HANILTON TECNOLOGIA DOS MATERIAIS 02

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14/02/2016
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Unidade 01 - Importância do conhecimento de 
materiais Professor Hanilton Marana Nasser 
O QUE SÃO MATERIAIS?
“Materiais são uma parte da matéria do
universo mais especificamente, são as
substâncias cujas propriedades as tornam
utilizáveis em estruturas, máquinas ou
produtos de consumo”
(Morris Cohen)
Metalurgista e Professor do MIT
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Cientistas ou engenheiros, irão uma vez ou outra ficar
expostos a um problema de projeto que envolva
materiais. Os exemplos podem incluir uma engrenagem
de transmissão, a superestrutura para um edifício,um
componente de uma refinaria de petróleo, ou um chip
de circuito integrado.
Obviamente, o sucesso do projeto consiste na seleção
correta do material dentre muitos milhares de materiais
disponíveis.
Existem vários critérios nos quais a decisão final está
normalmente baseada. Em primeiro lugar, as condições
de serviço devem ser caracterizadas, uma vez que estas
irão ditar as propriedades exigidas do material.
Uma segunda consideração de seleção é qualquer deterioração das
propriedades dos materiais que possa ocorrer durante a operação em
serviço. Por exemplo, reduções significativas na resistência mecânica
podem resultar da exposição a temperaturas elevadas ou a ambientes
corrosivos.
Por fim, provavelmente a consideração dominante estará relacionada aos
fatores econômicos: quanto irá custar o produto final acabado.
Pode ser encontrado um material que possua o conjunto ideal de
propriedades, mas que seja proibitivamente - caro. O custo de uma peça
acabada também inclui quaisquer despesas incorridas durante a fabricação
para produzir a forma desejada.
Quanto mais familiarizado estiver um(a) engenheiro(a) ou cientista com as
várias características e relações estrutura-propriedade, bem como com as
técnicas de processamento dos materiais, mais capacitado e confiante ele
ou ela estará para fazer opções ponderadas de materiais com base nestes
critérios
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Historicamente, o desenvolvimento e o avanço das sociedades têm estado
intimamente ligados às habilidades dos seus membros em produzir e manipular
materiais para satisfazer as suas necessidades. De fato, as civilizações antigas
limitaram-se a trabalhar somente com materiais que ocorrem naturalmente (pedra
madeira argila peles etc).
Com o tempo eles descobriram técnicas para a produção de materiais que tinham
propriedades superiores às dos produtos naturais; estes novos materiais incluíam a
cerâmica e vários metais.
Além disso, foi descoberto que as propriedades de um material poderiam ser
alteradas através de tratamentos térmicos e pela adição de outras substâncias.
Em tempos relativamente recentes que os cientistas compreenderam as relações entre
os elementos estruturais dos materiais e as suas propriedades. Este conhecimento
deu-lhes condições de moldar, em grande parte, as características dos materiais.
Desta forma, dezenas de milhares de materiais diferentes foram desenvolvidos com
características relativamente específicas que atendem as necessidades de nossa
moderna e complexa sociedade; estes incluem metais, plásticos, vidros e fibras.
A disciplina ciência dos materiais envolve a investigação das relações que
existem entre as estruturas e as propriedades dos materiais.
Em contraste, a engenharia de materiais consiste, com base nestas correlações
estrutura-propriedade, no projeto ou engenharia da estrutura de um material
para produzir um conjunto predeterminado de propriedades.
Um modelo conveniente para representar a CEM é apresentado na figura de um
tetraedro, no qual os quatro vértices representam: síntese e processamento;
estrutura e composição; propriedades e desempenho.
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• Latas de alumínio 
(metais)
• Garrafas de vidro 
(cerâmicas)
• Garrafas plásticas 
(polímeros)
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Os materiais sólidos são frequentemente classificados em 4 grupos
principais:
�materiais metálicos;
�materiais cerâmicos;
� materiais poliméricos ou plásticos;
�materiais compósitos.
Esta classificação é baseada na estrutura atômica e nas ligações
químicas predominantes em cada grupo. Um quarto grupo, que foi
incorporado nesta classificação nas últimas décadas, é o grupo dos
materiais compósitos, além de dois outros grupos que são fortes
candidatos e participar dessa classificação no futuro: biomateriais e
semicondutores.
Os materiais metálicos são normalmente combinações de elementos metálicos.
Eles apresentam um grande número de elétrons livres, isto é, elétrons que não
estão presos a um único átomo. Muitas das propriedades dos metais são
atribuídas a estes elétrons livres; Os metais são excelentes condutores de
eletricidade e calor e não são transparentes à luz. A superfície dos metais,
quando polida, reflete eficientemente a luz. Eles são resistentes, porém
deformáveis. Por isto, são muito utilizados em aplicações estruturais;
De forma geral oxidam-se com facilidade
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Os materiais cerâmicos são normalmente combinações de metais com elementos
não metálicos. Os principais tipos são: óxidos, nitretos e carbonetos. A esse
grupo de materiais também pertencem os argilo-minerais, o cimento e os
vidros.
Do ponto de vista das ligações atômicas, eles podem ser desde
predominantemente iônicos até predominantemente covalentes. Eles são
isolantes térmicos e elétricos. São também mais resistentes às altas
temperaturas e aos ambientes corrosivos e abrasivos que os metais e os
polímeros. Com relação ao comportamento mecânico, os cerâmicos são duros,
porém muito quebradiços.
Os polímeros são baseados nos átomos de carbono, hidrogênio, nitrogênio,
oxigênio, flúor e em outros elementos não metálicos. A ligação química entre os
átomos da cadeia é covalente, enquanto a ligação intercadeias é fraca,
secundária, geralmente dipolar;
Os materiais poliméricos geralmente são leves, isolantes elétricos e térmicos,
flexíveis e apresentam boa resistência à corrosão e baixa resistência ao calor.
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Os compósitos são materiais projetados de modo a conjugar num mesmo
material, características desejáveis de dois ou mais materiais. Um compósito é
projetado para exibir uma combinação das melhore características de cada um
dos materiais componentes, e apresentam pelo menos duas fases visíveis a olho
nu;
Um exemplo típico é o compósito de fibra de vidro em matriz polimérica
(“fiberglass”). A fibra de vidro confere resistência mecânica, enquanto a matriz
polimérica, na maioria dos casos constituída de resina epoxídica, é responsável
pela flexibilidade do compósito.
Os semicondutores possuem propriedades elétricas que são intermediárias entre aquelas
apresentadas pelos condutores elétrico se pelos isolantes. Além disso, as características
elétricas destes materiais são extremamente sensíveis à presença de minúsculas
concentrações de átomos de impurezas.
Os semicondutores tornaram possível o advento dos circuitos integrados, que
revolucionaram totalmente as indústrias de produtos eletrônicos e de computadores.
Os biomateriais são empregados em componentes implantados no interior do corpo humano
para a substituição de partes do corpo doentes ou danificadas, são biocompatíveis, ou seja
não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com os tecidos do corpo.