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Ciência dos materiais
PROFA. DRA. MAITÊ SARRIA CUEVAS
UNIDADE 1 - ESTRUTURA ATÔMICA E L IGAÇÕES QUÍMICAS
SEÇÃO 1.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Situação problema
Você é um engenheiro (a) trainee
Nintai terá um 
estande no Salão 
de Automóveis e 
deve apresentar 
inovações!!! Assoalho em aço 
(peso→gasto combustível)
Propor alternativas!!!
Situação problema
Importante!!!!
- Quais as propriedades mais interessantes que justificam a substituição? 
- Como produzir esse material?
- Classificar esse novo material entre os principais tipos metálicos, cerâmicos, poliméricos e 
compósitos.
Classificação dos materiais
oExistem milhares de materiais disponíveis para uso nas mais variadas aplicações, seja na área 
das engenharias, da saúde e do nosso cotidiano;
oA maioria dos materiais que conhecemos são classificados em três grandes classes que têm por 
base a composição química e as forças de ligações interatômicas (metálicos, cerâmicos e 
poliméricos);
oNo entanto, temos alguns materiais que são a combinação entre dois ou mais materiais 
diferentes e resultam no que chamamos de compósitos
Metais
•Os materiais metálicos representam cerca de dois terços de todos os elementos da tabela 
periódica e aproximadamente 24% da massa do planeta. 
•São substâncias que podem ser compostas por um único elemento (ferro, zinco, cobre, prata e 
ouro), ou por mais elementos metálicos (bronze - liga metálica de cobre e estanho) e ainda 
conter elementos não metálicos como carbono, nitrogênio e oxigênio. 
•Apresentam como propriedades resistência mecânica, ductilidade, condutividade térmica e 
elétrica, que estão relacionadas com a composição, estrutura química e processamento;
Por que os metais são bons condutores elétricos? 
•Possuem muitos elétrons livres, isto é, os elétrons podem se movimentar livremente de um 
átomo para o outro, o que também faz os metais serem bons condutores de calor. 
Cerâmicas
•São definidas como um material sólido inorgânico formado entre elementos metálicos e não 
metálicos;
•Em sua maioria são óxidos como o óxido de alumínio mais conhecido como alumina (Al2O3); 
nitretos, como o nitreto de silício (Si3N4) e carbetos, como o carbeto de silício (SiC). 
•Comumente exibem baixa condutividade elétrica, elevada dureza, resistência e fragilidade. No 
entanto, já existem estudos com esses materiais que melhoram significativamente a resistência 
à fratura. Adicionalmente, dependendo do processamento, a cerâmica pode ser densa ou leve, 
transparentes, translúcidas ou opacas
•Quando comparados aos demais materiais são mais resistentes a altas temperaturas e a 
ambientes severos de trabalho. 
Cerâmicas
•Utilizados na construção de ônibus espaciais e aeronaves:
•sistemas térmicos de proteção em cones de exaustão do 
foguete;
•telhas de isolamento do ônibus espacial;
•componentes de motor e revestimentos cerâmicos embutidos 
no vidro do para-brisa de muitos aviões;
•Os revestimentos são transparentes e conduzem a eletricidade 
para manter o vidro transparente em condições de nevoeiro e 
gelo;
•Fibras cerâmicas são utilizadas como isolantes térmicos e 
escudos de calor contra incêndios
Sistema de proteção térmica da Discovery protegia os passageiros 
de um frio de -121 °C no espaço e de uma temperatura de 
reentrada na orbita terrestre de 1.649 °C.
Polímeros
oTambém conhecidos como plásticos, são materiais mais recentes 
quando comparados aos metais e cerâmicas;
oNeste grupo também fazem parte os elastômeros (borrachas);
oPodem ser definidos como compostos orgânicos de elevada massa 
molecular formados por unidades que se repetem, denominadas 
meros, formando cadeias de longas extensões;
oSão divididos em classes a partir das suas propriedades mecânicas, 
estrutura e ligações interatômicas em termoplásticos (polietileno), 
termorrígidos ou termofixos (resina epóxi) e elastômeros (neopreno);
oEsses materiais podem ser de ocorrência natural, como é o caso da 
borracha, ou sintéticos como o cloreto de polivinila (PVC);
o Possuem baixa densidade, assim a relação entre a sua massa específica 
e sua rigidez são comparadas aos materiais metálicos e cerâmicos. 
Polímeros
•Os polímeros apresentam propriedades que variam consideravelmente, isto é, podemos ter um 
polímero duro e frágil e outro dúctil e flexível;
•A baquelite, por exemplo, é um polímero duro, frágil, isolante térmico e devido a essas 
propriedades é utilizado na produção de cabos de panelas, interruptores etc
•O polietileno de baixa densidade (PEBD) é um polímero flexível e dúctil e muito utilizado na 
fabricação de frascos e mangueiras;
•Assim como os demais materiais, são muito importantes para diversas aplicações tecnológicas e 
são muito atrativos para determinadas aplicações, porém o consumo desenfreado resultou em 
um grave problema ambiental (descarte inadequado, não recicláveis e demora para 
decomposição - 400 anos);
•Possui a desvantagem de decompor em temperaturas relativamente baixas;
Compósitos
oDefinido como a combinação de dois ou mais materiais distintos, cada um com suas 
propriedades específicas que juntos criam um novo material com combinações de propriedades 
que não são observadas em um material isolado;
oO objetivo é obter um novo material que combine as melhores características dos materiais que 
os compõem;
oSão possíveis por meio da combinação entre metais, cerâmicas e polímeros;
oEm sua grande maioria consiste de um material de reforço (boa resistência mecânica e baixa 
densidade) envolto por uma matriz de resina colante (dúctil ou dura, como a resina epóxi);
Compósitos
•A fibra de vidro é feita com pequenas fibras de vidros que são 
envolvidas por uma resina polimérica, esse tipo de material é 
conhecido como compósito reforçado com fibras;
•O concreto é um compósito formado pela mistura de cimento 
(matriz), areia e brita (particulados). Esse tipo de material é 
denominado compósito reforçado com partículas;
•O carbono/epóxi é conhecido como um compósito estrutural, neste 
tipo de compósito além das propriedades dos materiais, o projeto 
geométrico dos elementos estruturais são extremamente 
importantes 
• produzido a partir de camadas sobrepostas de mantas de fibra 
de carbono envolvidas em resina epóxi;
• utilizado na indústria aeronáutica na substituição de ligas 
metálicas (rigidez e resistência mecânica e suporta elevadas 
temperaturas).
Materiais avançados
•Materiais que são utilizados em aplicações de alta tecnologia são denominados materiais 
avançados;
•Geralmente nascem da melhoria de algumas propriedades de materiais já existentes e de novos 
materiais que apresentam alto desempenho;
•Podem ser divididos em: semicondutores, biomateriais, materiais inteligentes e nanomateriais.
Semicondutores
•Exibem propriedades intermediárias entre os materiais 
condutores elétricos e isolantes, como a condutividade 
elétrica;
•São utilizados na fabricação de vários tipos de dispositivos 
eletrônicos utilizados em circuitos integrados, dispositivos de 
potência e sensores ópticos;
•Foram essenciais para a revolução da indústria de produtos 
eletrônicos e que impactaram diretamente nossas vidas 
(circuitos integrados)
Biomateriais
•São materiais geralmente feitos a partir de muitos componentes e que podem ser de ocorrência 
natural ou sintética;
•Frequentemente são utilizados em aplicações médicas para aumentar, melhorar ou substituir 
uma função natural;
•Duas importantes características desses materiais são atoxicidade e compatibilidade com os 
tecidos do corpo.
Materiais inteligentes
•São materiais revolucionários e projetados para alterar suas propriedades de forma significativa, 
a partir de controles externos, tais como temperatura, umidade, pH ou campos magnéticos;
• Requer um sensor que será responsável pela detecção do sinal de entrada e um atuador que 
executará uma determinada função de resposta e adequação ( ligas com memória da forma, as 
cerâmicas piezoeléctricas e os materiais magneto constritivos).
Nanomateriais
São materiaisque podem ser materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos ou compósitos que 
possuem estruturas na ordem do nanômetro (10-9 nm);
Atualmente são estudados em aplicações na área da saúde, eletrônicos, cosméticos, têxteis e 
tecnologia da informação.
Solucionando o problema
oUm dos materiais que poderiam substituir as chapas de aço é o laminado carbono-epóxi (compósito), 
que apresenta baixa densidade quando comparados às chapas de aço, ao mesmo tempo que 
oferecem uma excelente resistência mecânica e dureza, assim como um bom desempenho sob 
condições de fadiga;
oSão materiais que resistem a temperaturas relativamente altas, apresentam boa resistência química 
e estabilidade térmica. 
oAs baixas densidades desses materiais resultam em automóveis mais leves e consequentemente mais 
econômicos;
oNo entanto, existem outros materiais compósitos que poderiam ser utilizados como o laminado de 
matriz termoplástica reforçado com fibras de carbono denominadas laminados PPS-C.
oOs compósitos também podem ser utilizados em indústrias têxtil, em construções civis no reparo e 
reforço de estruturas, na construção de viadutos, passarelas e pontos, na fabricação de hastes de 
óculos, entre outros.