1a AULA Ciência dos Materiais I (31 05 2016)

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Curso de Engenharia de Materiais (3º Período) 
Manaus, 31/05/2016 
Disciplina: FTM100 – Ciência dos Materiais I 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS I 
Docente: Prof. Dr. Jean Carlos Silva Andrade 
jean.engmateriais@gmail.com 
Sala 57 – Bloco da Direção da FT 
Ementa da Disciplina 
Unidade I  AV1 - Data prevista: 30 / 06 / 2016 
 
- Apresentação do plano de ensino e introdução aos materiais 
- Estrutura atômica 
- Ligação atômica nos sólidos 
- Estrutura dos metais e cerâmicas 
Exercícios 
 
Unidade II  AV2 - Data prevista: 04 / 08 / 2016 
 
- Estrutura dos polímeros 
- Imperfeições nos sólidos 
- Propriedades mecânicas 
Exercícios 
 
Unidade III  AV3 - Data prevista: 08 / 09 / 2016 
 
- Mecanismos de deformação 
- Aumento de resistência 
- Tipos de aplicações dos materiais 
Exercícios 
 
PROVA FINAL  Período: 22 a 29/09/2016 
Ementa da Disciplina 
1. Apresentação do plano de ensino e introdução aos materiais 
2. Estrutura atômica 
3. Ligação atômica nos sólidos 
4. Estrutura dos metais e cerâmicas 
5. Estrutura dos polímeros 
6. Imperfeições nos sólidos 
7. Propriedades mecânicas 
8. Mecanismos de deformação 
9. Aumento de resistência 
10. Tipos de aplicações dos materiais 
 
 
Ementa da Disciplina 
1. Apresentação do plano de ensino e introdução aos materiais 
2. Estrutura atômica 
3. Ligação atômica nos sólidos 
4. Estrutura dos metais e cerâmicas 
5. Estrutura dos polímeros 
6. Imperfeições nos sólidos 
7. Propriedades mecânicas 
8. Mecanismos de deformação 
9. Aumento de resistência 
10. Tipos de aplicações dos materiais 
 
 
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1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS 
O que são materiais? 
 
 Segundo Morris Cohen os Materiais são as 
substâncias cujas propriedades as tornam utilizáveis em 
estruturas, máquinas, dispositivos, ou produtos 
consumíveis. 
 
 Os Materiais podem ser encontrados diretamente 
na natureza, como argilas, madeira, etc., ou podem ser 
fabricados artificialmente, como os plásticos, o aço, etc. 
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Classificação 
 
 Os Materiais são divididos normalmente em: Materiais 
Metálicos, Materiais Cerâmicos e Materiais Poliméricos. 
 
 Esta divisão é baseada na estrutura atômica e nas 
ligações químicas predominantes em cada grupo. 
 
 Um quarto grupo foi incorporado nesta classificação 
nas últimas décadas, é o grupo dos Materiais Compósitos. 
 
 Entretanto, existem ainda outros grupos de materiais, 
que nos últimos anos têm ganhado grande importância 
devido as suas propriedades, tais como os Materiais 
Semicondutores e Materiais Supercondutores. 
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS 
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MATERIAIS METÁLICOS 
 
• Estes materiais são formados pela combinação de elementos metálicos unidos por 
ligações metálicas. Muitas das propriedades destes materiais são atribuídas aos elétrons, 
que se comportam como elétrons livres no interior do material. 
 
• Entre os quatro grupos de materiais os materiais metálicos, em particular os aços, 
ocupam um lugar de destaque devido a sua grande utilização. Na tabela periódica cerca 
de 70 elementos têm um caráter predominantemente metálico. 
 
• As primeiras ferramentas e armas feita com metais surgiram entre 5000 e 3000 a.C., 
(aproximadamente 2000 anos após a introdução da agricultura) quando o homem 
desenvolveu fornos que possibilitaram a fusão de metais. 
 
• No início da era cristã o homem conhecia 7 metais: cobre, ouro, prata, chumbo, 
estanho, ferro e mercúrio. 
 
• Um dos maiores avanços na produção e utilização de materiais metálicos ocorreu com a 
descoberta dos processos de fabricação dos aços com baixo teor de carbono. Esta 
descoberta foi feita por Henry Bessemer em 1856 e permitiu a produção de aço em 
grande escala. 
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS 
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MATERIAIS CERÂMICOS 
 
• Os materiais cerâmicos são normalmente formados pela combinação de elementos 
metálicos unidos a elementos não metálicos. Estes elementos são unidos por ligações 
iônicas e/ou covalentes. 
 
• Os primeiros utensílios feitos de cerâmica foram potes, panelas e pequenas estatuetas. 
Estima-se que começaram a ser fabricados ao redor de 8000 a.C. Estes utensílios eram 
feitos com argila, que quando misturada a água podia ser facilmente moldada. Após a 
secagem, ela se torna rígida e adquire alta dureza após a queima. Esta operação intencional 
de dar forma e queimar a argila, obtendo um produto com propriedades novas, foi talvez o 
início da engenharia de materiais. 
 
• Os vidros são também caracterizados como materiais cerâmicos e tem-se registro de uso 
por volta do ano 4000 a.C. no Egito e em 1500 a.C. a produção de vidro já estava 
relativamente estabelecida. Em 1200 d.C. Veneza já era a capital do vidro, e em 1292 toda a 
produção foi transferida para a ilha de Murano para proteger os segredos dos ingleses e 
dos franceses. 
 
• Já as porcelanas começaram a ser fabricadas pelos chineses em 200 a.C. e chegaram a 
Europa no século XIII através de Marco Pólo, mas somente com Johann Friedrich Böttger 
em 1708 é que se consegui produzir uma porcelana de alta qualidade. 
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS 
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MATERIAIS POLIMÉRICOS 
 
• Os materiais poliméricos são constituídos de moléculas orgânicas gigantes, chamadas de 
macromoléculas, as quais podem ser naturais, como o couro, a seda, o algodão, a madeira 
e a borracha, ou podem ser sintéticas, como os hidrocarbonetos derivados do petróleo. 
Estas moléculas são formadas por átomos de elementos não metálicos, como o carbono, 
hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, flúor, entre outros, os quais são ligados por ligações 
covalentes. Estas moléculas ligam-se umas as outras por meio de ligações fracas. 
 
• Os polímeros naturais foram utilizados por milênios, mas foi na década de 1820 que 
ocorreu a síntese da uréia por Woehler, que liquidou a teoria da força vital e permitiu a 
obtenção de compostos orgânicos de maneira sintética. Em 1905 foi descoberto por Leo 
Hendrik Baekeland o baquelite que foi o primeiro polímero sintético, mas foi só em 1935 
que foi descoberto o polietileno, dando origem a descoberta da maioria dos polímeros até 
1950. Entretanto a produção dos polímeros pela indústria começou por volta de 1960, 
crescendo exponencialmente. 
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS 
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MATERIAIS COMPÓSITOS 
 
• Os materiais compósitos são materiais projetados de modo a conjugar características 
desejáveis de dois ou mais materiais. Eles são formados normalmente por duas fases, 
sendo uma a matriz e a outra o reforço. A matriz pode ser polimérica, metálica ou 
cerâmica, enquanto que o reforço pode estar na forma de dispersão de partículas, fibras, 
bastonetes, lâminas ou plaquetas. 
 
• Um compósito natural é a madeira, onde a matriz e o reforço são poliméricos. Outro 
compósito muito utilizado é o concreto, neste caso tanto a matriz quanto o reforço são 
cerâmicos. 
 
• A grande expansão no desenvolvimento e no uso dos compósitos iniciou-se na década de 
1970. 
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS 
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ESTRUTURA 
 
• Os materiais são formados por átomos que se unem formando uma estrutura atômica. 
 
• Uma maneira de se entender o que é estrutura, é comparar os materiais à parede de uma 
casa. Nesta parede os tijolos são colocados um a um unidos por meio de uma argamassa 
para dar forma e sustentação a parede, este conjunto de tijolos e argamassa é a estrutura 
da parede. Nos materiais ainda são usados alguns termos relacionados à estrutura, 
dependendo da dimensão de observação utilizada. 
 
• Quando se observa a nível atômico, a escala utilizada é o nanômetro (10-9m), gerando a 
nanoestrutura, já quando se observa os materiais utilizando um microscópio, a escala é o 
mícron (10-6m), nesta escala a estrutura é chamada de microestruturae finalmente 
quando se observa a olho nu, a estrutura é chamada de macroestrutura. 
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS 
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PROPRIEDADES 
 
• As propriedades são as respostas que os materiais fornecem, quando são aplicados a eles 
certos estímulos. Geralmente estas propriedades não dependem da forma ou do tamanho 
do material. 
 
• De uma maneira geral todas as propriedades importantes dos materiais podem ser 
agrupadas em seis categorias: mecânica, elétrica, térmica, magnética, ótica e 
deteriorativa. 
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS 
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PROCESSAMENTO E DESEMPENHO 
 
• Por sua vez a maneira como o material é processado durante a fabricação de um 
determinado produto (processamento), pode modificar a estrutura e as propriedades deste 
material. 
 
• A Ciência dos Materiais se preocupa em relacionar a estrutura com as propriedades dos 
materiais, enquanto que a Engenharia de Materiais está focada no processamento e como 
este irá modificar as propriedades dos materiais, para garantir que um determinado 
produto atinja o desempenho previsto. 
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS 
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1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS