A TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

Ciência dos materiais: Correlações existentes entre as estruturas e propriedades dos materiais.

Engenharia de materiais: Com base nas correlações da ciência dos materiais, é feito a engenharia da estrutura de um material para produzir o conjunto de propriedades pré-determinado.

MATERIAIS

Estrutura: 

Arranjo dos componentes internos do material.

• Níveis: Subatômico < Atômico < Microscópico < Macroscópico.

O nível subatômico compreende os elétrons dentro dos átomos individuais e interações com o núcleo. A forma com que esses átomos e moléculas estão organizados corresponde ao nível atômico.

Os grandes grupos de átomos aglomerados entre si formam o nível microscópico, seguido pelo macro com todos os elementos que podem ser vistos a olho nu.

• Propriedade: Característica de um material em termos de tipo e magnitude de resposta a um específico estímulo imposto. Independe da forma e tamanho.

- Mecânica: Deformação a uma força/carga aplicada.

- Elétrica: Estímulo de campo elétrico.

- Térmica: Capacidade calorífica e condutividade térmica.

- Magnética: Aplicação de um campo magnético.

- Ótica: Estímulo eletromagnético ou radiação de luz.

- Deteriorativa: Indicam a reatividade química dos materiais.

Problema dos materiais: Seleção do material certo => Caracterização das condições em serviço -> Ditam as propriedades requeridas do material.

1 – Raramente um material atenderá a tudo. Será necessário perder uma característica para ter outra.

2 – Considerar qualquer deterioração de propriedades durante a operação.

3 – Consideração econômica: Quanto custará o produto acabado. Isso inclui toda despesa incorrida durante a fabricação.

Classificação:

• Metais: Combinações de elementos metálicos (liga metálica) ou com elementos não-metálicos onde o primeiro tipo seja predominante. Nuvem de elétrons não amarradas a átomos particulares.

- Resistência, conformabilidade, bom condutor de eletricidade e calor, não é transparente a luz visível, muito fortes, deformáveis, estrutura cristalina ordenada.

• Cerâmicas: Compostos por elementos metálicos e não metálicos (óxidos, chumbo e enxofre, nitretos e carbetos), com ligações iônicas ou covalentes. As propriedades de utilização só são obtidas após um tratamento térmico denominado de cozimento ou queima. Principal matéria prima: Argila ou barro.

- Tipicamente isolantes térmicos, elétricos e caloríficos, elevada resistência: mecânica (alta dureza), a altas temperaturas e à corrosão (baixa reatividade); duros, frágeis (principal limitação – microtrincas (resultantes do processamento) aliadas a baixa capacidade de deformação permanente), podem ser transparentes à luz

- Quando apresentam estrutura cristalina semelhante aos metais são denominados de cristais cerâmicos.

- Pode-se considerar duas famílias principais:

a) Cerâmicas tradicionais: São compostos sílico-aluminosos de baixo custo provenientes de matérias primas naturais (argila, feldspato, caulim, quartzo).

Ex: materiais para a construção civil.

b) Cerâmicas técnicas ou avançadas: São compostos binários do tipo metal-metalóide de maior custo geralmente obtidas por compressão e sinterização de pós de alta pureza com um fim específico.

Ex: O alumínio é um exemplo comum de metal, mas o seu óxido Al2O3 é típico da família dos cerâmicos óxidos.

- Exemplo de aplicação: Fabricação de tijolos refratários para aplicação em fornos industriais.

- O aperfeiçoamento do processo de fabricação tem permitido obter materiais com baixíssimo índice de defeitos, porém com custo ainda bastante elevado.

• Polímeros: Longas cadeias de moléculas orgânicas quimicamente baseadas (polimerização) em carbono, hidrogênio e elementos não-metálicos, desenvolvidos a partir da manipulação de macro moléculas. Maior impacto na engenharia. Genericamente denominados de plásticos, são atualmente chamados de “plásticos de engenharia”.

- Ex: O polímero comercial mais comum é o polietileno, que tem como base a molécula do etileno (C2H4)n, onde n representa o número elementos que compõem a molécula sendo 100 ≤ n ≤ 1000.

- Baixas densidades, extremamente flexíveis, grande ductilidade, baixo peso, baixo custo com alternativa para aplicações estruturais, baixa resistência quando comparado aos metais, baixo ponto de fusão e alta reatividade (plásticos comuns).

- Polímeros com: Oxigênio ⇒ acrílicos; Nitrogênio ⇒ nylons; Flúor ⇒ fluoroplastos ou fluoelastômeros (viton); Silício ⇒ silicones.

- Polímeros biodegradáveis: Substâncias poliméricas são decompostas em substâncias mais simples, através da ação de enzimas extracelulares de microorganismos como bactérias. O material polimérico “desaparece” sem deixar resíduos perigosos ou tóxicos. Sua decomposição resulta, basicamente, em CO2, H20 e biomassa.

• Compósitos: Formado pela combinação (feita por meios artificiais) de dois ou mais componentes dos três acima citados, podendo ser considerado um material multifase. Esta combinação tem por objetivo uma otimização e superioridade das propriedades em relação aos materiais individuais componentes, com alta resistência, baixo peso e menor custo.

- Ex: Palha e pelos de cavalo para reforçar tijolos de barro; papel e concreto, osso, músculo, madeira.

- Usados para suportar carga, amortecedores pneumáticos, embalagens e espumas.

- Desenvolvimento de tecnologia de fabricação para aplicação em: embarcações, aeronaves, estruturas diversas e sistemas de transporte em geral.

• Semicondutores: Propriedades elétricas intermediárias entre condutores elétricos e isolantes. Sensíveis à presença de concentrações de átomos com impurezas.

Biomateriais:

 “Biomateriais são empregados em componentes implantados no corpo humano para substituição de partes do corpo doentes ou danificada”. Callister (1996)

Nanomateriais: