1 - Introdução ao estudo dos materiais

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Ciências dos Materiais
INTRODUÇÃO AO ESTUDO 
DOS MATERIAIS
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
PERSPECTIVA HISTÓRICA
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
❑ Ciência dos Materiais: Envolve a investigação das relações que 
existem entre as estruturas e as propriedades dos materiais. 
❑ Engenharia de Materiais: Consiste na correlação ciência dos materiais 
com o seu desempenho.
Propriedades dos 
materiais
Elementos 
estruturais
A estrutura de um material está geralmente relacionada 
ao arranjo de seus componentes internos.
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
❑ Durante a fase de produção, quase sempre se torna necessário 
analisar a sua microestrutura. Esta análise microestrutural é muito 
importante pois permite: 
▪ entender as correlações microestrutura - defeitos - propriedades; 
▪ predizer as propriedades do material quando estas correlações são 
estabelecidas. 
❑ As microestruturas determinam muitas das propriedades de interesse 
para os materiais e sua formação depende fundamentalmente da 
composição química e do processamento.
Processamento Estrutura Propriedades Desempenho
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
❑ Processamento: conjunto de técnicas para obtenção de materiais com formas e 
propriedades específicas; 
❑ Desempenho: resposta do material a um estímulo externo, presente nas 
condições reais de utilização.
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
POR QUE ESTUDAR CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS?
❑ Problemas de Projeto... 
A solução de um problema de materiais envolve o estabelecimento de 
critérios de seleção: 
▪ Condições de serviço; 
▪ Deterioração das propriedades dos materiais; 
▪ Fatores econômicos. 
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
❑ Os materiais são agrupados em três classificações, baseado 
principalmente na composição química e na estrutura atômica, sendo 
eles: 
▪ Metais; 
▪ Cerâmicos; 
▪ Polímeros. 
❑ Existem ainda três outros grupos de materiais importantes na 
engenharia: 
▪ Compósitos; 
▪ Semicondutores; 
▪ Biomateriais.
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Materiais Avançados
Ciências dos Materiais
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METAIS
❑ Composição: combinação de elementos metálicos; 
❑ Grande número de elétrons livres; 
❑ Muitas propriedades estão relacionadas a esses elétrons livres; 
❑ Vasta aplicação estrutural.
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METAIS
Micrografia de um aço de baixo teor de carbonoMicrografia de um aço martensítico com austenita 
retida
❑ Propriedades gerais: 
▪ Resistência mecânica de moderada a alta; 
▪ Deformáveis; 
▪ Moderada plasticidade; 
▪ Alta tenacidade; 
▪ Opacos; 
▪ Bons condutores elétricos e térmicos.
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METAIS
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METAIS
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METAIS
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METAIS
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CERÂMICOS
❑ Composição: combinação de elementos metálicos e não-metálicos (óxidos, 
carbetos e nitretos); 
❑ Tipos de ligações: Caráter misto, iônico-covalente; 
❑ Tipos de materiais: 
▪ Cerâmicas tradicionais; 
▪ Cerâmicas de alto desempenho; 
▪ Vidros e vitro-cerâmicas; 
▪ Cimentos. 
❑ Propriedades gerais: 
▪ Isolantes térmicos e elétricos; 
▪ Refratários; 
▪ Inércia química; 
▪ Corpos duros e frágeis. Microscopia ótica da microestrutura 
interna dos concretos.
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CERÂMICOS
❑ São resistentes a altas temperaturas e ambientes abrasivos; 
❑ São muito duros e quebradiços. 
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CERÂMICOS
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CERÂMICOS
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CERÂMICOS
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CERÂMICOS
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POLÍMEROS
▪ Os polıḿeros incluem os familiares materiais plásticos e de 
borracha. 
▪ Muitos deles são compostos orgânicos que têm sua quıḿica 
baseada no C, H e em outros elementos não metálicos (por 
exemplo, O, N e Si). 
▪ PE, náilon (nylon), PVC, PC, PS e silicone. 
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POLÍMEROS
❑ Compostos de massas moleculares muito grandes 
(macro-moléculas); 
❑ Tipos de materiais: 
▪ Termoplásticos; 
▪ Termorrígidos; 
▪ Elastômeros. 
❑ Propriedades gerais: 
▪ Baixa densidade; 
▪ Flexibilidade e facilidade de conformação; 
▪ Tenacidade; 
▪Geralmente pouco resistentes a altas 
temperaturas.
Micrografia óptica de transmissão 
(usando luz polarizada cruzada) 
mostrando a estrutura esferulítica 
de um polietileno.
Mero
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POLÍMEROS
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POLÍMEROS
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POLÍMEROS
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POLÍMEROS
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
COMPÓSITOS
❑ Consiste na combinação de mais de um tipo de material (metais, 
cerâmicas e polímeros); 
❑ Constituídos por mais de um tipo de material: 
▪ Matriz; 
▪ Reforçador. 
❑ Projetados para apresentar as melhores características de cada um 
dos materiais envolvidos. 
▪ Produtos fabricados em “fibras de vidro” (“fiberglass”) → são 
constituídos por fibras de um material cerâmico (vidro) reforçando 
uma matriz de material polimérico.
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COMPÓSITOS
Concreto Armado
Fibra de Vidro
MEV de fibras de carbono trançadas, usadas em 
compósitos de matriz polimérica.
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COMPÓSITOS
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COMPÓSITOS
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COMPÓSITOS
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COMPÓSITOS
Ciências dos Materiais
INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
SEMICONDUTORES
▪ Propriedades elétricas intermediárias entre condutores (metais e 
ligas metálicas) e isolantes (cerâmicas e polímeros); 
▪ Características elétricas extremamente sensíveis à presença de 
pequenas concentrações de átomos de impurezas; 
▪ Indústria de produtos eletrônicos e de computadores.
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
BIOMATERIAIS
▪ Componentes implantados no interior do corpo humano; 
▪ Estes materiais não devem produzir substânciastóxicas; 
▪ Devem ser compatíveis aos tecidos do corpo (não causar reações 
biológicas); 
▪ Todos os tipos de materiais podem ser utilizados como biomateriais.
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
PORQUE DA NECESSIDADE DE AVANÇOS 
NA ÁREA DE MATERIAIS?
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
NECESSIDADE DE AVANÇOS NA ÁREA DE MATERIAIS
▪ Energia nuclear: Problemas relacionados aos materiais, combustíveis, 
estruturas de contenção e disposição destes rejeitos; 
▪ Transporte: Redução do peso dos veículos, aumento da temperatura 
dos motores. Necessidade de materiais que aliem alta resistência e 
baixa densidade; 
▪ Encontrar fontes de energia novas e econômicas, além de melhorar a 
eficiência das fontes atuais; 
▪ Qualidade do meio ambiente: Técnicas de controle da poluição 
empregam vário materiais.
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OBRIGADO!!!
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felipenylo@ucl.br
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