CIÊNCIAS E

TECNOLOGIA DOS

MATERIAIS

Os diferentes tipos de materiais

empregados na engenharia

Profa: DÉBORA DELATORE

MATERIAIS DE ENGENHARIA

• DEFINIÇÃO- Materiais

são substâncias com

propriedades que as

tornam úteis na

construção de máquinas,

estruturas, dispositivos e

produtos.

• Em outras palavras-

São os materiais que o

homem utiliza para

“produzir coisas” Quais materiais?

MATERIAIS DE ENGENHARIA

Latas de alumínio (metal)

Garrafas de vidro

(cerâmico)

Garrafas plásticas

(polímero)

Fonte: CALLISTER

INTRODUÇÃO• Ciência dos materiais faz parte do conhecimento básico

para todas as engenharias

Os materiais apresentam propriedades específicas

Aço: facilmente usinado (processamento).

Suficientemente TENAZ, severas condições

de uso (pronto)

Portanto, os materiais apresentam suaspropriedades

PlasticidadeEstabilidade

elétricaDurabilidade

química... ...

INTRODUÇÃOPROPRIEDADES DOS MATERIAIS

Materiais quando expostos a estímulos externosprovocam algum tipo de resposta:

- Amostra sujeita a forças: deformação

- Superfícies metálica polida: reflete luz

Peculiaridade do material em termos do tipo e da intensidade da resposta a um estímulo específico, que lhe

é imposto. Independe da forma e tamanho do material

Polímeros ≠

INTRODUÇÃO

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS SÓLIDOS

- Mecânica: relacionada com a deformação por carga ou força aplicada (elasticidade e resistência).

- Elétrica: condutividade elétrica e estímulo campo elétrico.

- Térmica: capacidade calorífica e condutividade térmica.

- Magnética: resposta à aplicação de um campo magnético -atração ou repulsão (campo de força: cargas elétricas –elétrons, prótons ou íons).

INTRODUÇÃO

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS SÓLIDOS

- Ótica: estímulo é a radiação eletromagnética ou a luminosa (índice de refração, refletividade)

- Deteriorativa: indica a reatividade química dos materiais

O desempenho de um material é função das suas propriedades:

Estrutura Processamento Propriedades Desempenho

O número de materiais cresceu muito nas últimas décadas e a tendência é de se proliferarem mais num

futuro próximo

• Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de extração de materiais da natureza

• Modificação de materiais naturais

• Combinação de materiais conhecidos para a formação de novos materiais

Materiais

compósitos

(vidro) de matriz

polimérica

CLASSIFICAÇÃO

Os materiais sólidos são classificados em três grupos:

• Materiais metálicos

• Materiais cerâmicos

• Materiais poliméricos

Essa classificação é baseada na estrutura atômica e nas

ligações químicas predominantes em cada grupo

ATUALMENTE-Novo grupo=Materiais compósitos:

combinação de materiais diferentes.

MATERIAIS METÁLICOS

• São combinações de elementos metálicos

Possuem elétrons livres Excelentes condutores

• Calor

• Eletricidade

• Resistentes

• Deformáveis

Aço- Ocupa um lugar de destaque devido á sua vasta

utilização (liga de ferro + carbono)

MATERIAIS METÁLICOS

Metais mais tradicionais- Cobre, Ouro e Ferro

MATERIAIS CERÂMICOSDefinição - São combinações de metais com elementos não

metálicos (óxidos, nitretos e carbonetos).

EX: cimento e vidro.

• Ligações iônicas ou covalentes;

• Isolantes térmicos e elétricos;

• Resistentes a altas temperaturas (metais e polímeros);

• Propriedades mecânicas: Duros e frágeis (quebradiços).

Isolante elétricos

Cerâmicas vermelha

FeO e Fe2O3

Cerâmicas branca

Baixo teor de FeO e Fe2O3

e Fe(OH)2, Fe(OH)3

Isolante térmico e elétrico

SiC WC

BN

CaOSiO

MATERIAIS POLIMÉRICOS

• POLÍMEROS: compreendem os materiais comuns de

plástico e borracha. Muitos deles são compostos orgânicos

que tem sua química baseada no carbono, no hidrogênio e em

outros elementos não-metálicos; além disso, possuem

estruturas moleculares muito grandes.

• Resistentes a corrosão;

• Alta flexibilidade;

• Baixa densidade (leves).

• EUA-29% da produção mundial

MATERIAIS POLIMÉRICOS

MATERIAIS POLIMÉRICOSSão classificados em:

• Resinas Termoplásticas- Conformados mecanicamente

desde que reaquecidos. Com esfriamento rígido. Ex:

Polietileno, Poliestireno

Paredes plásticas – cloreto de polivinilagarrafas plásticas – Oaxaca (México)

Refletores para luz

fluorescente

Poliestireno

MATERIAIS POLIMÉRICOS

São classificados em:

• Resinas Termorrígidas- Conformáveis plasticamente

apenas em um estágio intermediário de sua fabricação.

Mais resistentes que os termoplásticos e resistem a

temperaturas elevadas

MATERIAIS POLIMÉRICOS

São classificados em:

• Elastômeros- Materiais conformáveis que se alongam

elasticamente. Ex: borracha natural e borracha sintética.

COMPÓSITOS• Materiais compósitos são constituídos de

mais de um tipo de material insolúveisentre si (Matriz e reforço).

• Os compósitos são “desenhados” paraapresentarem a combinação das melhorescaracterísticas de cada materialconstituinte;

• Exemplo clássico- Compósito de matrizpolimérica com fibra de vidro. O materialcompósito apresenta a resistência da fibrade vidro associado a flexibilidade dopolímero

Reforços

Matriz cerâmica

Matriz metálica

Matriz polimérica

Fibras de celuose + lignina

SEMICONDUTORES

-Propriedades elétricas intermediárias entre metais e

isolantes. Sensíveis a presença de pequenas

quantidades de impureza

- Resistividade não deve diferir de 1 ohm.cm,

Utilizável em um circuito eletrônico (Ge e Si)

BIOMATERIAIS

-Componentes para implantes de partes em seres

humanos

-Não devem produzir substâncias tóxicas e

compatíveis com o tecido humano

-Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser

usados

QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES

EXISTEM ?

COMO ESCOLHER ??

Como definir qual o melhor material

para um determinado fim?

Exemplo: Copo

•Vidro

•Cerâmica

•Plástico

•Madeira

•Metal

• Papel

• Custo

• Tempo de vida ouDurabilidade

• Aparência

• Finalidade: Natureza dolíquido

Depende

Quais os critérios que um engenheiro deve

adotar para selecionar um material entre

tantos outros?

• Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizar

quais as condições de operação que será

submetido o referido material e levantar as

propriedades requeridas para tal aplicação, saber

como esses valores foram determinados e quais as

limitações e restrições quanto ao uso dos mesmos.

Quais os critérios que um engenheiro

deve adotar para selecionar um material

entre tantos outros?

• A segunda consideração na escolha domaterial refere-se ao levantamento sobreo tipo de degradação que o materialsofrerá em serviço.

• Por exemplo, elevadas temperaturas eambientes corrosivos diminuemconsideravelmente a resistênciamecânica dos materiais metálicos.

Quais os critérios que um engenheiro

deve adotar para selecionar um material

entre tantos outros?

• Finalmente, a consideração

talvez mais convincente é

provavelmente a econômica:

Qual o custo do produto

acabado??? Um material pode

reunir um conjunto ideal de

propriedades, porém com custo

elevadíssimo.

ENERGIA E MATERIAIS

A demanda, a produção e o preço dos materiais estão

estreitamente relacionados com o consumo de

energia.

RECICLAGEM- O ganho energético obtido com

a reciclagem de um material como o alumínio por

exemplo, é de 85%.

VANTAGENS-

• Economia de matéria-prima

• Diminuição de rejeitos

ENERGIA E MATERIAIS

RECICLAGEM ECONOMIA DE ENERGIA

Alumínio 92%

Cobre 85%

Borracha 71%

Ferro e aço 65%

Chumbo 65%

Papel 64%

Zinco 60%

Obrigada!!!