1-INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS ELETROELETRONICOS

Prévia do material em texto

Materiais 
Eletroeletrônicos
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Me. Lincoln Ribeiro Nascimento
Revisão Textual:
Prof.ª Me. Sandra Regina Fonseca Moreira
Introdução ao Estudo dos Materiais Eletroeletrônicos
• Introdução;
• Revisão dos Sistemas de Unidades de Medida;
• Evolução Histórica dos Materiais;
• Ciência e Engenharia dos Materiais;
• Critérios para Seleção dos Materiais;
• Classificação dos Materiais Eletroeletrônicos.
• Apresentar ao aluno uma breve introdução ao estudo dos Materiais Eletroeletrônicos, in-
cluindo a evolução histórica, os conceitos de Ciência e Engenharia dos Materiais, os crité-
rios que devem ser utilizados para a seleção de materiais e a classifi cação dos materiais 
utilizados em eletricidade e eletrônica.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Introdução ao Estudo
dos Materiais Eletroeletrônicos
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas:
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e 
sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam-
bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão 
sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e 
de aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais Eletroeletrônicos
Introdução
Os materiais estão presentes na vida moderna. Praticamente tudo a nossa volta 
é construído utilizando-se materiais dos mais diversos tipos e origens.
Em Materiais Eletroeletrônicos, o estudo será direcionado, principalmente, ao 
estudo dos materiais que podem ser aplicados em projetos de engenharia que en-
volvam eletricidade e eletrônica.
Nesse estudo, serão levadas em consideração as propriedades mecânicas desses 
materiais, as propriedades elétricas e outras propriedades que esses materiais pos-
suem para que possam ser utilizados adequadamente, de acordo com a aplicação 
de engenharia desejada.
Sendo assim, um material classificado como Material Eletroeletrônico é um ma-
terial que apresenta propriedades que fazem com que ele possa ser aplicado em 
situações de engenharia nas quais a eletricidade e a eletrônica estejam presentes, 
além de esforços mecânicos, visto que, muitas vezes, esses materiais devem supor-
tar também esforços mecânicos.
Revisão dos Sistemas 
de Unidades de Medida
Um sistema de unidades de medida estabelece quais unidades de medida devem 
ser utilizadas para todas as atividades de um país ou de uma determinada região. 
O estabelecimento de unidades de medida padrões facilita diversas atividades, como 
o comércio de produtos e serviços, a fabricação de equipamentos, a construção de 
edificações, a manutenção, entre outras atividades.
Normalmente, um sistema de unidades de medida estabelece as unidades pa-
drão para as chamadas 3 grandezas físicas fundamentais:
• Comprimento;
• Massa;
• Tempo.
As unidades de medida das demais grandezas físicas são obtidas através da com-
binação das unidades dessas grandezas físicas fundamentais.
O sistema de unidades de medida que é utilizado oficialmente no Brasil é o Siste-
ma Internacional de Unidades (SI), que também é conhecido como Sistema MKS, 
referindo-se às unidades de medida para as 3 grandezas físicas fundamentais (m, kg, s).
Porém, no Brasil, ainda existem diversos equipamentos que utilizam o sistema de 
unidades de medida conhecido como MK*S (MKS Técnico), em que o quilograma 
8
9
(kg) como unidade de massa do SI é substituído pela utm (Unidade Técnica de 
Massa). Dessa forma, a letra K do Sistema MK*S representa a unidade de força 
desse sistema que é kgf (quilograma-força).
Outro sistema de unidades de medida que pode ser encontrado em algumas 
situações é o CGS (cm, g, s), no qual a unidade de força é a dyna.
Finalmente, outro sistema de unidades de medida bastante conhecido, mas pou-
co utilizado no Brasil, é o sistema inglês, em que a unidade de medida de compri-
mento é a polegada (inch em inglês), normalmente representada por aspas duplas 
(“), ou ainda pelos símbolos in ou pol. Nesse sistema, a unidade de medida de 
massa é a libra (lb) e a unidade de força é a libra-força (lbf).
Na Tabela 1 é possível observar as principais unidades de medida desses siste-
mas de unidades.
Tabela 1 – Principais Sistemas de Unidades de Medida
Grandeza Física 
Fundamental
Sistemas de Unidades
SI (MKS) MK*S CGS Inglês
Comprimento m m cm pol
Massa kg utm g lb
Tempo s s s s
Força N kgf dyna lbf
Na disciplina de Materiais Eletroeletrônicos, toda vez que uma nova grandeza 
física for apresentada, será apresentada também a unidade de medida dessa gran-
deza. Nesse caso, a grandeza física será apresentada entre colchetes [].
Por exemplo, a apresentação da unidade de medida de massa (m) será feita da 
seguinte forma:
[m] = kg
Entre outras vantagens, adotar um sistema de unidades que é utilizado no mun-
do todo facilita a fabricação e o comércio de materiais entre os diversos países que 
adotam um mesmo sistema de unidades.
Sistemas de Unidades: Porque falar sobre sistemas de unidades de medidas no estudo de 
Materiais Eletroeletrônicos?Ex
pl
or
No caso do estudo dos materiais eletroeletrônicos, essas unidades de medida são, di-
versas vezes, utilizadas para expressar a intensidade de uma propriedade de um material.
Isso servirá de base, por exemplo, para saber se um material pode ser utilizado para 
uma aplicação de engenharia na qual esse material estará sujeito a determinadas con-
dições, como corrente elétrica, campo magnético, esforços mecânicos, entre outros.
Quais foram os primeiros materiais utilizados pelos seres humanos?
Ex
pl
or
 
9
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais Eletroeletrônicos
Evolução Histórica dos Materiais
É notório que os materiais estão presentes em nossa vida. Desde os utensílios 
que são utilizados ao se degustar uma refeição, o veículo que é utilizado para trans-
porte até o trabalho, um móvel presente em sua sala de estar, entre outros exem-
plos, são produzidos utilizando-se materiais.
Porém, nos tempos mais longínquos, quando viveram as primeiras civilizações, 
a variedade dos materiais disponíveis para utilização pelos humanos era muito 
reduzida. Resumia-se apenas aos materiais que eram facilmente encontrados na 
natureza como pedra, areia, madeira, ossos e peles de animais. 
Há aproximadamente 2,5 milhões anos, ocorreu a chamada Idade da Pedra, 
caracterizada por um período em que os seres humanos utilizavam pedra para 
produzir armas para caça. 
Na Figura 1 é possível visualizar artefatos construídos por seres humanos na 
chamada “Idadeda Pedra”.
Figura 1 – Artefatos construídos na Idade da Pedra
Fonte: iStock/Getty Images
Um dos principais fatores que contribuíram para a evolução das civilizações foi 
justamente a capacidade de cada civilização dominar técnicas para extrair e pro-
cessar materiais que eram utilizados para construção de utensílios que facilitavam 
a sua vida, bem como armas que podiam ser utilizadas em guerras, seja para se 
defenderem, seja para dominarem outras civilizações.
Na Figura 2 é possível visualizar armas fabricadas pelos Maias (Povo que vivia na 
América Central e América do Norte), que usavam materiais disponíveis facilmente 
na natureza, como ossos e pedras, entre outros.
10
11
Figura 2 – Armas antigas fabricadas pelos Maias
Fonte: iStock/Getty Images
Após a Idade da Pedra, surge a chamada “Era dos Metais”, introduzida pela 
chamada “Idade do Cobre”, ocorrida, aproximadamente, entre os anos 4000 a.C. 
e 3000 a.C. Uma das características do Cobre é que o seu ponto de fusão (tem-
peratura de derretimento) era relativamente baixo. O cobre também apresentava 
grande deformabilidade em relação à pedra, ou seja, utilizando-se a aplicação da 
força, com o material quente ou a frio, era possível moldar o formato desse mate-
rial para que ele adquirisse a forma desejada pelo artesão. Isso permitiu uma maior 
flexibilidade na construção de utensílios. Os seres humanos passaram a moldar o 
cobre, aquecendo-o e depositando o material fundido (derretido) em moldes (for-
mas) de pedra ou barro. Esses moldes possuíam o formato do objeto que se dese-
java fabricar.
Na Figura 3 é possível visualizar-se um objeto (chaleira) fabricado em cobre.
Figura 3 – Chaleira de Cobre
Fonte: iStock/Getty Images
11
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais Eletroeletrônicos
Posteriormente, os seres humanos aprenderam a misturar o cobre com o esta-
nho, obtendo, assim, um material com maior resistência mecânica do que o cobre, 
ou seja, não se quebrava facilmente ao sofrer um impacto. Essa liga (mistura) me-
tálica ficou conhecida como Bronze. Surge então a chamada “Idade do Bronze”, 
ocorrida, aproximadamente, no período 2000 a.C. a 1000 a.C.
Essa maior resistência mecânica do bronze permitiu que a Idade do Bronze fosse 
caracterizada como uma época em houve grande evolução tecnológica. Diversas 
ferramentas como facas e machados, por exemplo, além de armas de guerra, 
como lanças, capacetes e espadas, passaram a ser fabricados nesse período, for-
necendo uma importante vantagem competitiva às civilizações que dominavam as 
técnicas que permitiam fabricar e moldar o bronze.
Na Figura 4 é possível visualizar-se uma adaga, que é um tipo de espada curta, 
fabricada em bronze.
Figura 4 – Adaga de Bronze
Fonte: iStock/Getty Images
Após a chamada Idade do Bronze, surgiu a Idade do Ferro, que ocorreu por volta 
de 1000 a.C. a 1 a.C., quando os seres humanos passaram a processar o ferro 
existente na natureza para a fabricação dos seus utensílios. O ferro apresentava 
uma resistência mecânica maior do que o bronze. Porém, apresentava um ponto 
de fusão maior. Sendo assim, a utilização do ferro como material para fabricação 
de utensílios só foi possível devido ao fato de que os humanos, a essa altura, já 
dominavam os processos metalúrgicos.
Novamente, as armas sofreram uma evolução significativa, porém, a agricultura 
também foi beneficiada pela Idade do Ferro, pois foi possível construir diversas 
ferramentas agrícolas rústicas de ferro, incluindo o arado de ferro.
Na Figura 5 é possível visualizar um antigo arado de ferro manual, normalmente 
utilizado para arar a terra com o auxílio de um cavalo.
12
13
Figura 5 – Arado de ferro manual
Fonte: iStock/Getty Images
Em um período por volta de 4000 a.C., também há registros na Mesopotâmia, 
da utilização de vidro na construção de diversos artefatos. Há também registros de 
milhares de anos, da utilização de vasos de barro queimado pelos seres humanos.
Na segunda metade do século XX, os polímeros (plásticos) passaram a ter larga 
utilização na indústria. Esses materiais têm larga aplicação na indústria elétrica e 
eletrônica, principalmente como materiais isolantes.
O mesmo período é caracterizado pela utilização do silício da indústria de com-
ponentes eletrônicos. Nesse caso, o silício é modificado e utilizado, principalmente, 
como um material semicondutor.
Essa evolução ainda continua nos dias atuais, visto que a cada ano, novos mate-
riais surgem para as diversas aplicações de engenharia.
Ciência e Engenharia dos Materiais
Qual a Diferença entre Ciência dos Materiais e Engenharia dos Materiais?
Ex
pl
or
O estudo dos materiais costuma se dividir em duas grandes áreas que se inter-
-relacionam:
• Ciência dos Materiais;
• Engenharia dos Materiais.
A Ciência dos Materiais trata do estudo dos materiais de uma forma geral, com 
o objetivo de se obter conhecimentos básicos sobre esses materiais como proprieda-
des, estrutura atômica e métodos para processamento e obtenção desses materiais.
13
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais Eletroeletrônicos
Em outras palavras, a Ciência dos Materiais trata do estudo e desenvolvimento 
de novos materiais, obtendo, assim, suas propriedades, sem se preocupar, em um 
primeiro momento, com uma aplicação específica para esses materiais.
Por outro lado, a Engenharia dos Materiais trata da aplicação dos diversos 
materiais nos projetos de engenharia.
Sendo assim, pode-se afirmar que a Ciência dos Materiais e a Engenharia dos 
Materiais atuam juntas, para desenvolver novos materiais e utilizá-los para as diver-
sas aplicações de engenharia.
Ao se estudar a Ciência e Engenharia dos Materiais, alguns termos usuais devem 
ser conhecidos, de forma a entender melhor o que está sendo explicado. A seguir, 
o significado de alguns desses termos serão apresentados:
1. Composição Química: A composição química de um material correspon-
de aos átomos que compõem esse material;
2. Estrutura do Material: A estrutura de um material corresponde ao deta-
lhamento dos arranjos dos átomos que formam esse material;
3. Síntese do Material: A síntese de um material corresponde ao método 
através do qual o material foi criado, a partir de materiais existentes na na-
tureza, ou ainda, com a utilização de materiais desenvolvidos pelo homem;
4. Processamento do Material: O processamento de um material corres-
ponde aos processos de fabricação que são utilizados para se produzir o 
material, e aos processos de fabricação que transformam esses materiais 
em componentes úteis para os projetos de engenharia.
Qual é a importância de se estudar a estrutura de um material?
Ex
pl
or
Uma característica bastante importante a ser estudada é a estrutura de um ma-
terial. Esse estudo permite entender diversos aspectos que ocorrem durante o pro-
cessamento de um material.
Conhecendo-se a estrutura de um material, é possível, por exemplo, alterar as 
propriedades de um material sem alterar a sua composição química. Isso pode se tor-
nar possível através de um tratamento térmico aplicado nesse material, por exemplo.
Critérios para Seleção dos Materiais
Diversos critérios podem, e devem, ser utilizados para selecionar um material para a 
uma determinada aplicação. A seguir, alguns desses critérios serão mais bem detalhados:
1. Propriedades Mecânicas do Material: Analisar as propriedades mecâni-
cas do material é um critério imprescindível que deve ser considerado ao se 
14
15
efetuar a seleção desse material para uma aplicação de engenharia. Ductili-
dade, dureza, resistência ao impacto, módulo de elasticidade são exemplos 
de propriedades mecânicas de um material. Na Figura 6 é possível observar 
a execução de um ensaio de tração em uma amostra do material a ser anali-
sado. Nesse ensaio, obtêm-se propriedades mecânicas do material.
Figura 6 – Ensaio de Tração
Fonte: iStock/Getty Images
2. Custo: Sem sombra de dúvidas, o custo infl uencia diretamente no proces-
so de seleção de um material. Entre os fatores que podem infl uenciarnos 
custos de um material é possível destacar:
a. Raridade do material: Quanto mais difícil for encontrar esse material 
na natureza, maior será o seu custo. Na Figura 7 é possível visualizar 
uma mina de ouro, que é um material bastante raro na natureza.
Figura 7 – Mina de extração de ouro – material raro na natureza
Fonte: pixabay
15
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais Eletroeletrônicos
b. Processamento do material: Quanto mais difícil for o processo de ex-
tração do material da natureza e/ou o processo de preparação desse 
material para utilização, maior será o seu custo. Na Figura 8 é possível 
visualizar um recipiente com alumínio fundido sendo depositado em um 
molde de fundição. O processo de fundição de alumínio é um exemplo de 
processo que exige o controle de diversas variáveis, de forma a garantir-
-se a qualidade do produto final. O alumínio é bastante utilizado na In-
dústria eletroeletrônica como um material bom condutor de eletricidade.
Figura 8 – Alumínio fundido sendo depositado em um molde de fundição
Fonte: iStock/Getty Images
c. Disponibilidade do material: Um material pode até possuir um custo 
baixo de processamento e ser abundante na natureza, porém, caso esse 
material não esteja disponível em regiões próximas do local onde vai 
ocorrer a sua utilização, esse fato acarretará, no mínimo, custos extras 
com o seu transporte e armazenamento.
3. Danos Ambientais: O impacto ambiental causado pela utilização de de-
terminados materiais em projetos de engenharia é outro fator que deve 
ser considerado no momento da seleção do material. Em certos lugares do 
mundo, a utilização de alguns materiais é proibida por lei, em produtos e 
serviços, devido ao seu impacto no meio ambiente durante o processo de 
extração, processamento ou utilização do material. Na Figura 9 é possível 
visualizar um objeto (torneira) revestido com cromo. O cromo, que é um 
material considerado pesado (alta densidade), é largamente utilizado na 
indústria eletroeletrônica para o revestimento de superfícies de compo-
nentes elétricos e eletrônicos devido as suas propriedades excelentes com 
relação à resistência e à corrosão. Esse material está sendo substituído por 
outros materiais em diversos países devido aos seus impactos ao meio am-
biente, contaminando principalmente o lençol freático, nos quais diversos 
peixes e outros animais se alimentam. Uma vez que o cromo é um metal 
pesado, os peixes e os outros animais têm dificuldade de eliminá-lo do or-
ganismo. A ingestão de peixes e outros alimentos com excesso do cromo 
pode, inclusive, causar câncer nos seres humanos.
16
17
Figura 9 – Torneira de pia revestida com cromo
Fonte: pixabay
4. Condições do Ambiente: Outro fator a ser considerado na seleção de um 
material são as condições do ambiente onde esse material será utilizado. 
Como exemplo, podemos citar ambientes úmidos, com alta temperatura, 
com baixa temperatura, entre outros, que infl uenciam, de forma signifi cati-
va, na vida útil de um componente fabricado com esse material. Na Figura 
10 é possível visualizar, à esquerda, um parafuso que fi cou exposto a con-
dições ambientais que causaram a sua corrosão e, à direita, outro parafu-
so, que possui um revestimento que aumenta a sua resistência à corrosão.
Figura 10 – Parafuso corroído X Parafuso com revestimento anticorrosão
Fonte: iStock/Getty Images
Classifi cação dos Materiais 
Eletroeletrônicos
Diversos critérios podem ser utilizados para se classificar os tipos de materiais. 
De acordo com as suas propriedades elétricas e eletrônicas, é possível classificar os 
materiais eletroeletrônicos em 4 tipos:
1. Materiais Condutores: São representados pelos metais que são bons 
condutores de eletricidade.
2. Materiais Semicondutores: São materiais que possuem uma capacidade inter-
mediária de conduzir eletricidade. Os mais comuns são o silício e o germânio.
3. Materiais Isolantes: São materiais que são ruins para conduzir eletricida-
de. São representados principalmente pelos materiais plásticos (polímeros) 
e por diversos materiais cerâmicos.
4. Materiais Magnéticos: São materiais que apresentam de forma natural ou 
artifi cial, propriedades magnéticas, ou seja, de atrair outros corpos para si.
17
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais Eletroeletrônicos
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Ciência e Engenharia dos Materiais
Donald R. Askeland; Wendelin J. Wright, Ciência e Engenharia dos Materiais
Ciência dos Materiais
James F. Shackelford, Ciência dos Materiais
 Vídeos
Ciência dos Materiais - Aula 01 - Por que estudar Ciência e Engenharia dos Materiais?
https://youtu.be/lgeUM605Q6Q
Ciência dos Materiais - Aula 09 - Processamento de materiais
https://youtu.be/G82UgSXWXkM
18
19
Referências
ASKELAND, Donald R.; WRIGHT, Wendelin J. Ciência e Engenharia dos mate-
riais. 3.ed. São Paulo: Cengage Learning, 2014.
CALLISTER Jr.; William D.; RETHVISCH, David G. Ciência e Engenharia de 
Materiais – Uma Introdução. 9. Ed. Rio de Janeiro: Ed. LTC, 2018.
SHACKELFORD, James F. Ciência dos Materiais. 6.ed. São Paulo: Pearson 
Prentice Hall, 2008.
SMITH, William F.; HASHEMI, Javad. Fundamentos de Engenharia e Ciência 
dos Materiais. 5. Ed. Porto Alegre: Ed. AMGH, 2012.
19