Profa. Dra. Adélia Lima Email: amlsilva0603@gmail.com

Disciplina MAF 2130 Química Aplicada

Turma A02 CIÊNCIAS DOS

MATERIAIS

Aula 1: Introdução

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Aula 1: Introdução à Química Aplicada

�  A disciplina Química Aplicada aborda os conteúdos básicos

da Ciência dos materiais, para o conhecimento de todas as

engenharias;

�  Para ciência, material é dividido como qualquer

conglomerado de matéria ou de massa.

�  Para engenharia, um material é uma substância com uma

propriedade útil, como mecânica, elétrica, óptica, térmica

ou magnética. Aula 1: Introdução

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Histórico: O mundo dos Materiais

1.  A idade da Pedra (2,5 milhões de anos atrás): armas para caça

2.  A idade do Cobre (4000 a 3000 a.C.): uso do cobre na produção

de armas

3.  A idade do Bronze (2000 a 1000 a.C.): metalurgia e ligas

4.  A idade do Ferro (1000 a 1 a.C.): uso do ferro substituindo o

Bronze

5.  A idade da Cerâmica

6.  A idade do Vidro

7.  A idade do Plástico (segunda metade do século XX)

8.  A idade do Silício: eletrônica moderna

�  Metais Cerâmicas Plásticos

Aula 1: Introdução

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A evolução dos Materiais da Engenharia com o tempo

Aula 1: Introdução

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O Mundo dos Materiais

•  Os três tipos básicos de materiais são

os metais, as cerâmicas e os plásticos

Aula 1: Introdução

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O Fotográfo Peter Menzel capturou o mundo dos materiais para as famílias contemporâneas em vários países do mundo.

Engenharia e Ciência dos Materiais

Aula 1: Introdução

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�  Desde 1960, os estudos científicos fundamentais da ciência e

das engenharias se entrelaçam nos estudos dos materiais.

�  Nesta disciplina, será introduzido na N1 os fundamentos da

estrutura e classificação dos materiais. Na N2 será tratados

os vários materiais aplicados a Engenharia.

Materiais Tradicionais: Metais, Cerâmicas, Polímeros, Compósitos Materiais Avançados: semicondutores, biomateriais, nanomateriais.

�  As propriedades e os

tipos de materiais

d e f i n e m o

desempenho de um

d e t e r m i n a d o

c o m p o n e n t e e o

p r o c e s s o d e

fabricação do mesmo

Tipos de Materiais

Propriedades dos Materiais

Composição e Processo de Fabricação

Microestrutura

Aula 1: Introdução

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Metais

Aula 1: Introdução

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�  Fortes �  Moldáveis �  Ductilidade �  Brilho �  Bons condutores de corrente elétrica Os metais na Tabela Periódica (em cinza).

Cerâmicas

Aula 1: Introdução

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�  A palavra cerâmica vem do grego

“keramikos” (material queimado).

�  São compostos que envolvem elementos

metálicos e não-metálicos

�  Aplicadas em tijolos, louças, refratários,

materiais eletrônicos, fibras, abrasivos e

componentes aeroespaciais.

ALUMINA

SiC

•  Apresentam alta dureza, alta fragilidade, estrutura cristalina

complexa, elevado ponto de fusão, isolante térmico e elétrico.

Figura copiada do material do Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio

Aula 1: Introdução

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Vidros

�  São materiais sólidos não-cristalinos com composições

comparáveis `as das cerâmicas cristalinas.

�  O vidro comum é composto por 72% de SiO2 e o restante de

Na2O e CaO.

�  São frágeis.

�  São capazes de transmitir a luz visível, ultravioleta e

infravermelha.

�  Apresentam inércia química

Aula 1: Introdução

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Vitrocerâmica

Aula 1: Introdução

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•  É um material cerâmico obtido por técnicas vidreiras e constituído de microcristais dispersos numa fase vítrea.

•  É obtido submetendo o vidro comum a temperaturas elevadas (de 500°C a 1000 °C ).

•  O termo vitrocerâmica refere-se essencialmente a uma combinação de vidro com lítio, silício, alumínio e óxidos que produz uma variedade de materiais com interessantes propriedades termomecânicas.

•  Possuem maior resistência que os vidros comuns, uma baixa condutividade elétrica e quase nenhuma dilatação térmica.

Polímeros

Aula 1: Introdução

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•  Os polímeros são moléculas de cadeia longa compostos basicamente de átomos de C, N, O, F.

•  Polietileno (C2H4)n

•  São ducteis

•  Baixo custo

•  Versáteis

•  Grande utilidade

Compósitos

Aula 1: Introdução

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�  São materiais formados por dois ou mais

constituintes (metais, cerâmicas e

p o l í m e r o s ) e q u e a p r e s e n t a m

p r o p r i e d a d e s d i s t i n t a s d e s e u s

componentes separadamente.

Ex. Fibra de Vidro (sintético)

Fibra de carbono

Madeira (natural)

Concreto (agregado)

Semicondutores

Aula 1: Introdução

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•  São sólidos geralmente cristalinos de condutividade elétrica

intermediária entre os condutores e os isolantes.

•  Os semicondutores apresentam em sua composição os

elementos Si, Ge e Sn.

•  O controle da pureza química permite o controle das

propriedades eletrônicas.

Ex. GaAs (retificador de alta temperatura e laser)

CdS (célula solar)

Escolha do Material

�  Deve ser levado em consideração: custo, tempo ou vida útil,

aparência e finalidade.

Critérios para a Seleção de um Material

•  Condições de operação que será submetido o referido

material e levantar as propriedades requeridas para tal

aplicação;

•  O tipo de degradação que o material sofrerá em serviço.

•  Custo-benefício Aula 1: Introdução

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Questões para refletir….

�  Como definir qual o melhor material para um determinado

fim, por exemplo a construção de um cilindro de gás

comercial?

�  Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para

selecionar um material entre tantos outros?

�  Qual a importância das ciências básicas, Química, Física e

Matemática no desenvolvimento de um material?

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Referências

�  SHACKELFORD, J. F. Ciências dos Materiais. Tradução: Daniel Vieira. 6a ed. Pearson: São Paulo, 2008.

�  CALLISTER, W.D. Materials Science and Engineering – An Introduction. 6 ed. Nova York: John Wiley & Sons, Inc. 2003.

Aula 1: Introdução

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