CIEN0004 Introdução Cienc Mat (2018.1)

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CIÊN0004 – CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO 
 COLEGIADO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
Docente: Prof. Nelson Cárdenas Olivier 
email: nelson.cardenas@univasf.edu.br 
TEMA – INTRODUÇÃO À CIÊNCIA E 
TECNOLOGIA DOS MATERIAIS 
2 
OBJETIVOS 
Que uma vez concluída a aula o aluno deve ser capaz de: 
 
• Entender a importância do estudo dos materiais para os 
Engenheiros. 
 
• Conhecer a classificação dos materiais. 
 
• Saber quais são as necessidades de materiais na Engenharia 
Moderna. 
3 
SUMARIO 
1. Introdução à Ciência dos Materiais. 
 
2. Classificação dos Materiais. 
- Metais 
- Cerâmicas 
- Polímeros 
- Compósitos 
- Biomateriais 
 
3. Materiais avançados. 
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1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
CIÊNCIA DE MATERIAIS - estuda as relações existentes entre 
ESTRUTURAS - PROPRIEDADES dos MATERIAIS. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estrutura - arranjo de seus componentes internos. 
Propriedade - resposta a um estímulo específico que lhe é imposto. 
 Microestrutura 
Propriedades 
Mecânicas 
Propriedades 
Químicas 
Propriedades 
Físicas 
CIÊNCIA DOS 
MATERIAIS 
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1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
ENGENHARIA DE MATERIAIS - com base nestas correlações 
Estrutura-Propriedade, no projeto da estrutura de um material 
para produzir um conjunto predeterminado de propriedades. 
 Microestrutura 
Propriedades 
Mecânicas 
Propriedades 
Químicas 
Propriedades 
Físicas 
Projeto e 
Fabricação 
Materiais 
Resistentes a altas 
Temperaturas 
Materiais 
Conjugados 
Materiais 
Elétricos e 
Magnéticos 
Materiais 
Eletrônicos 
Ligas 
Novas 
Materiais 
Estruturais 
CIÊNCIA DOS 
MATERIAIS 
ENGENHARIA 
DOS 
MATERIAIS 
CIÊNCIA DOS 
MATERIAIS 
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1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS faz parte do conhecimento 
básico para todas as ENGENHARIAS. 
 
As PROPRIEDADES DOS MATERIAIS definem: 
 
- Desempenho de um determinado componente. 
 
- Processo de fabricação do mesmo. 
CRITÉRIOS 
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1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
CRITÉRIOS QUE UM ENGENHEIRO DEVE ADOTAR PARA 
SELECIONAR UM MATERIAL 
 
1 - CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO que será submetido o material 
e (propriedades requeridas para tal aplicação, saber como esses 
valores foram determinados e quais as limitações e restrições 
quanto ao uso dos mesmos) 
 
2 - TIPO DE DEGRADAÇÃO que o material sofrerá em serviço. 
(elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem 
consideravelmente a resistência mecânica) 
 
3 – ECONÔMICA (custo do produto acabado - material pode 
reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo 
elevadíssimo) 
 
4- ECOLÓGICO 
COPO 
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1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
Como definir qual o melhor material para um determinado fim? 
 
 Exemplo: COPO 
Vidro 
Cerâmica 
Polímero 
Madeira 
Metal 
Papel 
Custo 
 
Tempo de vida ou 
Durabilidade 
 
Aparência 
 
Finalidade: Natureza do 
líquido (ex: suco de laranja 
não pode ser armazenado 
numa taça antiga de peltre 
porque remove o Pb da liga) 
Depende 
9 
1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
Como definir qual o melhor material para um determinado fim? 
Polímero 
ÍNDICE DE MÉRITO 
Metal Vidro 
(cerâmico) 
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1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO 
RESISTÊNCIA MECÂNICA : 
 
Material Aço-liga Ti Al PRFC 
 (alta resist.) (AA7074) 
 
Resist. (MPa) 1000 800 500 700 
à tração 
 
PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono 
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1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO 
RESISTÊNCIA/PESO: 
 
Material Aço-liga Ti Al PRFC 
 (alta resist.) (AA7074) 
 
(MPa/kg) 133 170 185 390 
 
 
PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono 
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1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO 
CUSTO ($/kg): 
 
Material Aço-liga Ti Al PRFC 
 (alta resist.) (AA7074) 
 
Custo ($/kg) 0,65 16,25 3,6 113 
 
 
PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono 
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1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
DIFÍCIL - um material reúne uma combinação ideal de 
propriedades, ou seja, muitas vezes é necessário reduzir uma em 
benefício da outra. 
 
EXEMPLO: 
 
RESISTÊNCIA e DUCTILIDADE 
 
- Geralmente um material de alta resistência apresenta ductilidade 
limitada. 
 
- Necessidade de estabelecer um compromisso razoável entre 
duas ou mais propriedades. 
CLASSIFICAÇÃO 
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
A classificação tradicional dos materiais é geralmente 
baseada na estrutura ATÔMICA e QUÍMICA destes. 
 
- METAIS 
 
- CERÂMICAS 
 
- POLÍMEROS 
 
 
- COMPOSITOS 
 
- BIOMATERIAIS 
 
- SEMICONDUTORES 
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
METAIS 
 
- Materiais metálicos são geralmente uma combinação de 
elementos metálicos. 
 
- São bons condutores de calor e eletricidade (os elétrons 
não estão ligados a nenhum átomo em particular). 
 
- Não são transparentes à luz visível. 
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
METAIS 
 
- Têm aparência lustrosa quando polidos. 
 
- Geralmente são resistentes e deformáveis. 
 
- São muito utilizados para aplicações estruturais. 
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
CERÂMICAS 
18 
3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
CERÂMICAS 
 
- Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de 
elementos metálicos e não-metálicos (O, N, C, P, S). 
 
- Geralmente são óxidos, nitretos e carbonetos. 
 
- São geralmente isolantes de calor e eletricidade. 
ALUMINA
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
CERÂMICAS 
 
- São mais resistêntes à altas temperaturas (refratários) e à 
ambientes severos que metais e polímeros. 
 
- Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras, 
porém frágeis. 
 
- São menos densas do que metais (mais leves). 
 
- Podem ser transparentes. 
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
POLÍMEROS 
21 
3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
POLÍMEROS 
 
- Geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, 
hidrogênio e outros elementos não-metálicos. 
 
- São constituídos de moléculas muito grandes (macro-
moléculas). 
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
POLÍMEROS 
 
- Tipicamente, esses materiais apresentam baixa densidade e 
podem ser extremamente flexíveis. 
 
- Geralmente menos resistentes do que metais e cerâmicas. 
 
- Materiais poliméricos incluem termoplásticos, termorrígidos e 
elastômeros. 
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
POLÍMEROS 
COMPÓSITOS 
24 
3. 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. 
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
COMPÓSITOS 
 
- 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. 
BIOMATERIAIS 
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
BIOMATERIAIS 
 
- Biomateriais são empregados em componentes para implantes 
de partes em seres humanos e animais. 
 
- Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e 
devem ser compatíveis com o tecido humano ou animal (isto é, 
não deve causar rejeição). 
 
- Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados 
como biomateriais. 
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3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
BIOMATERIAIS 
AVANÇADOS 
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4. MATERIAIS AVANÇADOS 
- São materiais utilizados em aplicações de tecnologia de ponta, 
ou seja, materiais utilizados para a fabricação de dispositivos ou 
componentes que funcionam ou operam usando princípios 
sofisticados. 
 
Exemplos: 
 - equipamentos eletrônicos; 
 - sistemas de telecomunicação; 
 - foguetes e mísseis militares; detectores; 
 - lasers; 
 - indústria bélica, aeroespacial, médica , petróleo, etc. 
 
Geralmente materiais tradicionais cujas propriedades são 
optimizadas ou materiais novos de alto desempenho. 
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4. MATERIAIS AVANÇADOS 
 
NECESSIDADE DE MATERIAIS MODERNOS 
 
Materiais que apresentem: 
 
- Alto desempenho. 
 
- Baixo peso e alta resistência. 
 
- Resistência às altas temperaturas. 
 
- Desenvolvimento de materiais que sejam menos danosos ao 
meio ambiente e mais fáceis de serem reciclados ou 
regenerados. 
Analogia 
30 
4. MATERIAIS AVANÇADOS 
31 
4. MATERIAIS AVANÇADOS 
RESUMO 
32 
RESUMO DA AULA 
BIBLIOGRAFIA 
1. Introdução à ciência dos materiais. 
 
2. Classificação dos Materiais 
- Metais 
- Cerâmicas 
- Polímeros 
- Compósitos 
- Biomateriais 
 
3. Materiais avançados. 
33 
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR: 
BIBLIOGRAFIA BÁSICA: 
CASA 
CALLISTER Jr, W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma 
introdução, Rio de Janeiro, 5a Ed. LTC. 2002. 
 
SHACKELFORD, J. F. Ciência e Engenharia de Materiais. São 
Paulo, 6ª Ed. Pearson Prentice Hall. 2008. 
VAN VLACK, L. H. Princípios de Ciência e Tecnologia dos 
Materiais. Rio de Janeiro, 4ª Ed. Elsevier. 2003. 
 
CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica Vol. 1, São Paulo. Ed. 
Pearson,1976. 
 
SMITH, W. F.; HASHEMI. J. Fundamentos de Engenharia e 
Ciência dos Materiais, Porto Alegre, 5ª Ed. McGraw-Hill, 2012. 
 
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EXERCÍCIO PARA FAZER EM CASA 
TEMA DA PRÓXIMA AULA 
Sobre os materiais SEMICONDUTORES cite: 
 
- Propriedades e Aplicações. 
 
Entrega: 
- Folha A4 
- Manuscrito com caneta azul ou preta 
- Pode ser elaborado em grupo até de 6 componentes 
- Data sugerida de entrega 29/05/2018 
35 
TEMA DA PRÓXIMA AULA 
ESTRUTURA ATÔMICA E LIGAÇÕES NOS SÓLIDOS 
FIM