1CAPITULO 1Introduo

DEM FUNDAMENTOS CINCIA DOS MATERIAIS UDESC

11 MATERIAIS NATURAISPEDRA, COBRE METEORITO, MADEIRA COURO, BORRACHA, DIAMANTE

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MATERIAIS DESENVOLVIDOS EMPIRICAMENTE,

PRATICAMENTE SEM CONHECIMENTO CIENTFICO

PRVIO

BRONZE, AO, LATO, FERRO FUNDIDO, VIDRO, CONCRETO

3MATERIAIS DESENVOLVIDOS

COM AUXLIO DE DESENVOLVIMENTOS

CIENTFICOS

Al E LIGAS, Ti E LIGAS, Mg E LIGAS, METAL DURO, AO INOX, TERMOPLASTICOS, ELASTOMEROS, CERMICAS VTREAS, FERRITE

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MATERIAIS PROJETADOS DESENVOLVIDOS QUASE QUE EXCLUSIVAMENTE A

PARTIR DE FUNDAMENTOS CIENTFICOS

SUPERLIGAS, LIGAS DE EFEITO MEMRIA, AOS DE ALTA RESISTNCIA, VIDROS METLICOS, CERMICAS DO TIPO SIALON, CERMICAS DE CORTE Al2 O3 E ZrO2 , SEMICONDUTORES...

NVEL DE DESENVOLVIMENTO CARACTERIZAO EXEMPLOS

= Evoluo1.1 Perspectiva Histrica

1Viso Geral da Evoluo

1Materiais

Engenharia

Cincia e Engenharia dos Materiais a rea da atividade humana associada com a gerao e a aplicao de conhecimentos que relacionem composio, estrutura e processamento de materiais s suas propriedades e usos.

Investigao das relaes entre composio/estrutura e

propriedades dos materiais

Projetar, desenvolver ou aperfeioar tcnicas deprocessamento de materiais com base nas

relaes composio/estrutura e propriedades.

E tambm: Desenvolver formas de produo de materiais

socialmente desejveis a custo socialmente aceitvel.

Objetivos Desenvolvimento de materiais j conhecidos visando novasaplicaes ou visando melhorias no desempenho. Desenvolvimento de novos materiais para aplicaes conhecidas. Desenvolvimento de novos materiais para novas aplicaes.

Cincia

Morris Cohen, MIT (in Padilha, A.F. Materiais de Engenharia, Hemus, 1997, cap. 1)

1.2 Cincia e Engenharia de Materiais

1Vesturio

Super jeans usa tecnologia espacial para proteger motociclistasO tecido combina as qualidades do jeans com a extrema resistncia da fibra sinttica espacial

Pierre-Henry Servajean

75 % dos seus colegas usam jeans em seus passeios de moto

descobriu uma fibra chamada UHMWPE, utilizada pela Agncia Espacial Europeia (ESA) em 2007

duas vezes mais forte do que o Kevlar, e de 10 a 100 vezes mais resistente do que o ao

No caso de um acidente, somente a camada externa do jeans se rasga, e a pele do motociclista no atingida.

UltraHighMolecular Weight Polyethylene

1Novidades

Criado um vidro mais forte do que o aovidro metlico

uma microliga de paldio com silcio, fsforo e germnio, que permitiram a fabricao de bastes de vidro de aproximadamente um milmetro de dimetro. A adio de prata permitiu o aumento das placas

"O resultado que o vidro mostra uma extensa plasticidade em resposta ao estresse, permitindo que ele se curve, em vez de se quebrar,"

As dimenses das peas de vidro metlico so limitadas pela necessidade de esfriar rapidamente os metais lquidos para formar sua estrutura final amorfa

1 imitao de estruturas encontradas na natureza para a soluo de problemas de engenharia.

NovidadesCermica mais dura do mundo criada imitando a madreprola

BIOMIMETISMO

A madreprola uma substncia calcria de origem animal, dura e brilhante. Ela produzida principalmente por moluscos

Controlando cuidadosamente o congelamento de partculas de xido de alumnio (alumina) suspensas em gua salgada, e adicionando um polmero conhecido como PMMA (polimetilmetacrilato), os pesquisadores fabricaram uma cermica que 300 vezes mais dura do que os seus elementos constituintes.

A madreprola, com toda a beleza de sua iridescncia e a sua dureza, tem 95% de sua estrutura formada por aragonita, um mineral de carbonato de clcio duro, mas quebradio. Os outros 5% so molculas orgnicas.

Sua dureza vem de uma arquitetura de comprimento varivel, com estruturas variando de nanmetros at micrmetros de comprimento.

A engenharia humana ainda no capaz de reproduzir essas variaes de escala, que resultam em uma dureza 3.000 vezes maior do que a dureza do material original de que feita a madreprola.

1 A lmpada incandescente se apaga depois de 130 anos, em um dos mais fascinantes movimentos de inovao tecnolgica de nosso tempo INCANDESCENTE

Patente 1880Expanso: Incio do Sculo XX

O QUE TEM DE ECOLGICANo incorpora materiais

perigosos(trabalha com filamento de tungstnio) e pode ser

facilmente reciclvel

A TECNOLOGIAO filamento aquecido a 3000

graus emitindo calor e luz

PONTO NEGATIVOIneficiente, usa apenas 10% da

energia para transform-la em luz o restante perdido na forma de

calor

Evoluo

1 FLUORESCENTEPatente 1926

Expanso: Em meados dos anos 90 ( os modelos compactos)

O QUE TEM DE ECOLGICAA verso de 13 Watts produz 800 lumens de luminosidade igual a uma incandescente de

60 Watts, mas dura oito vezes mais

A TECNOLOGIAA energia flui atravs da mistura de argnio

e vapor de mercrio. A excitao qumica acelera o fosforo branco no interior do

vidro

PONTO NEGATIVOExige pelo menos trs minutos de

aquecimento para emitir qualidade total de iluminao

1Nessa tecnologia, um semicondutor semelhante ao usado nos microcomputadores, quando atravessado por energia, emite

luminosidade

LEDPatente 2008

Expanso: A partir de 2010

O QUE TEM DE ECOLGICAUtiliza 87% menos energia para

produzir a mesma luminosidade de uma incandescnte de 60 Watts

A TECNOLOGIAO movimento de eltrons nos

semicondutores emite luz fria, sem calor.

PONTO NEGATIVOExige mudana dos pontos de

conexo apenas agora comea a surgir no mercado modelos com

soquetes tradicionais

1 Se a metade de toda a iluminao mundial fosse convertida tecnologia LED at 2025, seria possvel economizar 120 gigawatts de eletricidade. Isso reduziria as emisses de dixido de carbono em 350 milhes de toneladas por ano. Nos Estados Unidos, equivaleria a tirar 7,5 milhes de carros das ruas.

1MATERIAIS E RECICLAGEM

a Whirlpool (fabricante das marcas Brastemp e Consul) dispe de um programa de coleta e reciclagem de geladeiras antigas. Por enquanto, o servio no aberto a todos os consumidores.

1REPRESENTAO CLASSICA

1Composio

Natureza qumica dos materiais

Metais alcalinosMetais alcalinos terrososMetaisSemi MetaisNo MetaisHalogeneosGases Nobres

Cada elemento tem seu simbolo prprio, numero atmico e massa. O simbolo de cada elemento nico e nem sempre corresponde primeira letra do nome do elemento

Massa atmica

Simbolo

Nmero atmico

A tabela Peridica Descrio do elemento

1Estrutura

Associada ao arranjo dos componentes do material em estudo depende da escala

Macroestrutura (m)

Qualidade-Gerao de energia-Eficincia-Durabilidade-Custo

Microestrutura 1 - 10(mm)

Microestrutura 50 - 500(m)

Nanoestrutura 3 - 100(nm) Atmica

1 - 100(Angstroms)

Bloco de motor em ligade alumnio fundido(material em desenvolvimento)Ford Motor Company

Qualidade-Propriedades afetadas-Ductilidade-Resistncia fadiga

1Propriedades

Tipo e intensidade da resposta a um estmulo que imposto ao material

As principais propriedades dos materiais podem seragrupadas em: Mecnicas Eltricas Trmicas Magnticas pticas Qumicas de degradao (corroso, oxidao, desgaste)

Processamento

Desempenho

1Processamento

conjunto de tcnicas para obteno de materiais com formas e propriedades especficas.

Transparente

TranslucidoOpaco

Monocristal

Policristal(denso)

Policristal(Poroso)

trs amostras de alumina (Al2O3) processadas por diferentes rotas

1trs amostras de alumina (Al2O3) processadas por diferentes rotas

1METAL

CERMICA

POLIMERO

Uma classificao muitoutilizada, baseada nacomposio: Metlicos Cermicos Polimricos Compsitos

Mesma aplicao Diferentes materiais

1.4 Classificao dos materiais

1Metais

Propriedades gerais :

Resistncia mecnica demoderada a alta. Moderada plasticidade. Alta tenacidade. Opacos. Bons condutores eltricos etrmicos.- Aparncia Lustrosa

Cermica

Propriedades gerais :

Isolantes trmicos e eltricos. Refratrios. Inrcia qumica. Corpos duros e frgeis

Tipos de materiais : Cermicas tradicionais. Cermicas de alto desempenho. Vidros e vitro-cermicas. Cimentos

1 Polmeros

Propriedades gerais : Baixa densidade. Flexibilidade e facilidade deconformao. Tenacidade. Geralmente pouco resistentes a altastemperaturas.

Tipos de materiais : Termo-plsticos. Termo-rgidos. Elastmeros

Novas classificaes

Metlicos Cermicos Polimricos Compsitos

- Semicondutores- Biomateriais- Nanomateriais

- Materiais inteligentes

1 Compsitos Semicondutores

ExemplosTodos os componentes eletrnicos do computadorSo a base da tecnologia de opto- eletrnica - lasers, detetores, circuitos integrados ticos e clulas solares.

Biomateriais

1Propriedades - Densidade

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Metais

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1.4 Classificao dos materiais e porque estudar materiais

1 Classificao dos MateriaisPropriedades - Mecnicas

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Metais Cermicos

Polimeros

Compsitos

1 Classificao dos MateriaisPropriedades Eltricas

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Metais

Cermicos Polimeros

Semicondutores

1

1Mola300 Km/h

1R$ 31.000,00 Fibra de carbono + vidro + Kevlar

118 camadas

1Capacidade de suportar 3 toneladasA prova de fogo

Leve Parafusos de Ti1,350 kg

Absorver impacto

1Fibra de vidro e isopor1975

1MATERIAIS

COMPOSTOS

Quando se tenta restaurar uma articulao ou tratar uma fratura do osso, perceptvel que a reparao do osso deve ser feita de modo conveniente para se ter a melhor reparao possvel, pois se a recolocao falhar por alguma razo, haver mais dificuldades em restituir a juno numa segunda cirurgia, j que uma parte significativa do tecido natural foi destrudo. Infelizmente, os efeitos das cargas mecnica compressivas ou tenses biomecnicas na reparao de ossos longos no so totalmente entendidos. Cargas excessivas no podem ser impostas ao implante mesmo que localmente, pois danificaria as clulas e/ou tecidos adjacente ao invs de aumentar sua interao ou bioadeso

Nmero do slide 1Nmero do slide 2Nmero do slide 3Nmero do slide 4Nmero do slide 5Nmero do slide 6Nmero do slide 7Nmero do slide 8Nmero do slide 9Nmero do slide 10Nmero do slide 11Nmero do slide 12Nmero do slide 13Nmero do slide 14Nmero do slide 15Nmero do slide 16Nmero do slide 17Nmero do slide 18Nmero do slide 19Nmero do slide 20Nmero do slide 21Nmero do slide 22Nmero do slide 23Nmero do slide 24Nmero do slide 25Nmero do slide 26Nmero do slide 27Nmero do slide 28Nmero do slide 29Nmero do slide 30Nmero do slide 31Nmero do slide 32