Aula 00 - Ciência dos Materiais_2018.1

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CIÊNCIA DOS 
MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
2018.1 
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO 
Química Aplicada à Engenharia 
Prof. Wilton Miranda 
Introdução à Ciência 
dos Materiais: 
 
Ciência dos Materiais 
Introdução à Ciência dos Materiais: 
 
 Ciência dos materiais faz parte do conhecimento básico para todas as 
engenharias. 
 
 Por que estudamos os materiais? 
No contexto da engenharia: resolução de problema de projeto envolvendo 
materiais. 
Investiga as estruturas 
e propriedades 
Resultante do conhecimento da 
estrutura, propriedades, 
processamento e desempenho 
dos materiais 
Conhecimento 
aplicado de 
materiais 
 Ciências de materiais Ciência e engenharia de 
materiais 
Engenharia de 
materiais 
Subdivisão da disciplina: Ciência e Engenharia dos Materiais 
Ciência dos Materiais 
Introdução à Ciência dos Materiais: 
 
Processamento 
Os quatro componentes da disciplina de ciência e engenharia dos materiais e o seu inter-relacionamento. 
Estrutura Propriedades Desempenho 
 Processamento: desenvolvimento e síntese de novos materiais. 
 
 Estrutura: Se refere, em geral, ao arranjo dos seus componentes interno. 
 
 Propriedade: consiste em uma peculiariade de um dado material em 
termos do tipo e da magnitude de sua resposta a um estímulo específico que 
lhe é imposto. 
 
Ciência dos Materiais 
Introdução à Ciência dos Materiais: 
 
Fotografia exibindo luz transmitida por três espécies compostas por óxido de alumínio. Da 
esquerda para a direita: material monocristalino (safira) transparente, material policristalino 
e altamente denso (sem poros) translúcido e material policristalino com ≈ 5% de 
porosidade, opaco. 
 
 
Objetivo: verificar as diferenças em termos das características de tramitância da luz. 
Ciência dos Materiais 
Introdução à Ciência dos Materiais: 
 
O número de materiais cresceu muito nas últimas 
décadas e a tendência é de se proliferarem mais num 
futuro próximo 
 
 
 
 Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de 
extração de materiais da natureza; 
Modificação de materiais naturais; 
 Combinação de materiais conhecidos para a formação 
de novos materiais. 
 
Ciência dos Materiais 
Introdução à Ciência dos Materiais: 
 
QUAL MATERIAL 
UTILIZAR? 
Ciência dos Materiais 
Introdução à Ciência dos Materiais: 
 
Depende 
Como definir qual o melhor material para um 
determinado fim? 
 Exemplo: Copo 
 Custo 
 Tempo de vida ou durabilidade 
 Aparência 
 Finalidade: ex: natureza do 
líquido 
 Vidro 
 Cerâmica 
 Plástico 
 Madeira 
 Metal 
 Papel 
 
Ciência dos Materiais 
Introdução à Ciência dos Materiais: 
 
Um item comum fabricado com três diferentes tipos de materiais. Estes podem ser comercializados 
em latas de alumínio (metal), garrafas de vidro (cerâmica), e de plástico (polímero). 
Ciência dos Materiais 
Introdução à Ciência dos Materiais: 
 
Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para 
selecionar um material entre tantos outros? 
 Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizar quais as condições de operação 
que será submetido o referido material e levantar as propriedades requeridas para tal 
aplicação, saber como esses valores foram determinados e quais as limitações e 
restrições quanto ao uso dos mesmos. 
 
 A segunda consideração na escolha do material refere-se ao levantamento sobre o 
tipo de degradação que o material sofrerá em serviço. Por exemplo: elevadas 
temperaturas e ambientes corrosivos diminuem consideravelmente a resistência 
mecânica. 
 
 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. 
 
Ciência dos Materiais 
Classificação dos Materiais 
 
Ciência dos Materiais 
Classificação dos Materiais: 
 
 Metálicos – são formados por um ou mais elemento metálico podendo 
conter alguns elementos não metálicos. Ex.: Fe, Au, aço (liga Fe – C), aço 
inoxidável (liga Fe – C – Cr), latão (liga Cu, Zn). 
 
 Propriedades: 
• relativamente densos, rígidos e resistentes 
• dúcteis e bons condutores de eletricidade e calor 
• não são transparentes à luz visível 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ciência dos Materiais 
Ciência dos Materiais 
Ciência dos Materiais 
Classificação dos Materiais: 
 
 Cerâmicos – são materiais inorgânicos formados por elementos metálicos 
e não metálico unidos por ligações iônicas ou covalentes. Na maioria das 
vezes são óxidos, nitretos e carbetos. Ex: óxido de alumínio (Al2O3), 
dióxido de silício (SiO2), o carbeto de silício (SiC). 
 
 Propriedades: 
• rígidos e menos densos que os metais 
• frágeis (ausência de ductibilidade) 
• altamente resistentes a temperatura (refratários) 
• tipicamente isolantes à passagem de eletricidade 
• transparentes, translúcidos ou opacos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ciência dos Materiais 
Ciência dos Materiais 
Ciência dos Materiais 
Classificação dos Materiais: 
 
 Poliméricos – geralmente são materiais formados por moléculas 
orgânicas que têm sua química baseada no C, H e em outros elementos 
não metálicos, tais como: O (acrílicos), N (nylons), F (fluorplásticos) e Si 
(silicones). 
 
Ex: plásticos, borrachas, polietileno (-C2H4-), poliestireno. 
 
Propriedades: 
• sintéticos - feitos pelo homem 
• formados pela combinação de unidades - meros 
• formados por um número bem limitado de elementos 
• altamente moldáveis, leves e não frágeis 
• se decompõe em temperaturas moderadas 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ciência dos Materiais 
Ciência dos Materiais 
Ciência dos Materiais 
Classificação dos Materiais: 
 
 Compósitos – Compostos formados pela mistura de dois (ou mais) 
materiais individuais - das classes já discutidas (metais, cerâmicos, 
polímeros) de forma a conservar as propriedades interessantes de seus 
constituintes unindo-as num mesmo material. 
 Alguns ocorrem naturalmente (madeira, osso), mas a maioria é sintético 
(fibra de vidro). 
 
Ex: matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósito apresenta a 
resistência da fibra de vidro associado a flexibilidade do polímero. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ciência dos Materiais 
Ciência dos Materiais 
Gráfico de barras dos valores de massa específica à temperatura ambiente para vários 
materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos e compósitos. 
Ciência dos Materiais 
Gráfico de barras dos valores de rigidez (módulo de elasticidade) à temperatura 
ambiente para vários materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos e compósitos. 
Ciência dos Materiais 
Gráfico de barras dos valores de resistência (limite de resistência à tração) à 
temperatura ambiente para vários materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos e 
compósitos. 
Ciência dos Materiais 
Gráfico de barras da resistência à fratura (tenacidade à fratura) à temperatura 
ambiente para vários materiais metálicos, cerâmicos, polímeros e compósitos. 
Ciência dos Materiais 
Classificação dos Materiais: 
 
 Materiais Avançados – Materiais que são utilizados em alta tecnologia - 
dispositivos ou produtos que operam ou funcionam utilizando princípios 
relativamente complexos e sofisticados (câmera de vídeo, DVD, 
computadores, sistemas de fibras óticas, espaçonaves). 
 
• Semicondutores 
 São a base da tecnologia de detetores, circuitos integrados óticos e 
células solares. Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe. 
 
• Biomateriais 
 Materiais empregados em componentes implantados no corpo humano. 
Ex: cerâmicos, metais, polímeros, compósitos e semicondutores 
compatíveis com o tecido do corpo. 
 
• “Materiais do Futuro” 
 Capazes de sentir mudanças no seu ambiente e responder a estas 
mudanças. Ex: sensor-atuador, magneto-constritivos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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