Introdução à Ciência dos Materiais

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
Departamento de Ciências Exatas e Naturais – Pau dos Ferros 
Disciplina: Fundamentos de Química dos Materiais
Introdução à Ciência dos Materiais
Profª Josy Eliziane Torres Ramos
1. Perspectiva Histórica
Os materiais estão provavelmente mais entranhados na nossa cultura do que a nossa percepção. Nos transportes, habitação, vestiário, comunicação, recreação e produção de alimentos; virtualmente todos os seguimentos de nossa vida diária são influenciados em maior ou menor grau pelos materiais.
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1. Perspectiva Histórica
As civilizações antigas eram classificadas de acordo com seu nível de desenvolvimento em relação aos materiais. 
Idade da Pedra
Idade do Bronze
Idade do Ferro
1. Perspectiva Histórica
Com o tempo passaram a surgir outros matérias (cerâmicos e vários metais);
Interesse em modificar o processamento desses materiais, como exemplo, tratamento térmico e adição de outras substâncias;
Cientistas passaram a entender as relações entre os elementos estruturais dos materiais e suas propriedades;
Moldar ( metais, plásticos, vidros e fibras) para interesse próprio.
2. Ciência e Engenharia dos Materiais
Ciência dos materiais: envolve a investigação das relações que existem entre as estruturas e as propriedades dos materiais.
Engenharia de Materiais: está relacionada a estrutura/projeto de um material para obter um conjunto predeterminado de propriedades.
Desenvolve e sintetiza novos materiais
Desenvolve técnicas para a criação 
de novos produtos
de materiais já existentes
2. Ciência e Engenharia dos Materiais
Investiga as estruturas e propriedades. 
Resultante do conhecimento da estrutura, propriedades, processamento e desempenho dos materiais. 
Conhecimento aplicado de materiais.
 Ciências de materiais
Ciência e engenharia de materiais
Engenharia de materiais
2. Ciência e Engenharia dos Materiais
ESTRUTURA MACROSCÓPICA: podem ser visto a olho nu.
ESTRUTURA SUBATÔMICA: envolve os elétrons nos átomos individuais e as interações com seu núcleo.
ESTRUTURA ATÔMICA: engloba a organização dos átomos ou das moléculas.
ESTRUTURA MICROSCÓPICA: átomos se encontram conglomerados, ou seja, observação por meio de um microscópico.
2. Ciência e Engenharia dos Materiais
PROPRIEDADE: é uma peculiaridade do material em termos do tipo e da intensidade da resposta a um estímulo específico que lhe é imposto. As definições das propriedades são feitas de maneira independente da forma e do tamanho do material. 
MECÂNICA ELÉTRICA TÉRMICA MAGNÉTICA ÓTICA DETERIORATIVA
DESEMPENHO: a estrutura de um material depende de como ele foi processado, podendo diferenciar em termos dos contornos entre os cristais e da presença de poros, influenciando suas propriedades.
2. Ciência e Engenharia dos Materiais
	ASPECTO ECONÔMICO	Preço e disponibilidade
Capacidade de reciclagem
	FÍSICA GERAL	Densidade
	MECÂNICA	Módulo de elasticidade
Resistência à deformação e à tração
Dureza
Tenacidade
Limite de fadiga
Limite de resistência à deformação a quente 
Característica de amortecimento
Condutividade térmica
	TÉRMICA	Condutividade térmica
Calor específico
Coeficiente de expansão térmica
	ELÉTRICA E MAGNÉTICA	Constante dielétrica
Permeabilidade magnética
	INTERAÇÃO AMBIENTAL	Oxidação
Corrosão
Desgaste
	PRODUÇÃO	Facilidade no processamento
União
Acabamento
	ESTÉTICA	Cor
Textura
Sensação táctil
2. Ciência e Engenharia dos Materiais
Relação entre as propriedades dos materiais e os elementos estruturais
PROCESSAMENTO
ESTRUTURA
PROPRIEDADES
DESEMPENHO
Arranjo dos
 componentes internos
Podem ser: mecânica, elétrica, térmica, 
magnética, óptica e deteriorativa.
Quanto mais familiarizado estiver um engenheiro ou cientista com as várias características e relações estrutura-propriedade, assim como as técnicas de processamento, mais confiante e capacitado será o profissional.
2. Ciência e Engenharia dos Materiais
3. Classificação dos Materiais
MATERIAIS SÓLIDOS
METAIS
CERÂMICOS
POLÍMEROS
COMPÓSITOS
MATERIAIS AVANÇADOS
SEMICONDUTORES
MATERIAIS INTELIGENTES
BIOMATERIAIS
MATERIAIS NANOTECNOLÓGICOS
COMBINAÇÃO DE DOIS OU MAIS
MATERIAIS DIFERENTES
3. Classificação dos Materiais
Metais
Os elementos desse grupo são compostos por um ou mais elementos metálicos ou por 
elementos não-metálicos;
Os átomos nos metais e nas suas ligas estão arranjados em uma maneira muito ordenada;
São densos, rígidos e resistentes;
São dúcteis (grande quantidade de deformação) e resistentes à fraturas.
3. Classificação dos Materiais
Metais
Os elétrons estão deslocalizados e por isso, são bons condutores de eletricidade e de calor;
Não são transparentes à luz visível (superfície metálica polida e brilhante);
Fe, Co e Ni apresentam propriedades magnéticas.
3. Classificação dos Materiais
Cerâmicos
São compostos formados entre os elementos metálicos e não-metálicos;
São rígidos e resistentes a altas temperaturas e ambientes severos;
Ausência de ductibilidade (frágeis) e são altamente suscetíveis a fraturas;
São isolantes à passagem de calor e eletricidade.
3. Classificação dos Materiais
Polímeros
São compostos formados de materiais plásticos e borracha;
Muitos deles são compostos orgânicos e apresentam estruturas moleculares muito grandes (macro-moléculas);
Não são tão rígidos, nem tão resistentes;
São dúcteis e flexíveis;
Baixas condutividade elétrica e não são magnéticos.
3. Classificação dos Materiais
Compósitos
É composto por dois ou mais materiais individuais. O objetivo de projeto de um compósito é atingir uma combinação de propriedades que não é exibida por qualquer material sintético.
4. Materiais Avançados
Materiais utilizados em aplicações de alta tecnologia são algumas vezes chamados de materiais avançados;
Por alta tecnologia subentendemos um dispositivo ou produto que opera usando princípios relativamente intricados e sofisticados;
Materiais avançados são materiais tradicionais cujas propriedades foram aprimoradas.
A desvantagem desses materiais são o custa relativamente elevado.
4. Materiais Avançados
SEMICONDUTORES
BIOMATERIAIS
Propriedades elétricas intermediárias;
Características elétricas desses materiais são extremamente sensíveis à presença mínima de impurezas;
Presença de circuitos integrados, os quais revolucionaram as indústrias de produtos eletrônicos e de computadores.
São empregados em componentes implantados no corpo humano para substituir partes do corpo danificados;
Devem ser materiais inertes e biocompatíveis.
4. Materiais Avançados
MATERIAIS INTELIGENTES
NANOMATERIAIS
São um grupo de novos materiais de última geração, sendo atualmente desenvolvidos e que terão grande influência sobre as nossas tecnologias.
Exemplos: sensor, ligas com memória, cerâmicas piezoelétricas, materiais magneto-constritivos, etc.
São materiais que possuem graus estruturais na ordem de 10-9 m ou um nanômetro. 
As propriedades dos materiais de escala nanométrica diferem daquelas observadas em maior escala. São objeto de estudo da nanociência e da nanotecnologia.
5. Necessidade dos materiais modernos
Um dos grandes dilemas na Engenharia de Materiais é a necessidade de desenvolver materiais baratos e que tenham uma menor degradação ao meio ambiente.
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
Departamento de Ciências Exatas e Naturais – Pau dos Ferros 
Disciplina: Fundamentos de Química dos Materiais
Introdução à Ciência dos Materiais
Josy.ramos@ufersa.edu.br
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