CIÊNCIA DOS MATERIAIS

VALÉRIA COSTA DE OLIVEIRA

CIÊNCIA DOS MATERIAIS

•Envolve investigação das correlações que existem entre as estruturas e propriedades de materiais.

ENGENHARIA DE MATERIAIS• Correlações estrutura-propriedade, o projeto ou a

engenharia da estrutura de um material para produzir um predeterminado conjunto de propriedades.

• Por que nós estudamos materiais? Muitos dos cientistas aplicados ou engenheiros, sejam eles mecânicos, civis, químicos, ou elétricos, estarão uma vez ou outra expostos a um problema de projeto envolvendo materiais. Exemplos poderíam incluir uma engrenagem de transmissão, a superestrutura para um prédio, um componente para refinaria de óleo, ou um "chip" de microprocessador. Naturalmente, cientistas de materiais e engenheiros são especialistas que estão totalmente envolvidos na investigação e projeto de materiais.

ESTRUTURA• ARRANJO DE SEUS COMPONENTES INTERNOS.

• Estrutura subatômica envolve elétrons dentro dos átomos individuais e interações com o seu núcleo.

• Num nível atômico, ESTRUTURA ABRANGE A ORGANIZAÇÃO DOS ÁTOMOS OU MOLÉCULAS ENTRE SI.

• "microscópico", significando aquilo que é submetido à observação direta usando algum tipo de microscópio.

• "macroscópicos“ - elementos estruturais que podem ser visto com ôlho nu.

PROPRIEDADE• É um traço (característica) de um material em termos do

tipo e magnitude de resposta a um específico estímulo imposto. Geralmente, definições de propriedades são feitas independente da forma e tamanho do material

• Enquanto usado em serviço, todos os materiais são expostos a estímulos externos que evocam algum tipo de resposta. Por exemplo, uma amostra submetida a forças irá experimentar deformação, ou uma superfície de metal polido refletirá luz.

CATEGORIAS DE PROPRIEDADES(A) MECÂNICA- deformação a uma carga ou força aplicada; exemplos incluem módulo elástico e resistência mecânica.

(B) ELÉTRICA - condutividade elétrica e constante dielétrica, o estímulo é um campo elétrico.

(C) TÉRMICA - comportamento térmico de sólidos pode ser representado em termos de capacidade calorífica e condutividade térmica.

(D) MAGNÉTICA - demonstram a resposta de um material à aplicação de um campo magnético.

(E) ÓTICA - o estímulo é eletromagnético ou radiação de luz, índice de refração e refletividade são representativas propriedades óticas.

(F) DETERIORATIVA - deteriorativas indicam a reatividade química de materiais.

PROPRIEDADES• Antes de mais nada, as condições em serviço devem

ser caracterizadas, de vez que estas ditarão as propriedades requeridas do material. Somente em ocasiões raras um material possuirá uma combinação máxima ou ideal de propriedades.

• Assim pode ser necessário perder uma característica para ter uma outra. O exemplo clássico envolve resistência mecânica e dutilidade; normalmente, um material tendo uma alta resistênca mecânica terá apenas uma limitada dutilidade.

PROPRIEDADES

• Uma segunda consideração de seleção é qualquer deterioração de propriedades de materiais que pode ocorrer durante operação em serviço. Por exemplo, significativas reduções em resistência mecânica podem resultar da exposição a temperaturas elevadas ou ambientes corrosivos.

• Pode-se encontrar um material que tenha um conjunto ideal de propriedades mas seja proibitivamente caro. Aqui de novo, algum compromisso é inevitável. O custo de uma peça acabada inclui também qualquer despesa incorrida durante a fabricação para produzir a desejada forma.

• Quanto maior for a familiaridade de um engenheiro ou cientista com as várias características e correlações estrutura-propriedade, bem como técnicas de processamento de materiais, tanto mais proficiente e confiável ele ou ela será para fazer escolhas judiciosas de materiais baseadas nestes critérios.

CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS• Materiais sólidos:

(a) metais;(b) cerâmicas, e(c) Polímeros

(d) compósitos, e

(e) semicondutores.

COMPOSITOS•Consistem de combinações de 2 ou mais diferentes materiais, enquanto que semicondutores são utilizados por causa de suas desusuais características elétricas.

METAIS• Materiais metálicos são normalmente combinações

de elementos metálicos.

• Grande número de elétrons não localizados

• BONS CONDUTORES DE ELETRICIDADE E DE CALOR

• NÃO SÃO TRANSPARENTES À LUZ VISÍVEL: a superfície de um metal polido tem aparência lustrosa.

• São bastante fortes, ainda deformáveis, que respondem pelo seu extensivo uso em aplicações estruturais.

CERÂMICAS• Cerâmicas são compostos entre elementos metálicos e

não-metálicos: eles são muito frequentemente 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.

• ISOLANTES À PASSAGEM DE ELETRICIDADE E DE CALOR,

• MAIS RESISTENTES A ALTAS TEMPERATURAS e AMBIENTES RUDES do que metais e polímeros.

• Com relação ao comportamento mecânico, cerâmicas são duras mas muito frágeis.

POLÍMEROS• 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;

• grandes estruturas moleculares.

• Estes materiais têm tipicamente baixas densidades e podem ser extremamente flexíveis.

COMPÓSITOS• CONSISTEM MAIS DO QUE UM TIPO DE

MATERIAL.

• Fiberglass é um exemplo familiar, no qual fibras de vidro são embutidas dentro de um material polimérico.

• Um compósito é projetado para exibir uma combinação das melhores características de cada um dos materiais componentes. "Fiberglass" adquire resistência mecânica das fibras de vidro e flexibilidade do polímero. Muitos dos recentes desenvolvimentos de material têm envolvido materiais compósitos.

SEMICONDUTORES• PROPRIEDADES ELÉTRICAS QUE SÃO

INTERMEDIÁRIAS ENTRE OS CONDUTORES ELÉTRICOS E OS ISOLANTES.

• As características elétricas destes materiais são extremamente sensíveis à presença de diminutas concentrações de átomos impurezas, cujas concentrações podem ser controladas ao longo de muito pequenas regiões espaciais.

• Os semicondutores tornou possível o advento do circuito integrado que revolucionou totalmente a eletrônica e as indústrias de computadores (sem mencionar as nossas vidas) ao longo das 2 décadas passadas.