação de uma ligação 
(1)Através da formação de uma fase líquida 
(2)Através de difusão no estado sólido 
 
 
 
 
 
 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Produtos Sintetizados 
 
 
 
 
 
 
 
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Carbetos sintetizados: 
- Partículas de carbeto e de 
metal pulverizado foram 
compactados e aquecidos 
- O metal funde durante a 
sintetização e forma uma 
matriz contínua entre as 
partículas duras de carbeto 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sintetização vítrea: 
- Um silicato vítreo começa a se 
formar quando o material é 
aquecido acima da linha de 
“solidus” 
- O vidro não se cristaliza 
durante o resfriamento mas 
forma uma forte ligação entre 
as partículas remanescentes 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS AGLOMERADOS 
• Produtos Sintetizados 
- Sintetização sólida 
 
 
 
 
 
 
 
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(a)As partículas antes da 
sintetização possuem duas 
superfícies adjacentes 
(b)Os grãos após a sintetização 
possuem um contorno 
- A força motora da sintetização 
é a redução da área superficial e 
da energia superficial 
 
 
 
 
 
 
 
 
Movimento em 
sentidos opostos de 
átomos e vazios 
- Desta sintetização 
resulta uma contração 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MODIFICAÇÕES DA SUPERFÍCIE 
• Endurecimento Superficial 
 
- Alterações superficiais 
(1)A região superficial pode receber um 
tratamento térmico diferente daquele dado 
ao material abaixo da superfície 
(2)A composição da região superficial pode ser 
alterada 
 
 
 
 
 
 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 MODIFICAÇÕES DA SUPERFÍCIE 
• Endurecimento Superficial 
 
- Alterações superficiais 
(1)A região superficial pode receber um 
tratamento térmico diferente daquele dado 
ao material abaixo da superfície 
 
*Indução ou chama direta – a superfície é 
aquecida tão rapidamente que o centro não é 
afetado 
 
 
 
 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 MODIFICAÇÕES DA SUPERFÍCIE 
• Endurecimento Superficial- Alterações superficiais 
(2) A composição da região superficial pode ser 
alterada 
* Difusão de elementos para a superfície 
 
 
 
 
 
 
 
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Aço nitretado 
- A composição da superfície 
é alterada pela introdução 
de nitrogênio, que reage 
com o alumínio do aço 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Alterações superficiais 
(2) A composição da região 
superficial pode ser alterada 
* Difusão de elementos para 
a superfície 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MODIFICAÇÕES DA SUPERFÍCIE 
• Endurecimento Superficial 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Aço cementado 
- O carbono se difunde para a 
superfície 
- Uma camada dura se forma 
ao redor do núcleo tenaz 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MODIFICAÇÕES DA SUPERFÍCIE 
• Superfícies Compressivas 
 
- metais: bombardeio com partículas duras 
- Vidros: variação de volume e por variações 
de composição 
 
 
 
 
 
 
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Variações 
dimensionais em 
um vidro 
temperado 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compressão superficial do vidro 
temperado 
- As tensões de compressão tem 
que ser superadas antes que a 
superfície se rompa 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MODIFICAÇÕES DA SUPERFÍCIE 
• Revestimentos de Proteção 
 
- Objetivos do revestimento é proteger o material 
sobre o qual é aplicado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 MODIFICAÇÕES DA SUPERFÍCIE 
• Revestimentos de Proteção 
 
 
- Deve ser estabelecida uma continuidade entre o 
material de base e a camada do revestimento 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Quando o revestimento e o substrato não são tão 
semelhantes entre si, é necessário utilizar uma 
camada intermediária para servir de base 
 
 
 
 
 
 
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Coerência entre o vidro e os 
cristais 
- A estrutura vítrea é 
contígua à estrutura 
repetitiva dos cristais 
- Essa continuidade produz 
um material muito 
resistente 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MODIFICAÇÕES DA SUPERFÍCIE 
• Superfícies para fins elétricos 
 
- Revestimento isolante, p.e. verniz 
- Revestimento condutor, p.e. camada de 
alumínio e circuitos impressos 
 
 
 
 
 
 
 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS REFORÇADOS 
• Materiais Reforçados por Dispersão 
 
- Mistura mecânica ou precipitação química da 
fase reforçadora 
 
 
 
 
 
 
28 
Pó de alumínio sintetizado 
- Formação de um filme de 
óxido na superfície das 
partículas 
- O pó contém Al2O3 que não 
se dissolve no alumínio em 
temperaturas elevadas 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS REFORÇADOS 
• Materiais Reforçados por Dispersão 
 
- Mistura mecânica ou precipitação química da 
fase reforçadora 
 
 
 
 
 
 
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Ligas de prata reforçadas 
- A alumina quer como 
partículas dispersas quer 
como monocristais 
alongados, aumenta a 
resistência da prata 
- Em temperaturas altas, os 
monocristais são mais 
efetivos que as partículas 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
 MATERIAIS REFORÇADOS 
• Reforçamento por Fibras 
 
- Fibras de vidro reforçam plásticos 
- Reforço de metais com fibras – monocristais 
fibrosos 
- Pneus reforçados com nylon 
- Concreto armado 
 
 
 
 
 
 
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Concreto protendido 
- As tensões de compressão existentes inicialmente 
devem ser superadas antes do concreto ser submetido a 
tensões de tração 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS COMPOSTOS 
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MATERIAIS COMPOSTOS 
 Exercício 
 
Um compósito unidirecional de fibra de Kevlar e 
resina epoxídica contém 60% em volume de 
fibras e 40% de resina. 
A densidade das fibras de Kevlar é 1,48Mg/m3 e 
a da resina epoxídica é 1,20 Mg/m3. 
(a)Quais são as percentagens ponderais de 
Kevlar e de resina epoxídica no material 
compósito? 
(b)Qual é a densidade média do compósito? 
 
 
 
 
 
 
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