Disciplina MAF 2130 Química Aplicada Turma...
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Profa. Dra. Adélia Lima Email: [email protected]
Disciplina MAF 2130 Química Aplicada
Turma A02 CIÊNCIAS DOS
MATERIAIS
Aula 1: Introdução
1
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
4
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?
Aula 1: Introdução
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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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