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4a AULA Ciência dos Materiais I (09 06 2016)

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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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