Introdução CMAT

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Ciência dos Materiais
Gisela Kloc Lopes
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Referências
Livros
Callister, W. D., Ciência e Engenharia dos Materiais uma Introdução 
Newell, J., Fundamentos da Moderna Engenharia e Ciências dos Materiais, Rio de Janeiro, LTC, 2010.
Shackelford j. f., Ciência dos Materiais
Van Vlack L. H., Princípios de Ciências e Tecnologia dos Materiais
 Mano, E. B., Polímeros como Materiais de Engenharia
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Referências
 Páginas da Internet
 www.cienciadosmateriais.org
 www.msm.cam.ac.uk (DMSM/University of Cambrige)
 www.periodicos.capes.gov.br
 www.abmbrasil.com.br/revistamm
Revistas
 Ciência e tecnologia dos materiais
 Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração 
 Polímeros: ciência e tecnologia
 Cerâmica
 
 
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1. Introdução
 Materiais são substâncias cujas propriedades se tornam utilizáveis em diferentes aplicações - estruturas, máquinas, dispositivos, embalagens, ferramentas e em diversos outros artefatos (bens de consumo). 
 Áreas: transportes, moradias, vestuário, industrias, aparelhos eletrônicos, equipamentos esportivos.
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Materiais
 cerâmicas, vidros, fibras, plásticos, cimento, ligas, conjugados....
Naturais 
Peles, pedra, madeira, areia, argila, bronze, ferro, .....
Sintetizados
Até 1970, vantagens econômicas em função: fontes alternativas de recursos; minérios de melhor qualidade; processos com menor custo; despesas de transporte menos elevadas.
A partir de 1980, estudo científico permitindo a conexão estrutura/propriedade dos materiais.
Após 1990, melhorou-se a capacidade analítica. 
Hoje
Melhorar o processamento e as propriedades dos materiais;
Processar (transformar) os materiais de tal modo que eles possam adquirir as características ou combinação de propriedades requeridas para uma aplicação específica;
Projetar materiais inteiramente novos, em nível atômico-molecular, com propriedades previsíveis;
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Materiais
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Materiais clássicos de engenharia
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Materiais avançados
Semicondutores
Biomateriais
Nanomateriais
Classificação dos Materiais
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Van Vlack, Príncipios e tecnologia dos materiais, Introdução
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Ciência dos Materiais
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Síntese – processo para a extração, purificação e fabricação substâncias (químicas ou naturais) e Processamento – modo como os materiais são transformados em componentes úteis.
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Microestrutura e Composição - arranjo atômico ou molecular (nanoestrutura e microestrutura) e constituição de um material (composição estrutural).
Macroestrutura - visão à olho nú
Microestrutura – visão microscópica
Nanoestrutura - arranjo atômico
Estrutura atômica – Átomos associados entre si por ligações químicas
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Propriedades - características físicas e químicas
Mecânica (deformação, resistência mecânica);
Reológicas (viscosidade, força do gel)
Elétrica (condutividade elétrica);
Térmica (variações térmicas);
Óptica (reflexão, radiação luminosa);
Deteriorativa (reatividade química ).
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Ciência dos Materiais
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Materiais metálicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos.
 Ligas Ferrosas (Fe/C) – Aço 
 Ligas não ferrosas – Ligas de cobre (Cu), Alumínio (Al), Magnésio (Mg).
São bons condutores de calor e eletricidade;
Não são transparentes à luz visível;
Têm aparência lustrosa quando polidos;
Geralmente são resistentes e deformáveis;
São muito utilizados para aplicações estruturais.
 Metais
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Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos;
Geralmente são óxidos - Alumina Al2O3, vidro (SiO2), nitretos Si3N4 e carbetos (SiC), materiais argilosos - tijolo, cimentícios - cimento, gesso;
 
São geralmente isolantes de calor e eletricidade;
São mais resistentes à altas temperaturas e à ambientes severos que metais e polímeros;
Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras, porém frágeis;
Em geral são leves.
 Cerâmicas
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Materiais poliméricos são geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não-metálicos; Naturais, polissacarídeos (amido e celulose), borracha, proteínas, sintéticos, PE, Nylon (seda), plexiga (acrílico), Teflon®
São constituídos de moléculas muito grandes (macromoléculas);
Tipicamente, esses materiais apresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis;
Classificados em termoplásticos (reciclavéis) e termorrígidos (não- recicláveis);
Materiais poliméricos incluem plásticos, borrachas e fibras.
 Polímeros
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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
Muitos dos recentes desenvolvimento em materiais envolvem materiais compósitos
Reforçado por fibras - o compósito de matriz polimérica com fibra de vidro. Nesse caso, o material compósito apresenta a resistência da fibra de vidro associado a flexibilidade do polímero.
 Cerâmica/Metal- Concreto armado, 
 Compósito particulado – concreto (cimento, brita),
 Compósitos laminados – compensado de madeira
 Compósitos
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Materiais semicondutores apresentam propriedades elétricas que são intermediárias entre metais e isolantes
Os semicondutores tornaram possível o advento do circuito integrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores
Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe..
 Semicondutores
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Biomateriais são empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos;
Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição);
Metais, cerâmicos, polímeros e compósitos.
 Biomateriais
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Porque se estudar os materiais?
Pede-se muitas vezes a um engenheiro para:
Escolher o material certo entre inúmeros disponíveis para um determinado fim. Avaliar a melhor combinação de propriedades possíveis.
Conhecer a deterioração das propriedades do material. Durante a operação, serviço do material.
Avaliar o material em relação custo e o conjunto ideal de propriedades para um determinado fim. Os materiais devem ser escolhidos por terem boas qualidades em serviço a um custo razoável. O material perfeito para um trabalho poderá ser demasiado caro, dependendo da aplicabilidade.
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Como selecionar um material entre tantos outros? 
	1º Deve-se decidir qual tipo geral de material é apropriado (ex; metal, cerâmica, polímero ou compósito). 
	2º O melhor material específico deverá ser encontrado (ex; a liga de magnésio é preferível ao alumínio ou aço?)
 Shackelford, J. F., Ciências dos Materiais
		
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Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? 
	1º Engenheiro deve caracterizar quais as condições de serviço que será submetido o referido material e levantar as propriedades requeridas para tal aplicação. 
	2º Levantamento sobre o tipo de degradação que o material sofrerá em serviço. 
	ex: elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem consideravelmente a resistência mecânica.
	3 º Finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica. Qual o custo do produto acabado? Um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo elevadíssimo. 
Callister, W. D., Ciência e Engenharia dos Materiais uma Introdução 
	
		
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Capítulos tratados nesta aula
Callister, Capítulo 1
Newell, J., Cap 1. 
Outras referências importantes
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– Van Vlack , L. - Princípios de Ciência dos Materiais, 3a ed.
- Shackelford, J. F., Ciência dos Materiais, 6ª ed., Editora Perason.