Ciência dos Materiais

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1. Materiais Metálicos 
1.1 Propriedades 
 
1.1.1 Propriedades Químicas 
 
Como Propriedade Fundamental os metais em geral tem a habilidade de se 
associarem com outros elementos, sejam eles metálicos ou não, tendo assim a 
possibilidade de gerar inúmeros compostos, além de produzirem entre si um elevado 
número de ligas que aprimoram suas propriedades iniciais, utilizadas em aplicações 
específicas. Ora alguns metais incitam reações catalíticas para sintetizar diversos 
hidrocarbonetos obtidos a partir do petróleo. Já os sais de compostos metálicos 
aperfeiçoam as propriedades presentes em plásticos, como cor, brilho e resistência. 
Os metais de transição apresentam cores características quando estão na forma de 
íons em solução aquosa, explicando assim a variedade de cores dos mesmos. 
 
1.1.2 Propriedades Mecânicas 
 
As propriedades mecânicas dos metais são especificas e variam de acordo com a 
orientação (longitudinal ou transversal), temperatura e pressão como exemplo, além 
de sofrerem com a dilatação linear e volumétrica. Essas propriedades são: a 
resistência, a resistência à fadiga a ductilidade e a maleabilidade. A resistência e 
resistência à fadiga podem ser explicadas, pois as ligações metálicas são ligações 
extremamente fortes, fazendo que o material resista a trações com força elevada, e 
a fratura após varias modificações em sua forma. Já a ductilidade se da pela 
capacidade de transformação de fios por altas temperaturas, assim como a 
maleabilidade capaz de moldar metais em altas temperaturas sem a quebra dos 
mesmos, sendo assim um material de fácil molde possibilitando que ele seja usado 
em varias áreas, como na construção civil. 
 
1.1.3 Propriedades Elétricas e Magnéticas 
 
Os metais possuem boa condutibilidade, seja ela térmica ou elétrica, em longas 
distancias. Uma de suas características é a capacidade de virarem supercondutores, 
quando submetidos à temperatura de 0 ºK (-273 ºC). A condutibilidade desses 
materiais se da pela quantidade de elétrons na sua camada de valência, sendo: 
 Maiores condutores tendo apenas 1(um) elétron em sua camada de valência 
 Semicondutores tendo mais de 4 elétrons em sua camada de valência, sendo 
ineficiente na condução de energia. 
Os metais semicondutores ter sua capacidade condutiva aumentada quando 
aquecidos ou dispostos com outros elementos semicondutores. 
 
Já no âmbito magnético, o que se destaca é a capacidade de magnetização em um 
campo elétrico, quanto à radiação, os metais apresentam emissão de elétrons 
quando expostos a radiação e também a capacidade de absorvê-la, chamada de 
Blindagem. Além disso, alguns metais apresentam o Ferromagnetismo – 
Capacidade de formar imãs permanentes ou de ser atraídos por imãs. 
 
1.1.4 Propriedades Óticas: 
 
Os metais são brilhantes de forma homogênea, com coloração prata ou acidentada 
(exceto o Cobre e o Ouro), pois tem a capacidade de absorver luz em qualquer 
frequência – e a irradia instantaneamente. 
 
1.2 Processamento e desempenho 
 
O metal mais produzido para uso industrial é o ferroso, junto com suas ligas. Esse 
material tem o ferro como principal constituinte, um metal de fácil acesso devido a 
sua abundancia na natureza, assim sento um material de baixo custo, além de ser 
extremamente versátil. Porem eles também apresentam algumas desvantagens 
como densidade elevada e facilidade de sofrer corrosão. 
Os materiais e ligas ferrosos são classificados também pela quantidade de carbono 
(C) que apresentam. Caso apresentem menos de 2,14% em sua composição, são 
chamados de aços. Caso tenham mais, são chamados de Ferros fundidos. 
Nos aços, as propriedades são modificadas de acordo com a quantidade de 
Carbono, sendo que quanto mais Carbono existir mais duro é o aço. 
Dentre os aços, aqueles que possuem menor carbono em sua constituição (até 
0,25%), são os mais produzidos. Eles são metais macios, frágeis e com uma ótima 
ductilidade, assim eles são facilmente soldáveis e mais baratos de serem 
produzidos. 
Já os aços com médio teor de Carbono (0,25% a 0,6%) tem mais resistência e são 
utilizados em ferrovias e na produção de engrenagem. 
Os aços com elevado teor de Carbono (0,6% ate 2,41%) são extremamente 
resistentes, dúcteis e duros, além de serem afiados, sendo utilizado na fabricação de 
facas e laminas. 
 
Os ferros fundidos (+ de 2,41% de Carbono) são classificados como: 
 Ferro Cinzento: Possuem grafita, costumam ser acinzentados por causa da 
presença da mesma. Possuem boas propriedades de amortecimento. 
 
 Ferro nodular: Possuem magnésio, possuem uma microestrutura pôs ser 
fundido que gera grafita. 
 
 Ferro maleável: É obtido após ficas numa temperatura de 800 a 900 °C, após 
ser resfriado em temperatura ambiente, gera grafita na forma de aglomerado. 
 
 Ferro vermicular: A liga está em forma de vermes na matriz. 
 
 
 
1.3 Exemplificação 
 
Parafuso de ferro 
 
Utilização: 
Utilizado para fixar objetos em paredes, madeiras etc. 
 
Na imagem podemos observar as seguintes características: 
 Brilho característico de metais 
 Cor prateada 
 Dureza 
 Resistencia a pressão 
 Bom condutor térmico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Panelas de aço inox 
 
Utilização: 
Preparo de alimentos, devido a sua característica de excelente condutor térmico. 
 
Nas panelas de aço inox podemos observar: 
 Brilho característico de metais 
 Cor prateada 
 Dureza 
 Excelente condutor térmico 
 Facilidade de limpeza 
 Resistencia a altas temperaturas 
 
 
 
 Papel alumínio 
 
Utilização: 
Proteção de alimentos, criando uma barreira protetora. 
 
As caraterísticas presentes no papel alumínio são: 
 Brilho característico de metais 
 Cor prateada 
 Maleabilidade 
 Formação de barreira contra odores, poeira e etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 Materiais Cerâmicos 
2.1 Propriedades 
 
2.1.1 Propriedades Químicas 
 
 
As cerâmicas são materiais inorgânicos, formadas por metais e ametais, sua 
constituição é, em sua maioria de carbetos, nitretos e óxidos. Possuem ligações 
mistas – iônicas ou covalentes – Em caráter iônico, são mais eletronegativas e suas 
estruturas dependem do tamanho relativo de seus íons. Já em caráter covalente, 
são cerâmicas menos eletronegativas, e tem estruturas independentes, além de não 
possuírem elétrons livres. 
 
2.1.2 Propriedades Mecânicas 
 
 
A característica marcante das cerâmicas é a sua baixa resistência à fratura, sendo 
considerado um material frágil, além de sua baixa ductilidade. Mesmo sendo frágeis, 
as cerâmicas não podem ser consideradas – em sua maioria – delicadas. Elas 
apresentam pouca elasticidade e falham após uma deformação de 0,1%. Apresenta 
resistência à tração, compressão e corte. 
 
 
2.1.3 Propriedades Elétricas 
 
 
As cerâmicas iônicas, em temperaturas elevadas, apresentam maior condutibilidade 
elétrica, que pode ser maior do que a de metais semicondutores, levando em conta 
que a cerâmicas são isolantes quando expostas na temperatura ambiente. Além 
disso, elas possuem Piezeletricidade, que é a capacidade dos cristais produzirem 
tensão elétrica a partir de uma pressão mecânica, assim produzindo 
temporariamente potencial elétrico. 
 
 
2.1.4 Propriedades Óticas 
 
Tem capacidade de refletir, refratar transmitir e absorver a luz, pelo fato de não 
possuir elétrons livre. Podem ser também transparentes a luz visível. 
 
2.2 Processamento e desempenho 
 
Os materiais cerâmicos são utilizados em diversas áreas por causa de suas ligações 
interatômicas, que modificam as propriedades do material quando finalizado. Esses 
materiais podem ser divididos em: 
 Cerâmicas de Engenharia: São compostos puros de óxidos, carbonetos e 
nitritos. 
 
 Cerâmicas tradicionais: São feitas de três componentes básicos: argila, sílica 
e feldspato. 
 
A cerâmicamais presente no nosso dia a dia é o vidro, usado em diversas coisas. 
Apesar de ser frágil, é facilmente moldado em altas temperaturas e sua fabricação 
difere em cada função. Não apresentam cadeia organizada como outras cerâmicas. 
Produtos com base em argila são encontrados em abundancia por causa da 
facilidade de se obter a matéria prima necessária. Existem duas classificações 
desses materiais: A Porcelana Branca e as Cerâmicas estruturais. 
Os materiais abrasivos são usados pela sua extrema dureza e sua alta resistência a 
desgastes, além de ter alta tenacidade. São utilizados principalmente no polimento 
de materiais com menor dureza. 
Os cimentos da construção civil também são considerados como cerâmicas, após 
seco, apresenta extrema dureza, porem pouco maleável e pouco resistente à 
pressão. 
Materiais cerâmicos, em geral, podem ser processados por diversas técnicas, por ter 
temperatura de fusão elevada. Porem, a fusão convencional não é o método mais 
recomendado para esse tipo de material, tendo em vista que os mesmos 
apresentam caraterísticas frágeis sob tensão, sendo assim a fabricação se da 
principalmente pelo modo pós-cerâmico, que se assemelha muito a metalurgia do 
pó. 
A produção desses materiais também se da por uma técnica bastante popular, a 
prensagem de pó. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.3 Exemplificação 
 
Pisos 
 
Utilização: Revestimento / pisos de casas 
Características presentes em pisos: 
 Fluência 
 Dureza 
 Frágeis a fraturas 
 
 
 
Louças de cerâmica 
 
 Dureza 
 Fragilidade 
 Baixa resistência a impactos 
Tijolo 
 
 Dureza 
 Baixa resistência a impacto 
 Resistencia a compressão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Polímeros 
3.1 Propriedades 
 
Os polímeros são compostos orgânicos, de longa extensão, que pode ter ocorrência 
natural ou sintética. Suas cadeias podem ser lineares – com longa extensão – ou 
podem ser ramificas, com uma cadeia principal mais algumas ramificações. 
Polímeros podem ser classificados como: 
 Plásticos: São resinas orgânicas molduráveis – naturais ou sinteticas – que 
possuem baixa densidade e condutividade térmica, boa tenacidade e 
resistência a ácidos e bases. 
 Elastômeros: Material maleável, devido a suas cadeias moleculares estarem 
distribuídas desordenadamente e com espaçamento elevado. 
Essas matérias são, em geral, frágeis e altamente plásticos e elásticos. A 
intensidade de sua tensão de ruptura são menores do que as encontradas em 
materiais metálicos. Suas propriedades são alteradas em relação à temperatura, 
costumam ser frágeis em temperatura ambiente e “emborrachadas” em altas 
temperaturas, tornando-o mais dúctil e macio. 
Os polímeros ainda podem ser classificados como: 
 Termoplástico: Podem ser utilizados, fundidos e reutilizados diversas 
vezes. Sua cadeia é linear sem nenhuma ramificação, onde as cadeias 
são ligadas por ligações duplas. Assim, quando ocorre aumento de 
temperatura, esses materiais ficam mais plásticos, pois as duplas 
ligações são rompidas. Suas propriedades podem ser alteradas também 
pela sua massa, como por exemplo, quanto maior a massa molar de um 
polímero, sua temperatura de fusão aumenta. 
 
 Termorrígidos: Materiais que requerem pressão e calor para serem 
moldados, são ativados por meio de reações químicas e não podem ser 
reciclados nem fundidos, pois quando são submetidos a altas 
temperaturas acabam sendo decompostos. São compostos de longas 
cadeias reticuladas. 
 
 Termofixos: São os que apresentam maior dureza, e também são os 
mais frágeis. Eles possuem grande estabilidade térmica e isolamento 
elétrico, resistência à deformação e baixa densidade. 
 
 
 
 
 
3.2 Processamento e desempenho 
 
O processamento de polímeros se da principalmente pela preparação e síntese de 
matérias primas que são derivadas de carvão ou substancias derivadas de petróleo. 
A polimeração desses materiais pode ocorrer por meio de Adição ou condensação, 
na primeira as unidades dos monômeros são ligadas entre si uma por uma, 
formando uma macromolécula extensa e linear, e na segunda por condensação, 
nesse ultimo, sempre há algum produto liberado, sendo a agua o mais comum. 
As substancias adicionadas nos polímeros em sua fabricação modificam suas 
propriedades naturais, melhorando a sua resistência a inúmeras situações, além de 
elevar sua plasticidade, e diminui sua dureza, o que é interessante para produção de 
alguns compostos. São utilizados também, aditivos retardantes, que como o nome já 
diz, retarda o ponto de fusão, aumentando a resistência ao fogo. 
O processamento dos polímeros depende também da natureza de seus materiais, 
como se ele é termoplástico, termorrígido ou termofixo, além do seu ponto de fusão 
e sua resistência à degradação. 
Os termoplásticos normalmente são produzidos acima da sua fase de transição 
vítrea, os termofixos são feitos em duas etapas, sendo a primeira feita com um 
polímero liquido, após isso, ele é aquecido ou podem ser adicionados alguns 
catalizadores, depois essa mistura é submetida à pressão para ser moldado. 
A moldagem por compressão é o método mais utilizado para a produção desses 
materiais, ele é colocado entre um molde aquecido e submetido a uma pressão, 
tornando-o viscoso e maleável. Existe também a moldagem por injeção utilizada na 
fabricação de termoplásticos que funciona com a alimentação do material por meio 
de um cilindro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.3 Exemplificação 
 
Canudos 
 
Utilização: Usado para sugar bebidas, facilitando a ingestão. 
Características observadas: 
 Maleável 
 Plástico 
 Termorrígido 
 
 
 Balde 
 
 
Utilização: Recipiente de colar líquidos. 
Características observadas: 
 Dureza 
 Resistencia a fratura 
 Plástico 
 Baixa condutibilidade 
 
 
 Embalagens 
 
 
Utilização: Armazenamento de liquido 
Características observadas: 
 Dureza 
 Plástico 
 Pouco maleável 
 Não muda de forma 
 
 
 
 
 
4. Compósitos 
4.1 Propriedades 
 
Os compósitos são materiais mistos, cada um com sua propriedade, criando assim 
uma propriedade distinta do que as observadas nos materiais isolados. São 
compostos por metais/cerâmicas ou polímeros, e podem ser classificados como 
reforçados com fibras – que tem partículas com tamanho de 10 a 20 nM (10-9) de 
diâmetro --, partículas –restringem os movimentos, mas não de modo eficaz - ou 
estruturais. Suas propriedades são, na maioria dos casos, diferentes, e dependem 
do sentido da força aplicada. Além disso, elas dependem da origem dos materiais 
nele contidos. Porem são capazes de absorver as deformações, dar suporte a fibras 
e conceder resistência quando submetido a pressão. 
 
 4.2 Processamento e Desempenho 
 
Seu processamento depende também, dos materiais presentes em sua composição. 
Nos materiais termoendurecíveis resinas são utilizadas como reagentes, e logo após 
são colocadas no molde. 
Um dos métodos mais usado é a laminação manual ou automática, que se da pelo 
corte do material de reforço e depois coloca-las dispostas como tecidos. Logo após 
são molhadas e colocadas sobre um molde aberto, e auxiliada com um Rolex, para 
que a substancia fique uniforme com o molde, e é deixado em repouso ate secar 
completamente. 
Existe ainda uma técnica conhecida como enrolamento filamentar que consiste em 
enrolar fibras com resinas em sua composição em torno de um cilindro como molde, 
assim quando o cilindro é removido, temos uma forma oca, podendo ser usado 
como canos, tanques ou semelhantes. 
A pultrusão também é um método de laminação bastante utilizado, que cria longos 
perfis lineares. O compósito deve ser puxado por meio da matriz, e em seguida 
moldados por um molde pré-aquecido, e o material é cortado. 
 
 
 
 
 
 
 
 4.3 Exemplificação 
 
Argamassa 
Utilização:Em construções civis 
Características Observadas: 
 Dureza após secar 
 Media resistência à fratura 
 Pouca maleabilidade depois de seco 
 
 
Raquete 
 
 
 
 
Utilização: Jogos como tênis 
Características observadas: 
 Parte plástica e metálica 
 Misto de propriedades 
 Resistente à fratura 
 Pouco frágil 
 
Ossos do corpo humano 
 
Utilização: Sustentar o corpo, locomoção. 
Características observadas: 
 Misto de materiais 
 Resistente à fratura 
 Dureza 
 Pouco maleáveis