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Aula-02 - Introdução Ciência dos Materiais.

Aula - 002
by

Fernando Fernandes

on 18 August 2016

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Transcript of Aula-02 - Introdução Ciência dos Materiais.

Perspectivas históricas
Os materiais estão provavelmente mais
enraizados
em nossa cultura do que a maioria de nós se dá conta.
Ciência
e
Engenharia
de materiais.

Engenharia de materiais - Consiste, baseado nessas correlações
estrutura-propriedade
, no
projeto
ou na
engenharia
da estrutura de um material para obter um conjunto predeterminado de propriedades.
CALLISTER Jr. (2012).
Ciência de materiais - Envolve a
investigação
das relações que existem entre as
estruturas
e as
propriedades
dos materiais.
Vamos substituir uma tubulação de cobre ?
Você vai substituir pelo mesmo material ou por outro?
O que você vai fazer com a tubulação que esta sendo removido?
A resposta as estas perguntas depende do conjunto das propriedades
físicas
e
químicas
inerentes do material.
Por que estudar a ciência e a engenharia de materiais?
"Os quatro componentes da disciplina de ciência e engenharia de materiais e o seu inter-relacionamento."
CALLISTER Jr (2012)
De maneira sucinta, a
estrutura
de um material refere-se, em geral, ao
arranjo dos seus componentes internos
.
A estrutura
subatômica
envolve os elétrons nos átomos individuais e as interações com os seus núcleos.
Ao nível atômico, a estrutura engloba a
organização
dos átomos ou das moléculas, uns em relação aos outros.
CALLISTER Jr (2012)
Em
serviço
, todos os materiais são
expostos
a estímulos externos que causam algum tipo de
resposta
.

uma amostra submetida à ação de forças
deformará
, ou uma superfície metálica
polida
refletirá a luz.
Uma propriedade é uma
característica
de um dado material, em termos do tipo e da magnitude da sua resposta a um estímulo específico que lhe é imposto.
Geralmente, as definições das propriedades são feitas de modo que elas sejam independentes da forma e do tamanho do material.
As propriedades importantes dos materiais sólidos podem ser agrupadas em seis categorias diferentes:
Mecânica (
Resistência: tração, compressão, torção e cisalhamento, resilência, tenacidade e dureza)
,
Elétrica,
Térmica,
Magnética,
Óptica
Deterioração."

No que se refere às relações entre esses quatro componentes, a estrutura de um material dependerá de como ele é processado. Além disso, o desempenho de um material será uma função das suas propriedades.
Assim, a inter-relação
Chamamos a atenção para as relações que existem entre esses quatro componentes em termos de

Projeto - Produção - Utilização dos materiais
.
Classificação dos materiais
Alguns requisitos interessantes em relação às propriedades dos materiais é o recipiente para
bebidas carbonatadas
. O material usado para essa aplicação deve satisfazer às seguintes restrições:
Recipientes para bebidas Carbonatadas
(1) prover uma barreira à passagem do gás carbônico, que está sob pressão no interior do recipiente;
(3) ser relativamente resistente e capaz de sobreviver a uma queda de uma altura de alguns metros quando estiver cheio com a bebida;
(2) ser atóxico, não reativo com a bebida e, de preferência, ser reciclável;
(4) ser barato, incluindo o custo para a fabricação da forma final;
(5) se for opticamente transparente, deve reter sua clareza óptica;
(6) ser capaz de ser produzido em diferentes cores e/ou ser capaz de ser adornado com rótulos decorativos."
CALLISTER Jr. (2012)

Materiais avançados
Classificação dos materiais pela indústria
Competição entre os Materiais

Classificação dos materiais
Quanto ao grau desenvolvimento tecnológico
Os materiais utilizados em aplicações de alta tecnologia (ou high-tech) são algumas vezes chamados
materiais avançados
.
As propriedades e as aplicações de uma variedade desses materiais avançados – por exemplo, os materiais que são usados em lasers, circuitos integrados, para o armazenamento magnético de informações, em mostradores de cristal líquido (LCD – Liquid Crystal Display) e em fibras ópticas
CALLISTER Jr (2012);
Por alta tecnologia subentendemos um dispositivo ou produto que opera ou que funciona usando princípios relativamente intrincados e sofisticados; alguns
exemplos
incluem os
equipamentos eletrônicos (câmeras de vídeo, CD/DVD players etc.), computadores, sis- temas de fibras ópticas, espaçonaves, aeronaves e foguetes militares
.
Tipicamente, esses materiais avançados são materiais
tradicionais
cujas
propriedades
foram aprimoradas e também materiais de
alto
desempenho que foram desenvolvidos recentemente.
Além disso, eles podem pertencer a todos os tipos de materiais (por exemplo, metais, cerâmicas, polímeros) e são em geral de alto custo. Os materiais avançados incluem os
semicondutores
,
os biomateriais
e o que podemos chamar “
materiais do futuro
” (isto é, materiais inteligentes e materiais “nanoengenheirados”).
Biomateriais
Os biomateriais são empregados em componentes implantados no 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, eles não devem causar reações biológicas adversas).
Todos os materiais citados anteriormente – metais, cerâmicas, polímeros, compósitos e semicondutores – podem ser usados como biomateriais.
CALLISTER Jr (2012).
Nanomateriais
Uma nova classe de materiais com propriedades fascinantes e uma tremenda promessa tecnológica é a dos nanomateriais.
Os nanomateriais podem ser de qualquer um dos quatro tipos básicos de materiais: Metais, Cerâmicas, Polímeros e Compósitos.
No entanto, ao contrário desses outros materiais, eles não são diferenciados com base em sua química, mas em lugar disso, em função do seu tamanho; o prefixo nano representa que as dimensões dessas entidades estruturais são da ordem do nanômetro como regra, menos de 100 nanômetros (o que equivale a aproximadamente 500 diâmetros atômicos).
Antes do advento dos nanomateriais, o procedimento geral utilizado pelos cientistas para compreender a química e a física dos materiais consistia em partir do estudo de estruturas grandes e complexas e, então, investigar os blocos construtivos fundamentais que compõem essas estruturas, que são menores e mais simples.
CALLISTER Jr (2012).
Necessidade dos materiais modernos
Apesar do tremendo progresso que tem sido obtido ao longo dos últimos anos na disciplina da ciência e engenharia de materiais, ainda existem
desafios tecnológicos
, que incluem o
desenvolvimento de materiais cada vez mais sofisticados
e especializados, assim como uma consideração do
impacto ambiental causado pela produção de materiais
.
A energia nuclear é promissora, mas as soluções para os muitos problemas que ainda permanecem irão necessariamente envolver materiais, tais
como combustíveis, estruturas de contenção e instalações para o descarte dos rejeitos radioativos.
Quantidades significativas de energia estão envolvidas na área de transportes. A redução no peso dos veículos de transporte (automóveis, aeronaves, trens etc.), assim como o aumento das temperaturas de operação dos motores, irá melhorar a eficiência dos combustíveis. Novos materiais estruturais de alta resistência e baixa massa específica ainda precisam ser desenvolvidos, assim como materiais com capacidade de trabalhar sob temperaturas mais elevadas, para serem usados nos componentes dos motores.
Adicionalmente, existe uma reconhecida necessidade de se encontrar fontes de energia novas e econômicas, além de se usar os recursos atuais mais eficientemente. Os materiais, sem dúvida alguma, desempenharão um papel significativo nesses desenvolvimentos. Por exemplo, a conversão direta de energia solar em energia elétrica foi demonstrada. As células solares empregam alguns materiais razoavelmente caros e complexos.
CALLISTER Jr (2012).
Introdução à Ciência dos Materiais.
Objetivo
Identificar a importância da ciência dos materiais na identificação das propriedades dos materiais.
Súmula
Historicamente, o
desenvolvimento
e o
avanço
das sociedades estiveram intimamente ligados às habilidades de seus membros em
produzir
e
manipular

materiais
para satisfazer as suas
necessidades
. De fato, as civilizações antigas foram designadas de acordo com seu nível de desenvolvimento em relação aos materiais (Idade da Pedra, Idade do Bronze, Idade do Ferro)
CALLISTER Jr.(2012)
.
CLASSIFICAÇÃO NA INDÚSTRIA
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