Aula 01 Introdução a Ciências dos Materiais

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Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia - ICET
 Engenharia Mecânica
Ciencias dos Materiais
Aula 01 – Introdução a Ciências dos Materiais.
20 de fevereiro de 2018.
Professor: Ms. Winston F. de L. Gonçalves
Referências:
 Mahan, B. H. “Química – Um curso universitário.” Trad. Ernerto Giesbrecht, et al. 2.ed - São Paulo: Edgard Blücher, 1972.
 Russell, J. B. ”Química Geral – Volume 1” Trad. Márcia Guekezian, et al. 2.ed. – São Paulo: Makron Books, 1994.
 Solomons, T.W.G. “Química Orgânica 1” Trad. Horacio Macedo. 6.ed. – Rio de Janeiro: LTC, 1996. 
 Callister, W. “Engenharia e Ciências dos Materiais: Uma introdução” LTC Editora, 5ª Edição, 2002.
 James Holler, F.; Nieman, T.; Skoog, D.A. “Principios De Analise Instrumental” Bookman Editora, 3ºEdição, 2002. 
 Donald, A. R. & Phulé, P. P. “Ciência e Engenharia dos Materiais” Cengage Learning, São Paulo, 2008.
 Brown, L. & Holme, T. A. Química Geral Aplicada à Engenharia” Cengage Learning, São Paulo, 2009.
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Introdução
Ciência dos Materiais
Tecnologia dos Materiais
Engenharia de Materiais
Química do Estado Sólido
O que é um Material?
Um material nada mais é que um “amontoado” de átomos e/ou moléculas.
Evolução da utlização dos materiais
Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal
Evolução do uso dos materiais
>10.000 a.C.
Pele de animais e madeira
10.000 a.C.
Lança de pedra
5.000 a.C.
Cerâmica
2.000 a.C.
Bronze
1.000 a.C.
Séc XIX
Aço
Alumínio
Titânio
Séc XIX
Átomos - Classificação
Átomos metálicos
Semi-metais
Não metais
Gases nobres
Elementos químicos presentes na crosta terrestre
Disponibilidade dos materiais
Efeito da microestrutura - Alumina
Como definir qual o melhor material para um determinado fim?
Vidro
Cerâmica
Plástico
Madeira
Metal
Papel
Custo
Tempo de vida ou Durabilidade
Aparência
Finalidade: Natureza do líquido
copo de metal e papel não pode ser usado para café; 
suco de laranja não pode ser armazenado numa taça antiga de peltre porque remove o Pb da liga
Depende
Copo para bebidas
Peltre: Liga de Estanho com cobre, antimônio e chumbo
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Seleção dos materiais por índice de mérito
Ex. Resistência à tração:
Material 	 Aço-liga	 Ti 	Al	 PRFC
 (alta resist.)	 	 (AA7074)
Resist. (MPa) 1000	 800	 500	 700
PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono
Ex. Resistência/peso:
 Material 	 Aço-liga Ti 	 Al	 PRFC
		(alta resist.)	 	 (AA7074)
		 133	 170	 185		390
Seleção dos materiais por índice de mérito
Ex. Custo p/Kg/US$:
Material 	 Aço-liga	 Ti 	 Al	 PRFC
	 (alta resist.)	 	 (AA7074)
			 0,75	 15	 3		20
Seleção dos materiais por índice de mérito
INDÚSTRIA DE PONTA
Tipos de indústria - influência dos materiais
SELEÇÃO CUIDADOSA
(FATOR CUSTO SECUNDÁRIO)
SELEÇÃO CUIDADOSA
(FATOR CUSTO PRIMORDIAL)
Grande exigência 
	tecnológica
Utilização dos mate-
	riais nos limites
Produtos não
	diferenciados
Utilização de materiais 
	abaixo dos limites
PRODUÇÃO EM MASSA
Classificação dos materiais
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semicondutores
Biomateriais (Mat. Biocompatíveis)
Classificação tradicional
Classificação dos materiais
 Metais
Materiais metálicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos.
Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular e por isso 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
Classificação dos materiais
Cerâmicas
Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos.
Geralmente são óxidos, nitretos e carbetos
São geralmente isolantes de calor e eletricidade
São mais resistêntes 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
OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA
Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais
Classificação dos materiais
Polímeros
Materiais poliméricos são geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não-metálicos.
São constituídos de moléculas muito grandes (macro-moléculas)
Tipicamente, esses materiais apresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis
Materiais poliméricos incluem plásticos e borrachas
Classificação dos materiais
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
Muitos dos recentes desenvolvimento em materiais envolvem materiais compósitos
Um exemplo classico é o compósito de matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósito apresenta a resistência da fibra de vidro associado a flexibilidade do polímero
Classificação dos materiais
Semicondutores
Materiais semicondutores apresentam propriedades elétricas que são intermediárias entre metais e isolantes
Além disso, as características elétricas são extremamente sensíveis à presença de pequenas quantidades de impurezas, cuja concentração pode ser controlada em pequenas regiões do material (para formar as junções p-n)
Os semicondutores tornaram possível o advento do circuito integrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores
Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe..
InP
Classificação dos materiais
Biomateriais
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, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais.