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Ciencia e tecnologia dos materiais O que são materiais? Liste alguns materiais para engenharia comumente encontrados. São definidos como substâncias das quais qualquer coisa pode ser feita. 2. O que é microestrutura de um material? A microestrutura de um material compreende as características físicas do material que podem ser observadas a nível microscópico. Uma caracterização microestrutural desejável envolve: - A determinação da estrutura cristalina, composição química quantidade, tamanho, forma e distribuição das fases. - A determinação da natureza, quantidade (densidade) e distribuição dos defeitos cristalinos também é, em muitos casos, necessária. - A orientação preferencial das fases (textura e microtextura) e a diferença de orientação entre elas (mesotextura) também tem estreita relação com o comportamento dos materiais. 3. Qual o papel da ciência dos materiais e engenharia de materiais? A ciência dos materiais está associada à geração de conhecimento básico sobre a estrutura interna, propriedades e processamento de materiais. Ela tem ainda como objetivo, compreender a natureza dos materiais, estabelecendo conceitos e teorias que permitam relacionar a estrutura dos materiais com suas propriedades e comportamento. A engenharia dos materiais está principalmente ligada ao emprego de conceitos fundamentais e empíricos dos materiais, na conversão dos mesmos em produtos finais. 4. Fale sobre a importância de cada um dos componentes que abrange a ciência/engenharia dos materiais. Estrutura: é o arranjo de seus componentes internos Processamento Propriedades: é uma característica de um dado material, em termos do tipo e da magnitude de sua resposta a um estímulo específico que lhe é imposto. Aplicação/Desempenho: A estrutura de um material dependerá de como ele é processado O desempenho de um material será função de suas propriedades. 5. Descreva 6 propriedades de um material sólido. Propriedade Mecânica: relacionam a deformação a uma carga ou força que é aplicada. Propriedade Elétrica: o estímulo é um campo elétrico. Propriedade Térmica: representada em termos da capacidade calorífica e da condutividade térmica. Propriedade Magnética: resposta de um material aplicado a um campo magnético. Propriedade óptica: estímulo = radiação EM ou a radicação luminosa. Deterioração: reatividade química dos materiais. 6. Quais pontos devem ser levados em consideração na escolha de um material? condições de serviço e propriedades requeridas para tal aplicação; fatores de degradação de propriedades, como temperatura, agentes corrosivos, radiações; propriedades de interesse e qual o desempenho e limitações no uso; disponibilidade de matéria-prima e viabilidade técnica de processamento; impacto ambiental e reciclabilidade após uso; Fatores econômicos: custo total. 7. Quais são as categorias principais dos materiais para engenharia? Materiais Tradicionais: metais, cerâmicas, polímeros Compósitos (combinação de dois ou mais materiais) Materiais Avançados - Semicondutores (características elétricas peculiares) - Biomateriais (materiais Biocompatíveis) - Materiais inteligentes - Materiais nano-engenheirados 8. Defina materiais metálicos e cite quatro de suas propriedades. Substâncias inorgânicas compostas de um ou mais elementos metálicos, podendo também conter alguns elementos não metálicos. Propriedades: Estrutura cristalina na qual os átomos estão dispostos de maneira ordenada; Relativamente densos; Dureza elevada; Relativamente rígidos e resistentes; São dúcteis (capazes de grandes quantidades de deformações sem sofrer fratura); Bons condutores de eletricidade e de calor; Não são transparentes à luz visível; Tem aparência lustrosa quando polidos; Alguns têm propriedades magnéticas desejáveis. 9. Defina materiais cerâmicos, cite quatro de suas propriedades e suas vantagens para aplicação na engenharia. Materiais inorgânicos constituídos de elementos metálicos e não metálicos quimicamente ligados. Propriedades: São relativamente rígidos e resistentes São muito duras Exibem fragilidade – ausência de ductibilidade Altamente susceptíveis à fratura Bons isolantes térmico e elétrico Mais resistentes à temperaturas elevadas e ambientes severos São transparentes, translúcidas ou opacas Alguns óxidos cerâmicos exibem comportamento magnético 10. Defina materiais compósitos e dê um exemplo de um material dessa categoria. Os materiais compósitos são formados por mistura de 2 ou mais materiais das classe apresentadas anteriormente e suas propriedades são resultado dessa combinação. Um exemplo clássico é o compósito de matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósito apresenta a resistência da fibra de vidro associado à flexibilidade do polímero. 11. Defina materiais poliméricos e cite quatro de suas propriedades. Incluem materiais plásticos e de borracha. Compostos orgânicos baseados no C, H e em elementos não metálicos (O, N, Si). Ex: Polietileno, náilon, cloreto de polivinila, policarbonato, poliestireno e borracha de silicone. Propriedades: Não são tão rígidos e resistentes. Densidade reduzida Muitos são extremamente dúcteis e flexíveis Relativamente inertes Desvantagem: tendência em amolecer e/ou decompor em temperaturas modestas Baixa condutividade elétricas/alguns bons isolantes Não são magnéticos 12. Defina materiais inteligentes, dando um exemplo de um material desse tipo e de uma de suas aplicações. Grupo novo de materiais de última geração, que estão sendo atualmente desenvolvidos e terão influência significativa sobre a tecnologia. “Inteligente” implica que esses materiais são capazes de sentir mudanças nos seus ambientes e assim responder a essas mudanças segundo maneiras predeterminadas. Componentes com materiais que possuem comportamentos incomuns, tais como: sensitividade a variação de temperatura, de pressão ou de deformação, diagnosticar um problema, memorizar processos repetitivos, e iniciar uma apropriada ação para preservar a integridade estrutural enquanto continua a realizar suas funções básicas. Materiais que apresentam estas características particulares são chamados de “materiais inteligentes”. Uma definição compacta para esta classe é: “materiais que possuem propriedades funcionais de sensores e/ou de atuadores”. Alguns dos materiais inteligentes são: cristais piezoelétricos (sensores de vibração e ultrassom), fibras óticas (transmissão de dados), fluídos eletro e magneto reológicos (aplicação no campo de amortecimento de vibrações através variação do campo elétrico ou magnético), substâncias orgânicas (aplicações médicas: monitorar taxa de açúcar no sangue e liberar doses de insulina, contraceptivo). 13. Cite três características de materiais semicondutores. - Materiais semicondutores apresentam propriedades elétricas que são intermediárias entre metais e isolantes (cerâmicas e polímeros); Além disso, as características elétricas são extremamente sensíveis à presença de pequenas quantidades de impurezas, cuja concentração pode ser controlada em pequenas regiões do material; Condutividade elétrica intermediária entre metais e isolantes; 14. O que são biomateriais e nanomateriais? Biomateriais são empregados em componentes implantados no corpo humano para a substituição de partes do corpo doente ou danificadas. Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição); Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais. Nanomateriais Podem ser de qualquer um dos quatro tipos básicos de materiais; Não são diferenciados com base em sua química, mas em função de seu tamanho; Prefixo nano – ordem do nanometro (10-9m). 15. Faça um breve relato histórico sobre a evolução dos materiais. Os materiais estão intimamenteligados à existência e à evolução da espécie humana. Desde o início da civilização, os materiais e a energia são usados com o objetivo de melhorar o nível de vida do ser humano. Dentre os materiais mais comuns, pode-se citar: madeira, cimento, pedra, aço, plástico, vidro, borracha, alumínio, cobre e papel. Existem muitos outros tipos de materiais e, para se notar tal fato, basta observar a constituição dos objetos ao nosso redor. 16. Atualmente diversos componentes de motores de combustão interna são confeccionados a partir de materiais cerâmicos. Qual a principal vantagem do emprego destes materiais neste caso? As cerâmicas tem duas vantagens principais é quimicamente estável e tem ponto de fusão signigicamente mais elevado (refratário popular – material resistente a alta temperatura). Os desenvolvimentos na tecnologia de cerâmica estão expandido sua utilidade para aplicação estruturais, sem eliminar a sua fragilidade inerente aumentando sua resistência para níveis suficientemente altos e também a faturas, já que as cerâmicas apresentam alta fragilidade (desvantagem).
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