Aula 01 - Introdução
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Material para a aula:
•Copo do IFSC
•Tampa de panela
Para que serve esta disciplina?
Para você conhecer os diversos tipos de
matérias, e com esse conhecimento escolher o
material mais adequado para as diversas
situações.
Como definir qual o melhor material para um determinado fim?
Exemplo: Copo
Vidro
Cerâmica
Plástico
Madeira
Metal
Papel
Depende do:
Custo
Tempo de vida ou Durabilidade
Aparência
Finalidade
Conceitos
básicos
1. O que é um átomo?
Todas as substâncias são feitas de matéria e a unidade
fundamental da matéria é o átomo. O átomo constitui a
menor partícula de um material.
Exemplos:
Barra de ferro => unidade fundamental: átomo de ferro
Frota de carros => unidade fundamental: um único
carro
Partes do átomo:
2. O que é um elemento químico?
São “tipos de átomos”. Os elementos químicos são
encontramos na tabela periódica.
Exemplos:
Elemento químico ferro => formado por átomos do tipo
ferro
Elemento químico oxigênio => formado por átomos do
tipo oxigênio
Tipos de carros => fiesta, celta, gol, golf...
Tabela periódica
Teste seu conhecimento:
3. O que é um material?
É um “amontoado” de átomos.
Exemplos:
Uma barra de ferro é composta por átomos de ferro.
Um fio de cobre é composto por átomos de cobre.
4. Aço = Ferro + Carbono ( 0 a 2,1% de C)
5. Ferro fundido = Ferro + Carbono ( >2,1% a 6,67% de C)
Tradicionalmente os materiais podem ser
classificados em 3 grupos básicos:
Classificação de Materiais
Divisão básica de materiais sólidos:
(a) Metais;
(b) Cerâmicas, e
(c) Polímeros.
Este esquema é baseado principalmente na constituição
química e estrutura atômica, e muitos materiais caem num
distinto grupamento ou num outro, embora existam alguns
intermediários.
Cerâmicas
LIGAÇÃO IÔNICA
Cerâmicas são compostos entre elementos metálicos e
não-metálicos: são normalmente óxidos, nitretos e carbetos.
A larga faixa de materiais que caem dentro desta
classificação inclui cerâmicas que são compostas de minerais
de argilas, cimento e vidro.
Estes materiais são tipicamente isolantes à passagem de
eletricidade e de calor, e são mais resistentes a altas
temperaturas e ambientes agressivos do que metais e
polímeros.
Com relação ao comportamento mecânico, cerâmicas são
duras mas muito frágeis.
Características Gerais
ALUMINA
•
•
•
•
•
•
•
•
Em geral opacos mas podem ser
transparentes
Bons isolantes térmicos e
elétricos
Frágeis
Dureza elevada
Ponto de fusão elevado (Zr
1855oC, SiO2 1600oC, C 3550oC)
Maleabilidade ruim
Boa resistência à corrosão
Densidade média
Materiais Cerâmicos
Tipos
Exemplos
•
Cerâmica Tradicional
•
Tijolo, azulejo, porcelana, vidro
•
Cerâmica Avançada
•
Diamante, óxido de zircônio,
óxido de alumínio, Carboneto de
silício, semi-condutores.
Metais
Materiais metálicos são normalmente combinações de
elementos metálicos.
Eles têm grande número de elétrons não localizados, isto
é, estes elétrons não estão amarrados a átomos particulares.
LIGAÇÃO METÁLICA
Muitas propriedades de metais são diretamente atribuíveis
a estes elétrons.
Metais
Metais são extremamente bons condutores de eletricidade
e de calor e não são transparentes à luz visível: a superfície
de um metal polido tem aparência lustrosa. Além disso, metais
são bastante fortes, ainda deformáveis, que respondem pelo
seu extensivo uso em aplicações estruturais.
Características Gerais
•
•
•
•
•
•
•
•
Possuem brilho
Boa condutividade térmica e
elétrica
Boa maleabilidade
Ponto de fusão ~ 1000oC
Dureza média
Boa tenacidade
Em geral, resistência à corrosão
é ruim
Em geral, densidade alta
Materiais Metálicos
Tipos
Exemplos
•
Metais Ferrosos
•
Aço, Ferro fundido
•
Metais leves
•
Alumínio, Titânio, Magnésio
•
Metais de baixo ponto de fusão
•
Chumbo, Estanho, Zinco
•
Metais nobres
•
Ouro, Prata, Platina
•
Metais refratários
•
Tungstênio, Molibdênio
•
Metais resistêntes à corrosão
•
Cobre, Latão, Bronze, Níquel
Polímeros
LIGAÇÃO COVALENTE
Polímeros incluem os materiais familiares plástico e
borracha.
Muitos deles são compostos orgânicos que são
quimicamente baseados em carbono, hidrogênio, e outros
elementos não metálicos.
Possuem estruturas moleculares muito grandes.
Estes materiais têm tipicamente baixas densidades e
podem ser extremamente flexíveis.
Características Gerais
•
•
•
•
•
•
•
Em geral opacos mas podem ser
transparentes
Bons isolantes térmicos e
elétricos
Boa plasticidade e elasticidade
Baixa dureza
Baixo ponto de fusão
Resistência à corrosão média
Baixa densidade
Materiais Poliméricos
Tipos
Exemplos
•
Naturais
•
Latex, pele, DNA, glicose,
celulose, lignina, unha, chifre,
cabelo, algodão, seda, proteína.
•
Sintéticos
•
Acrílico, isopor, PVC,
Policarbonato, Náilon, PET
Além disso, ainda temos duas subclasses
Os COMPÓSITOS e os MATERIAIS AVANÇADOS
Compósitos
É composto por dois ou mais materiais individuais.
Um compósito é projetado para exibir uma combinação das
melhores características de cada um dos materiais
componentes que não é obtida por qualquer material isolado.
Compósitos naturais: madeira e osso.
Sintético: Fibra de vidro + polímero (epóxi ou poliéster).
Resistentes e rígidas,
mas frágeis
Dútil, mas fraco e
flexível.
Características Gerais
•
•
São produtos produzidos de
modo a se obter uma otimização
de propriedades
Tem-se propriedades que não se
consegue num único material,
ou que seja economicamente
mais vantajoso
Materiais Compósitos
Tipos
•
Mesma classe
•
Classes distintas
Exemplos
•
Folha de flandres, aços
galvanizados, madeira (celulose
+ lignina)
•
Pneu, embalagem tetrapak, fibra
de vidro, fio condutor de
eletricidade com isolante, copo
do IFSC
Materiais Avançados
São tipicamente materiais tradicionais cujas propriedade
foram aprimoradas ou então produtos de alto desempenho
recentemente desenvolvidos.
Ex.: computadores, aeronaves, foguetes militares,
sistemas de fibra óticas, espaçonaves, LCD, fibra ótica etc.
Os materiais avançados podem ser: metais, cerâmicas e
polímeros.
Em geral são de alto custo. São eles:



Semicondutores;
Biomateriais;
Materiais Nanoengenheirados.
Materiais Avançados: Semicondutores
Possuem propriedades elétricas que são intermediárias
entre aquelas dos condutores elétricos (metais e ligas
metálicas) e os isolantes (cerâmicas e polímeros)
São extremamente sensíveis a impurezas.
Materiais Avançados: Biomateriais
São componentes implantados no corpo humano para
substituição de partes doentes ou danificadas.
Não devem possuir substâncias tóxicas e devem ser
compatíveis com os tecidos do corpo.
Todos os componentes antes citados podem ser utilizados.
Materiais Avançados: Nanoengenheirados
São materiais que tem seus átomos e moléculas
manipulados e movidos com o auxílio de microscópios de
varredura, com o objetivo de formar novas estruturas.
Esse arranjo dos átomos oportuniza o desenvolvimento de
propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas, entre outras
que não seriam possíveis de outra maneira.
Este estudo é chamado de nanotecnologia.
“nano” indica dimensões da ordem de 10-9 metros
Materiais avançados: Nanoengenheirados