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FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE CARATINGA – FUNEC 
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA – UNEC 
NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
Prof. Leonardo Severino Damasceno 
Prof. Gabriel de Oliveira Alves 
 
 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO 
UNEC / EAD DISCIPLINA: CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
 
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1. PERSPECTIVA HISTÓRICA 
 
Os materiais estão provavelmente mais entranhados na nossa cultura do que 
a maioria de nós imaginamos. Transportes, habitação, vestuário, comunicação, 
recreação e produção de alimentos virtualmente cada seguimento de nossas vidas 
diárias é influenciado em maior ou menor grau pelos materiais. Historicamente, o 
desenvolvimento e o avanço da sociedade têm estado intimamente ligados às 
habilidades dos seus membros em produzir e manipular materiais para satisfazerem 
as suas necessidades. De fato, as civilizações antigas foram designadas pelo nível de 
seus desenvolvimentos em relação aos materiais (isto é, Idade da Pedra, Idade do 
Bronze). 
 
1.1 EVOLUÇÃO DA UTILIZAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
Os primeiros seres humanos tiveram acesso a apenas um número limitado de 
materiais, aqueles que existem naturalmente: pedra, madeira, argila, peles, e assim 
por diante. Com o tempo eles descobriram técnicas para a produção de materiais que 
tinham propriedades superiores às dos produtos naturais; estes novos materiais 
incluíam a cerâmica e vários metais. Além disso, foi descoberto que as propriedades 
de um material poderiam ser alteradas através de tratamentos térmicos e pela adição 
de outras substâncias. Naquele ponto, a utilização de materiais era totalmente um 
processo de seleção, isto é, decidia-se, a partir de um conjunto relativamente limitado 
de materiais disponíveis, aquele que era o mais adequado para uma dada aplicação 
em virtude das suas características. Num tempo relativamente recente, os cientistas 
compreenderam as relações entre os elementos estruturais dos materiais e as suas 
propriedades. Este conhecimento, adquirido ao longo dos últimos 60 anos mais ou 
menos, deu-lhes condições de moldar, em grande parte, as características dos 
materiais. Desta forma, dezenas de milhares de materiais diferentes foram 
desenvolvidos com características relativamente específicas que atendem as 
necessidades de nossa moderna e complexa sociedade; estes incluem metais, 
plásticos, vidros e fibras. 
 
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Com o desenvolvimento de novas tecnologias nossa existência tornou-se 
mais confortável, este fato, está intimamente associado com acessibilidade de 
materiais adequados. 
Um avanço na compreensão de um tipo de material é frequentemente o 
precursor da progressão escalonada de uma tecnologia. Por exemplo, a evolução dos 
automóveis não teria sido possível sem a disponibilidade de aço a baixo custo ou de 
algum outro substituto comparável. Em nossos tempos, dispositivos eletrônicos 
sofisticados dependem de componentes que são feitos a partir dos chamados 
materiais semicondutores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.2 POR QUE ESTUDAR TECNOLOGIA DOS MATERIAIS? 
 
Por que estudamos os materiais? Muitos cientistas experimentais ou 
engenheiros, sejam eles mecânicos, civis, químicos ou eletricista, irão uma vez ou 
Figura 1: Evolução dos Materiais 
 
 
Fonte: Prof. Arlindo Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal (2014). 
https://www.slideshare.net/vendramim/materiaiseseleorj 
 
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outra ficar expostos a um problema de projeto que envolva materiais. Os exemplos 
podem incluir uma engrenagem de transmissão, a superestrutura para um edifício, um 
componente de uma refinaria de petróleo, ou um chip de circuito integrado. 
Obviamente, os cientistas e engenheiros de materiais são profissionais que estão 
totalmente envolvidos na investigação e no projeto de materiais. 
Existe diversos materiais disponíveis e o maior problema consiste na seleção 
de materiais corretos. Existem vários critérios nos quais a decisão final está 
normalmente baseada. Em primeiro lugar, as condições de serviço devem ser 
caracterizadas, uma vez que estas irão ditar as propriedades exigidas do material. 
Somente em raras ocasiões é que um material possui a combinação máxima ou ideal 
de propriedades. Desta forma, pode ser necessário abrir mão de uma característica 
por outra. O exemplo clássico envolve a resistência e a ductilidade; normalmente, um 
material que possui uma alta resistência terá apenas ductilidade limitada. Em tais 
casos, poderá ser necessário uma ligação razoável entre duas ou mais propriedades. 
Uma segunda consideração de seleção é qualquer deterioração das propriedades dos 
materiais que possa ocorrer durante a execução de um serviço. Por exemplo, 
reduções significativas na resistência mecânica, exposição a temperaturas elevadas 
ou a ambientes corrosivos. 
Por fim, provavelmente a consideração dominante estará relacionada aos 
fatores econômicos: quanto irá custar o produto final acabado? Pode ser encontrado 
um material que possua o conjunto ideal de propriedades, mas que seja bastante caro. 
Novamente aqui algum comprometimento é inevitável. O custo de uma peça acabada 
também inclui quaisquer despesas incontidas durante a produção da forma desejada. 
Quanto mais familiarizado estiver um(a) engenheiro(a) ou cientista com as vá- 
rias características e relações estrutura-propriedade, bem como com as técnicas de 
processamento dos materiais, mais capacitado e confiante ele (ou ela) estará para 
fazer opções ponderadas de materiais com base nestes critérios. 
 
1.3 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
Os materiais sólidos têm sido convenientemente agrupados em três 
classificações básicas: metais, cerâmicos e polímeros. 
 
 
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ATENÇÃO: Vá até “Vídeos Complementares” e assista o vídeo 1 – Introdução 
aos Materiais. 
 
 
 
 
1.3.1 Metais 
 
Materiais metálicos são normalmente combinações de elementos metálicos e 
possuem um número grande de elétrons; isto é, estes elétrons não estão ligados a um 
átomo em particular. Muitas propriedades dos metais são atribuídas diretamente a 
estes elétrons. Os metais são extremamente bons condutores de eletricidade e calor, 
e não são transparentes à luz visível; uma superfície metálica polida possui uma 
aparência lustrosa. Além disso, os metais são muito resistentes, e ainda assim 
deformáveis, o que é responsável pelo seu uso extenso em aplicações estruturais. 
 
1.3.2 Cerâmicos 
 
Os cerâmicossão compostos entre os elementos metálicos e não metálicos; 
eles são frequentemente óxidos, nitretos e carbetos. A grande variedade de materiais 
que se enquadra nesta classificação inclui cerâmicos que são compostos por minerais 
argilosos, cimento e vidro. Materiais cerâmicos supercondutores possuem um grande 
potencial para aplicações em sistemas elétricos, eletrônicos e em levitação magnética. 
Pela sua capacidade de, sob condições apropriadas, transportar correntes elétricas 
com resistências praticamente nula, os supercondutores podem ser utilizados para a 
produção de fios para redes de distribuição de energia elétrica e para enrolamentos 
de motores e geradores. 
 
 
 
 
 
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1.3.3 Polímeros 
 
Os polímeros compreendem os materiais comuns de plástico e borracha. 
Muitos deles são compostos orgânicos que têm sua química baseada no carbono, no 
hidrogênio e em outros elementos não-metálicos; além disso, eles possuem estruturas 
moleculares muito grandes. Estes materiais possuem tipicamente baixas densidades 
e podem ser extremamente flexíveis. 
 
1.3.4 Compósitos 
 
Vários materiais compósitos, que consistem em mais de um tipo de material, 
têm sido desenvolvidos pela engenharia de materiais. A fibra de vidro é um exemplo 
familiar, no qual fibras de vidro são incorporadas no interior de um material polimérico. 
Um compósito é projetado para mostrar uma combinação das melhores 
características de cada um dos materiais que o compõe. A fibra de vidro adquire 
resistência do vidro e flexibilidade do polímero. Muitos dos desenvolvimentos recentes 
de materiais têm envolvido materiais compósitos. 
 
1.3.5 Semicondutores 
 
Os semicondutores possuem propriedades elétricas que são intermediárias 
entre aquelas apresentadas pelos condutores elétricos e pelos isolantes. Além disso, 
as características elétricas destes materiais são extremamente sensíveis à presença 
de minúsculas concentrações de átomos de impurezas, concentrações que podem 
ser controladas ao longo de regiões espaciais muito pequenas. Os semicondutores 
tornaram possível o advento dos circuitos integrados, que revolucionaram totalmente 
as indústrias de produtos eletrônicos e de computadores (para não mencionar as 
nossas vidas) ao longo das últimas duas décadas. 
 
 
 
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1.3.6 Biomateriais 
 
Os biomateriais são empregados em componentes implantados no interior do 
corpo humano para a substituição de partes do corpo doentes ou danificadas. Esses 
materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com os 
tecidos do corpo (isto é, não devem causar reações biológicas adversas). Todos os 
materiais citados acima metais, cerâmicos, polímeros, compósitos e semicondutores 
podem ser usados como biomateriais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. MATERIAIS AVANÇADOS 
 
Os materiais utilizados em aplicações de alta tecnologia (ou hightech) são 
algumas vezes chamados de materiais avançados. Por alta tecnologia queremos dizer 
um dispositivo ou produto que opera ou funciona utilizando princípios relativamente 
intrincados e sofisticados; são exemplos os equipamentos eletrônicos: computadores, 
sistemas de fibra ótica, espaçonaves, aeronaves e foguetes militares. Estes materiais 
avançados são tipicamente materiais tradicionais cujas propriedades foram 
aprimoradas, ou então materiais de alto desempenho recentemente desenvolvidos. 
Além disso, eles podem ser de todos os tipos (por exemplo, metais, cerâmicos, 
polímeros), e em geral são relativamente caros. 
Os capítulos subsequentes discutem as propriedades e aplicações de uma 
variedade de materiais avançados por exemplo, materiais usados em lasers, circuitos 
integrados, armazenamento magnético de informações, mostradores de cristal líquido 
 
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(LCDs), fibras óticas, e o sistema de proteção térmica do Ônibus Espacial (Space 
Shuttle Orbiter). 
 
2.1 NECESSIDADES DOS MATERIAIS MODERNOS 
 
Apesar do tremendo progresso que tem sido feito ao longo dos últimos anos, 
ainda existem desafios tecnológicos, incluindo o desenvolvimento de materiais ainda 
mais sofisticados e especializados, bem como considerações em relação ao impacto 
ambiental da produção dos materiais. 
Além disso, existe uma necessidade reconhecida de encontrar fontes de 
energias renováveis e econômicas, além de usar as fontes de energias atuais de 
maneira mais eficiente. Os materiais irão, sem dúvida alguma, desempenhar papel 
significativo nestes desenvolvimentos. As células solares empregam alguns materiais 
de certa forma complexos e caros. Para assegurar uma tecnologia que seja viável, 
devem ser desenvolvidos materiais que sejam altamente eficientes nestes processos 
de conversão, porém mais baratos. 
Ademais, a qualidade do meio ambiente depende da nossa habilidade de 
controlar a poluição do ar, da água e do solo. As técnicas de controle da poluição 
empregam vários materiais. Adicionalmente, o processamento de materiais e os 
métodos de refinamento precisam ser aprimorados para que produzam menor 
degradação ao meio ambiente, isto é, menos poluição e menor destruição da 
paisagem devido à mineração de matérias primas. Também, em alguns processos de 
fabricação de materiais, são produzidas substâncias tóxicas, e o impacto ecológico da 
eliminação dessas substâncias deve ser considerado. 
 
 
 
 
 
 
 
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3. REFERÊNCIAS 
 
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Ashby, M. F. and D. R. H. Jones, Engineering Materiais 2, An lmroduction to 
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Askeland, D. R., The Science and Engineering of Materiais, 3rd edition, Bro- 
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Barrett, C. R., W. D. Nix, and A. S. Tetelman, The Principies of Engineering 
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Murray,G. T., lntroduction to Engineering Materials-Behauior, Properties, and 
Selection, Mar•cel Dekker, Inc., New York, 1993. 
Ohring, M., Engineering Materiais Science, Academic Press, San Diego, CA,1995. 
Ralls, K. M., T. H. Courtney, and J. Wulff, lntroduction to Materiais Science and 
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Schaffer, J. P., A. Saxena, S. D. Antolovich, T. H. Sanders, Jr., and S. B. War-ner, The 
Science and Design of Engineering Materiais, 2nd edition, WCB/McGraw-Hill, New 
York, 1999.