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Introdução à Ciência dos Materiais
Disciplina: Tecnologia dos Materiais
Carga Horária: 45h
Professora: Cléa AlbuquerqueAula 01
Introdução à Ciência dos Materiais
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O que é Ciência dos Materiais?
Campo interdisciplinar voltado à invenção de novos 
materiais e ao aperfeiçoamento dos já conhecidos, 
mediante a investigação das relações entre as suas 
estruturas e propriedades.
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O que é estrutura?
� Estrutura refere-se ao arranjo dos componentes internos de um material
1) Estrutura subatômica: elétrons e prótons no interior dos átomos 
2) Estrutura atômica: organização dos átomos ou moléculas umas em relação às 
outras
3) Estrutura microscópica: aglomerado de átomos (microestrutura), sujeito à
observação com auxílio de um microscópio
A microestrutura dos materiais tem grande influência sobre suas propriedades. 
Ex: Fio de cobre ao ser dobrado repetidas vezes 
Se pudermos compreender o que ocorreu microscopicamente, começamos a 
descobrir meios de controlar as propriedades dos materiais
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O que é Propriedade?
� É a resposta do material a um dado estímulo externo
Ex: deformação de uma amostra através de uma força aplicada
Ex: reflexão da luz de uma superfície metálica polida
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Propriedades Importantes
� Mecânica → Resistência à Deformação elástica por meio de uma carga 
aplicada Ex: Módulo de elasticidade
� Elétrica → Condução de corrente elétrica por meio de um campo elétrico 
aplicado Ex: Condutividade elétrica
� Térmica → Condução de calor por meio de Aquecimento Ex: 
Condutividade térmica
� Magnética → Atração/repulsão por meio de um Campo Magnético. Ex: 
Permeabilidade magnética
� Ótica → Reflexão da luz por meio de radiação luminosa. Ex: índice de 
refletividade
� Deteriorativa→ Deterioração por um agente químico. Ex: reatividade 
química
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Tetraedro da Ciência dos Materiais
� Processamento: Modo como os 
materiais são produzidos a partir de 
substâncias químicas encontradas na 
natureza ou sintetizadas pelo homem.
� Desempenho: Modo como o material 
se comportará em serviço
Desempenho/custo
propriedades
estrutura
processamento
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Figura 2. Transmitância da luz de amostras de óxido de alumínio (Callister, 2002).
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Ex: Aço usado em vergalhões
Fabricados de acordo com a norma NBR 7480 para reforçar concreto 
� Composição química (CA 25, CA 50)
� Boa resistência mecânica
� Leves
� Ductilidade (conformabilidade)
Os cientistas examinam o aço com auxílio de microscópios para determinar se 
suas propriedades podem ser alteradas. Dessa forma fabricam o material 
sobre a forma de vergalhões, atendendo requisitos de economia.
O processo de fabricação afetará as propriedades mecânicas do aço?
Que tipo de tratamento superficial deverá ser feito para torná-lo resistente à
corrosão?
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Critérios de Seleção
Problema: seleção adequada do material correto
� 1º) Critério: condições de serviço → propriedades exigidas
Ex: resistência e ductilidade
� 2º) Critério: deterioração das propriedades durante a operação
Ex: exposição a ambientes corrosivos
� 3º) Custo: quanto custará o produto acabado?
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Ciência dos Materiais e o Técnico em Petróleo e Gás
� É a base de todos os avanços tecnológicos
� Faz parte do conhecimento básico em todas as áreas que envolvem tecnologia
� Uma boa compreensão dos fundamentos dos materiais e suas aplicações tornarão o 
Técnico em Petróleo e Gás mais capacitado, assim como permitirá auxiliá-lo na 
fase de projeto
� Para ser um bom Técnico em Petróleo e Gás é necessário conhecer os materiais 
mais apropriados às diferentes aplicações
� Da qualidade dos materiais empregados irá depender a solidez, a durabilidade, o 
custo e o acabamento do produto
Ex: broca de perfuração, componentes estruturais, moldes, etc.
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Perspectiva Histórica
� Desenvolvimento das sociedades: habilidade do homem em produzir e 
manipular os materiais para satisfazer suas necessidades
� As civilizações antigas foram designadas de acordo com o nível de 
desenvolvimento dos materiais (Idade da Pedra e Idade do Bronze)
� Os primeiros seres humanos tiveram acesso a um número reduzido de 
materiais que ocorriam naturalmente: pedra, madeira, argila, peles, etc.
� Descobriram técnicas para produção de novos materiais: cerâmicos, metálicos
� Perceberam que podiam alterar as propriedades dos materiais: tratamentos 
térmicos e adição de outras substâncias
� A utilização de materiais era feita mediante um processo de seleção entre os 
disponíveis mais adequados para determinada aplicação
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Cont. Perspectiva Histórica
� Em tempos recentes os cientistas descobriram a relação: elementos estruturais 
x propriedades
� O conhecimento adquirido ao longo dos anos possibilitou produzir materiais 
com características desejáveis
� Dezenas de milhares de materiais diferentes foram desenvolvidos para 
atender às necessidades de nossa moderna e complexa sociedade: metais, 
plásticos, vidros e fibras
� Esses materiais estão presentes em todos os seguimentos de nossa vida diária: 
transportes, habitação, vestuário, comunicação, recreação e produção de 
alimentos
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Classificação dos Materiais
De acordo com a estrutura atômica e composição química: 
� Metais – combinação de elementos metálicos. Possuem elétrons livres. São 
condutores, resistentes, deformáveis 
� Cerâmicos – combinação de elementos metálicos e não metálicos. São 
óxidos, nitretos e carbetos. São compostos por materiais argilosos, cimento e 
vidro.
São isolantes, resistentes a altas temperaturas, são duros, porém quebradiços
� Polímeros – Materiais comuns de plástico e de borracha. Compostos 
orgânicos, com CQ baseada em carbono, hidrogênio e outros elementos não 
metálicos. Possuem baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis. 
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Outros materiais
� Compósitos – combinação de 2 ou mais materiais. Ex: fibra de vidro numa 
matriz polimérica, concreto. 
� Semicondutores – propriedades elétricas intermediárias entre os condutores 
elétricos e os isolantes. Ex: circuito integrado
� Biomateriais – São implantados no corpo humano para substituição de partes 
doentes ou danificadas. Não devem produzir substâncias tóxicas e ser 
compatíveis com os tecidos do corpo. Ex: todos os materiais acima citados
� Materiais avançados – materiais tradicionais, com propriedades modificadas
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Metais e Ligas:
� Incluem os aços, o alumínio, magnésio, 
zinco, ferro fundido, titânio, cobre, 
níquel, etc.
� Metais puros são raramente usados
� São usados combinações de metais 
(ligas)
� Não são transparentes à luz visível
� Têm aparência lustrosa quando polidos
� São bons condutores térmicos e elétricos
� Geralmente são resistentes e 
deformáveis
� São muito utilizados para aplicações 
estruturais
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Cerâmicas:
� São considerados os materiais mais naturais 
que existem. Ex.: areia das praias e as rochas
� São materiais inorgânicos (óxidos, nitretos e 
carbetos)
� Cerâmicas avançadas obtidas pelo refino de 
cerâmicas naturais e outros processos especiais
� Cerâmicas tradicionais são empregadas em 
tijolos, louças de cozinha, sanitárias, 
refratários e abrasivos
� São geralmente isolantes de calor e 
eletricidade
� São mais resistentes que metais e polímerosà
altas temperaturas e à ambientes severos
� Com relação às propriedades mecânicas as 
cerâmicas são duras, porém frágeis
ALUMINA
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Vidros e Vidro-Cerâmicas:
� Material amorfo obtido a partir da sílica 
fundida
� São usados em casas, automóveis, telas de 
computador, tv, etc
� Podem ser tratados termicamente 
(temperados) pra se tornar mais resistentes
� A formação de vidros seguida pela nucleação 
de pequenos cristais em seu interior, por meio 
de um processo térmico especial, dá origem à
vidro-cerâmicas
� São processados por fusão e moldagem
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Polímeros:
� Materiais poliméricos são geralmente 
compostos orgânicos baseados em carbono, 
hidrogênio e outros elementos não-metálicos.
� São produzidos por meio de um processo 
chamado polimerização
� São constituídos de moléculas muito grandes 
(macro-moléculas)
� Não são adequados ao uso em altas 
temperaturas, são resistentes a produtos 
químicos corrosivos
� São isolantes térmicos, apresentam baixa 
densidade e podem ser extremamente 
flexíveis
� Materiais poliméricos incluem plásticos e 
borrachas
� Aplicados em roupas, utensílios domésticos, 
esquadrias, dispositivos eletrônicos, etc
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Semicondutores
� Apresentam propriedades elétricas que são 
intermediárias entre metais e isolantes
� As características elétricas são extremamente 
sensíveis à presença de pequenas quantidades 
de impurezas, cuja concentração pode ser 
controlada em pequenas regiões do material 
� Viabilizaram a era da informação eletrônica
� Os semicondutores tornaram possível a 
fabricação de componentes eletrônicos 
(diodos, transistores) advento do circuito 
integrado que revolucionou as indústrias de 
eletrônica e computadores
� Ex: Si, Ge, GaAs, InSb
� São produzidos por meio de processos 
especiais
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Compósitos
� Materiais compósitos são constituídos de mais 
de um tipo de material insolúveis entre si.
� Os compósitos são “desenhados” para 
apresentarem a combinação das melhores 
características de cada material constituinte
� Um exemplo clássico é o compósito de matriz 
polimérica com fibra de vidro. O material 
compósito apresenta a resistência da fibra de 
vidro associada à flexibilidade do polímero
� Podem ser fabricados materiais leves, 
robustos, dúcteis, resistentes à altas 
temperaturas, etc.
� Aviões, veículos espaciais, concreto, etc.