ICTM_2_-_Importancia_dos_Materiais

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U i id d F d l d Sã C lUniversidade Federal de São Carlos
Departamento de Engenharia de Materiais DEMa
Introdução àIntrodução à
Ciência e TecnologiaCiência e TecnologiaCiência e TecnologiaCiência e Tecnologia
de Materiaisde Materiais
P f D N l G d d Al â tProf. Dr. Nelson Guedes de Alcântara
Introdução à Introdução à 
Ciê i T l i d M t i iCiê i T l i d M t i iCiência e Tecnologia de MateriaisCiência e Tecnologia de Materiais
Os Materiais
Os materiaisOs materiais
Fonte: Callister
O que esses O que esses produtos tem em comum produtos tem em comum ??
S bã ó
Pasta de dente
Sabão em pó
Calcáreo
CaCO3 (2000X)
Papel
Fonte: PUC-RJ
O que esses produtos tem em comum O que esses produtos tem em comum ??
Papel
Filme Fotográfico
Madeira
g
Fonte: PUC-RJ
O que esses produtos tem em comum ?O que esses produtos tem em comum ?
Garrafas coloridasTubos de vidro LenteComputador Garrafas coloridasTubos de vidro LenteComputador
QuartzoQuartzo
Pedra de quartzo
Fibras de vidro
Fonte: PUC-RJ
Ciência e Engenharia de MateriaisCiência e Engenharia de Materiais
Processamento
PropriedadeEstrutura
Aplicação
Introdução à Introdução à 
Ciê i T l i d M t i iCiê i T l i d M t i iCiência e Tecnologia de MateriaisCiência e Tecnologia de Materiais
Tipos de Materiais
Tipos de materiaisTipos de materiaisTipos de materiaisTipos de materiais
 Metais Metais
 Cerâmicas
 P lí Polímeros
 Compósitos
 Semicondutores
 Materiais AvançadosMater a s ançados
MetaisMetaisMetaisMetais
Fonte: PUC-RJ
MetaisMetaisMetaisMetais
Propriedades básicasPropriedades básicas
• Resistentes e podem ser moldados
• Dúteis (deformam antes de quebrar)Dúteis (deformam antes de quebrar)
• Superfície “metálica”
• Bons condutores de corrente elétrica e • Bons condutores de corrente elétrica e 
de calor
Fonte: PUC-RJ
CerâmicasCerâmicasmm
Fonte: PUC-RJ
CerâmicasCerâmicasCerâmicasCerâmicas
Propriedades básicasPropriedades básicas
• São altamente resistentes a 
temperatura (refratários)mp ( f )
• São isolantes térmicos e elétricos
• São frágeis (quebram sem deformar)
ã d d • São menos densas do que metais
• Podem ser transparentes
Fonte: PUC-RJ
PolímerosPolímerosPolímerosPolímeros
Fonte: PUC-RJ
PolímerosPolímerosPolímerosPolímeros
Propriedades básicas
• São sintéticos - feitos pelo homem
Alt t ldá i lá ti• Altamente moldáveis - plásticos
• São formados pela combinação de unidades -
“meros”meros
• São formados por um número bem limitado de 
elementos. C e H, O (acrílicos), N (nylons), F ( ) ( y )
(fluor - plásticos) e Si (silicones)
• São leves e não frágeis
E l ã i t t d t i • Em geral são menos resistentes do que metais 
e cerâmicas
Fonte: PUC-RJ
CompósitosCompósitosCompósitosCompósitos
Fibra de Vidro Concreto
Fonte: PUC-RJ
CompósitosCompósitosCompósitosCompósitos
O que são ?q
• Combinação de metais, cerâmicas e 
polímeros
P i d d “b ” d • Preservam as propriedades “boas” dos 
componentes e possuem propriedades 
superiores às de cada componente superiores às de cada componente 
separado
Fonte: PUC-RJ
SemicondutoresSemicondutoresSemicondutoresSemicondutores
Fonte: PUC-RJ
SemicondutoresSemicondutoresSemicondutoresSemicondutores
Propriedades básicas
•Todos os componentes eletrônicos do p
computador
• Condutividade finamente controlada pela 
 d i dpresença de impurezas - dopantes
• Podem ser combinados entre si para gerar 
propriedades eletrônicas e óticas “sob propriedades eletrônicas e óticas sob 
medida”
•São a base da tecnologia de opto - eletrônica g p
- lasers, detetores, circuitos integrados 
óticos e células solares
Fonte: PUC-RJ
Materiais AvançadosMateriais AvançadosMateriais AvançadosMateriais Avançados
 Biomateriais
 Materiais Inteligentesg
 Nanomateriais
 Materiais Biomimétricos Materiais Biomimétricos
Evolução na aplicação dos materiaisEvolução na aplicação dos materiais
Propriedade dos materiaisPropriedade dos materiais
Fonte: Callister
Propriedade dos materiaisPropriedade dos materiais
Fonte: Callister
Seleção de materiaisSeleção de materiais
Ex.: Cilindro de armazenamento de gasesm m g
– Requerimento: resistir a altas pressões (14MPa)
Resistência
Metais 
Cerâmicas
Flexibilidade Custo
Polímeros
Semicondutores
CompósitosCompósitos
Fonte: PUC - Rio
Seleção de materiaisSeleção de materiais
Ex: Vaso de pressão de uma aeronaveEx: Vaso de pressão de uma aeronave
– Requerimento: resistir a altas pressões e ser leve
– Aqui o custo é menos importante do que a funcionalidadep
• Prefere-se um material leve e forte, mesmo sendo caro
Metais
Resistência Flexibilidade Leveza
Metais 
Cerâmicas
Polímeros
SemicondutoresSemicondutores
Compósitos
Fonte: PUC - Rio
Ciclo global dos materiaisCiclo global dos materiais
MatériaExtração, refino ou Transformação ou 
prima básica
Extração, ref no ou 
processamento
ransformação ou 
processamento
Matéria
Matéria
prima bruta
Matéria
prima 
industrialCiênciaCiência
ee
CiênciaCiência
ee
EngenhariaEngenharia
Prospecção ou 
mineração
Fabricação ou 
montagemReciclagem
ee
EngenhariaEngenharia
dede
MateriaisMateriais
EngenhariaEngenharia
dodo
MeioMeio
A
Terra
Bens de
consumo
MateriaisMateriaisAmbienteAmbiente
Descarte Uso, serviço ou d h
Sucata ou
síd s
m
Descarte desempenhoresíduos
Introdução à Introdução à 
Ciê i T l i d M t i iCiê i T l i d M t i iCiência e Tecnologia de MateriaisCiência e Tecnologia de Materiais
Aplicações dos Materiais
AplicaçõesAplicaçõesAplicaçõesAplicações
 A i l Aeroespacial
 Automobilística
 Naval
 Ferroviária Ferroviária
 Energia
 C t ã Ci il Construção Civil
 Gás e Petróleo
 Eletrônica
 Saúde Saúde
Bombardeiro B-2 Spirit
Primary function: Multi-role heavy bomber
Armament: Conventional or nuclear weapons
Unit cost: Approximately $1.3 billion
Inventory: Active force: 21
Fonte: US Air Force
Materiais
Nave espacial Discoveryp y
Fonte: NASA
Estação espacial permanenteEstação espacial permanente
Fonte: NASA
Telescópio Hubble - imagensp g
Fonte: NASA
Satélite Syncom IVy
Fonte: NASA
A380
Fonte: Airbus
Ferrari EnzoFerrari Enzo
Fonte: Ferrari
Estaleiro naval
Cargueirog
Porta aviões USS Eisenhower
Fonte: US Navy
Submarino USS Greeneville
Fonte: US Navy
Trem com levitação magnéticaTrem com levitação magnética
Energia nuclearEnergia nuclear
Energia nuclearEnergia nuclear
Energia hidroelétricaEnergia hidroelétrica
Energia termoelétricaEnergia termoelétrica
Ponte
Edifício
Gasoduto
Nodos de plataforma marítimaNodos de plataforma marítima
Plataformas marítimasPlataformas marítimas
Plataforma marítimaPlataforma marítima
Plataforma marítimaPlataforma marítima
Plataforma marítimaPlataforma marítima
Indústria petroquímicaIndústria petroquímica
SemicondutorSemicondutor
Aumento de 475X
Fonte: Callister
EletrônicaEletrônica
Fonte: Apple
PrótesePrótese
Fonte: Callister