Ciência e tecnologia dos materiais

Classificação dos materiais

Profa. Keli Vanessa Salvador Damin

Keli.salvador@ifsc.edu.br

Versão 2015/1

Introdução

O que é um material?O que é um material?

IntroduçãoO que é um material?O que é um material?

Um material nada mais é que Um material nada mais é que um “amontoado” de átomosum “amontoado” de átomos

Exemplo de um Exemplo de um materialmaterial

Requisitos básicosRequisitos básicospara “ser” um materialpara “ser” um material

Introdução ÁtomosÁtomos

São os “ingredientes” dos materiaisSão os “ingredientes” dos materiais

FeFe

VV

CaCa

MoMo

NiNi

AuAu

AgAg

KK

HH

PP

OO

CCSiSi

AlAlSS

Introdução Átomos - ClassificaçãoÁtomos - Classificação

- MetaisMetais

- Semi-metaisSemi-metais

- Não metaisNão metais

- Gases nobresGases nobresÁtomos metálicosÁtomos metálicos

Semi-metaisSemi-metais

Não metaisNão metaisGases nobresGases nobres

Tradicionalmente os materiais podem ser Tradicionalmente os materiais podem ser classificados em 4 grupos básicos:classificados em 4 grupos básicos:

Cerâmicos

Metálicos Poliméricos

Compósitos

Materiais Avançados

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.

Classificação de Materiais

Em adição, existem 2 outros grupos de importantes materiais:

(d) Compósitos;

Compósitos consistem de combinações de 2 ou mais diferentes materiais.

Classificação de Materiais

(e) Materiais avançados.

Utilizados em aplicações de alta tecnologia: semicondutores, biomateriais, materiais inteligentes, materiais de nanoengenharia.

Semicondutores são utilizados por causa de suas características elétricas.

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.

Materiais MetálicosMateriais Metálicos

Características GeraisCaracterísticas Gerais

• Possuem brilhoPossuem brilho• Boa condutividade térmica e Boa condutividade térmica e

elétricaelétrica• Boa maleabilidadeBoa maleabilidade• Ponto de fusão ~ 1000Ponto de fusão ~ 1000ooCC• Dureza médiaDureza média• Boa tenacidadeBoa tenacidade• Em geral, resistência à Em geral, resistência à

corrosão é ruimcorrosão é ruim• Em geral, densidade altaEm geral, densidade alta

Materiais MetálicosMateriais Metálicos

TiposTipos

• Metais FerrososMetais Ferrosos

• Metais levesMetais leves

• Metais de baixo ponto de Metais de baixo ponto de fusãofusão

• Metais nobresMetais nobres

• Metais refratáriosMetais refratários

• Metais resistêntes à corrosãoMetais resistêntes à corrosão

ExemplosExemplos

• Aço, Ferro fundidoAço, Ferro fundido

• Alumínio, Titânio, MagnésioAlumínio, Titânio, Magnésio

• Chumbo, Estanho, ZincoChumbo, Estanho, Zinco

• Ouro, Prata, PlatinaOuro, Prata, Platina

• Tungstênio, MolibdênioTungstênio, Molibdênio

• Cobre, Latão, Bronze, NíquelCobre, Latão, Bronze, Níquel

Metais

• Vídeo - colher

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Metais – Gálio PF 29,7oC

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 GeraisCaracterísticas Gerais

• Em geral opacos mas podem Em geral opacos mas podem ser transparentesser transparentes

• Bons isolantes térmicos e Bons isolantes térmicos e elétricoselétricos

• FrágeisFrágeis• Dureza elevadaDureza elevada• Ponto de fusão elevadoPonto de fusão elevado• Maleabilidade ruimMaleabilidade ruim• Boa resistência à corrosãoBoa resistência à corrosão• Densidade médiaDensidade média

ALUMINA

Materiais CerâmicosMateriais Cerâmicos

TiposTipos

• Cerâmica TradicionalCerâmica Tradicional

• Cerâmica AvançadaCerâmica Avançada

• Revestimento CerâmicoRevestimento Cerâmico

ExemplosExemplos

• Tijolo, azulejo, porcelana, Tijolo, azulejo, porcelana, vidrovidro

• Diamante, óxido de zircônio, Diamante, óxido de zircônio, óxido de alumínio, Carboneto óxido de alumínio, Carboneto de silíciode silício

• DLC, Nitretos de ferro, DLC, Nitretos de ferro, boretos de ferro etc..boretos de ferro etc..

Cerâmicas

Polímeros LIGAÇÃO COVALENTEPolímeros 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.

Os mais comuns são: Polietileno (PE), Náilon, Cloreto de Polivinila (PVC), Policarbonato (PC), Poliestireno (OS), borracha, e silicone.

Materiais PoliméricosMateriais Poliméricos

Características GeraisCaracterísticas Gerais

• Em geral opacos mas podem Em geral opacos mas podem ser transparentesser transparentes

• Bons isolantes térmicos e Bons isolantes térmicos e elétricoselétricos

• Boa plasticidade e Boa plasticidade e elasticidadeelasticidade

• Baixa durezaBaixa dureza• Baixo ponto de fusãoBaixo ponto de fusão• Resistência à corrosão médiaResistência à corrosão média• Baixa densidadeBaixa densidade

Materiais PoliméricosMateriais Poliméricos

TiposTipos

• NaturaisNaturais

• SintéticosSintéticos

ExemplosExemplos

• Latex, pele, DNA, glicose, Latex, pele, DNA, glicose, celulose, madeira, unha, celulose, madeira, unha, chifre, cabelochifre, cabelo

• Acrílico, isopor, PVC, Acrílico, isopor, PVC, Policarbonato, NáilonPolicarbonato, Náilon

Polímeros

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.

Materiais CompósitosMateriais Compósitos

Características GeraisCaracterísticas Gerais

• São materiais produzidos de São materiais produzidos de modo a se obter uma modo a se obter uma otimização de propriedadesotimização de propriedades

• Tem-se propriedades que Tem-se propriedades que não se consegue num único não se consegue num único material, ou que seja material, ou que seja economicamente mais economicamente mais vantajosovantajoso

Materiais CompósitosMateriais Compósitos

TiposTipos

• Mesma classeMesma classe

• Classes distintasClasses distintas

ExemplosExemplos

• Folha de flandres, aços Folha de flandres, aços galvanizadosgalvanizados

• Pneu, embalagem tetrapak, Pneu, embalagem tetrapak, fibra de carbono, fibra de fibra de carbono, fibra de vidro, fio condutor de vidro, fio condutor de eletricidade com isolanteeletricidade com isolante

Compósitos

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Materiais Avançados

São tipicamente materiais tradicionais cujas propriedade foram aprimoradas ou então materiais de alto desempenho recentemente desenvolvidos.

Ex.: computadores, aeronaves, foguetes militares, sistemas de fibra óticas, espaçonaves, LCD, fibra ótica etc.

Também 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: Biomateriais

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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

Resumo

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