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1 Curso de Engenharia de Materiais (3º Período) Manaus, 09/06/2016 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 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 (Cap. 3 – Callister, págs 38 a 46) 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 (Cap. 3 – Van Vlack, págs 51 a 61) 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 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS CONCEITOS FUNDAMENTAIS Ordem de grandeza da estrutura atômica 10-15 a 10-10 m A estrutura eletrônica dos átomos determina a natureza das ligações atômicas e define algumas propriedades dos materiais Propriedades: físicas, ópticas, elétricas e térmicas 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS CONCEITOS FUNDAMENTAIS Os tipos de ligações interatômicas primárias e secundárias estudadas na aula anterior, mantêm unidos os átomos que compõe um sólido. Materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a regularidade com que seus átomos ou íons se combinam entre si. Um material cristalino é um no qual os átomos estão situados em um arranjo repetitivo ou periódico por grande distâncias atômicas, ou seja, os átomos se posicionarão entre si num modo tridimensional, onde cada átomo está ligado a seus átomos vizinhos mais próximos. 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS ESTRUTURAS CRISTALINAS – CONCEITOS FUNDAMENTAIS Todos os metais, muitos materiais cerâmicos e certos polímeros formam estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação. Algumas das propriedades dos sólidos cristalinos depende da estrutura do cristal do material, referente a maneira, na qual átomos, íons e moléculas são espacialmente dispostos. Existe uma grande quantidade de estruturas cristalinas diferentes. 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS ESTRUTURAS CRISTALINAS – CONCEITOS FUNDAMENTAIS Materiais cristalinos Átomos se organizam em arranjos periódicos • típicos de: - Metais - Muitas cerâmicas - Alguns polímeros SiO2 Cristalina Quartzo ordem a longa distância Materiais Não-cristalinos Átomos não se organizam em arranjos periódicos • ocorrem em: -Algumas cerâmicas -Polímeros Quartzo Vidro de quartzo Pode ser consequência de: - resfriamento rápido - presença de impurezas SiO2 Não-Cristalino Vidro ordem a curta distância 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS ESTRUTURAS CRISTALINAS – CONCEITOS FUNDAMENTAIS Quando se descrevem estruturas cristalinas, átomos ou íons são considerados como esferas sólidas tendo diâmetros bem definidos. Isto é denominado modelo atômico de esfera rígida, no qual as esferas representam os átomos que se tocam entre si. CÉLULAS UNITÁRIAS A disposição atômica em sólidos cristalinos indica que pequenos grupos de átomos formam um modelo repetitivo. 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS ESTRUTURAS CRISTALINAS – CONCEITOS FUNDAMENTAIS A célula unitária pode ser definida como a unidade estrutural básica ou bloco de construção da estrutura cristalina. Ela define a estrutura do cristal em função de sua geometria e da posição de seus átomos no seu interior. 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS ESTRUTURAS CRISTALINAS – CONCEITOS FUNDAMENTAIS cristalinas diferentes, todas elas possuindo uma ordenação atômica MODELO ATÔMICO DA ESFERA RÍGIDA CÉLULA UNITÁRIA Os átomos (ou íons) são considerados Pequenas entidades que se repetem esferas sólidas com diâmetro bem definido 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS ESTRUTURAS CRISTALINAS – CONCEITOS FUNDAMENTAIS 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS SISTEMAS CRISTALINOS REDES BRAVAIS Os sistemas cristalinos são apenas entidades geométricas. Quando posicionamos átomos dentro destes sistemas formamos redes (ou estruturas) cristalinas. Existem apenas 14 redes que permitem preencher o espaço 3D. 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS ESTRUTURAS CÚBICAS 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS SISTEMA CÚBICO SIMPLES NC = 6 Átomos por célula unitária Parâmetro de rede, “a” a = R+R, a = 2R 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS SISTEMA CÚBICO DE CORPO CENTRADO (CCC) NC = 8 Átomos por célula unitária Contato entre átomos ocorre na diagonal do cubo 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS SISTEMA CÚBICO DE FACE CENTRADA (CFC) NC = 12 Átomos por célula unitária Contato entre átomos ocorre na diagonal da face 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS ESTRUTURA HEXAGONAL COMPACTA NC = 12 Contato entre átomos ocorre na diagonal da face 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO (FEA) O fator de empacotamento atômico (FEA) de uma estrutura cristalina é soma de todos volumes dos átomos no interior da célula da célula unitária dividido pelo volume da célula. FEA = Volume dos átomos Volume da célula unitária • Vol. dos átomos = número de átomos x Vol. Esfera (4 R3/3) • Vol. da célula = a3 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS ESTRUTURAS METÁLICAS FEA DAS ESTRUTURAS CRISTALINAS CÚBICAS 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS VOLUME DA CÉLULA UNITÁRIA (CFC) 4. ESTRUTURA DOS METAIS E CERÂMICAS FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO (FEA)
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