Disciplina de materiais de ciência e tecnologia

UNIDADE -1- MCM

A disciplina de ciência e engenharia dos materiais é subdividida em; ciência dos materiais e engenharia dos materiais.

Ciência dos materiais envolve o relacionamento das estruturas e as propriedades dos materiais.

A engenharia dos materiais consiste ,baseado nas relações estrutura-propriedade, na engenharia ou projeto da estrutura de um material para produzir um conjunto predeterminado de propriedades.

O trabalho de um cientista de materiais é o de desenvolver ou sintetizar novos materiais, enquanto que um engenheiro de materiais é chamado para criar novos produtos ou sistemas ,usando materiais já existentes ou para desenvolver técnicas para o processamento de materiais .

A maioria dos formandos em programa de materiais é treinada para ser tanto um cientista de materiais quanto um engenheiro de materiais.

SEQUÊNCIA DOS COMPONENTES DA DISCIPLINA

PROCESSAMENTO-ESTRUTURA-PROPRIEDADES-DESEMPENHO

1) Processamento- é o desenvolvimento de técnicas e estudo para alcançar o objetivo final.

2) Estrutura – a estrutura de um material corresponde em geral, ao arranjo de seus componentes internos, sobre vários aspectos. A estrutura subatômica envolve os elétrons no interior dos átomos e as interações com seus núcleos.

No nível atômico, a estrutura relaciona a organização dos átomos ou das moléculas.

A próxima estrutura refere-se às dimensões maiores como aglomerado de átomos que é chamado de MICROSCÓPICO (observação efetuada através de algum tipo de microscópio).

A estrutura final corresponde aos elementos estruturais que podem ser vistos a olho nu , são chamados de MACROSCÓPICOS.

3) Propriedade- uma propriedade consiste em uma condição de um dado material em termos do tipo e da grandeza, de uma resposta a um estímulo específico que lhe é imposto, propriedades estas, independentemente da forma e do tamanho do material. As propriedades dos materiais sólidos podem ser agrupados em seis categorias diferentes; mecânica, elétrica, térmica , magnética, ótica e deterioativa.

As propriedades mecânicas relacionam à deformação a uma carga ou a uma força aplicada, como por exemplo o módulo de elasticidade e a resistência.

As propriedades elétricas, com o a condutividade elétrica e constante dielétrica , onde o estímulo é um campo elétrico.

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As propriedades térmicas dos sólidos podem ser representadas em termos de capacidade calorífica e condutividade térmica.

As propriedades magnéticas mostram a resposta de um material à aplicação de um campo magnético.

Para as propriedades óticas, o estímulo é a radiação eletromagnética ou radiação luminosa, índice de refração e outros.

As propriedades deteriorativas se relacionam à reatividade química dos materiais.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS – são três classificações básicas; metais, cerâmicas e polímeros.Esse esquema está baseado na composição química e na estrutura atômica, que se enquadram dentro de um ou outro grupo, embora existam alguns materiais intermediários.

Existem também os compósitos, que consiste em combinações de duas ou mais das três classes básicas.

Uma outra classificação é dos materiais avançados,aqueles que são usados em aplicações de alta tecnologia, por ex: os semi-condutores, os biomateriais, os materiais inteligentes e os materiais nanoengenheirado.

METAIS – são materiais compostos por um ou mais elementos metálicos(tais como Fe,AL,Cu,Ti,Au,e Ni) e elementos não metálicos ( C,N e O) em quantidades pequenas.Os átomos nos metais ou nas ligas metálicas estão arranjados de maneira muito ordenada em comparação com as cerâmicas e polímeros que são relativamente densos.São materiais rígidos em relação às características mecânicas resistentes e dúcteis.

Os materiais metálicos possuem grande número de elétrons (e) não localizados isto é, os elétrons não estão ligados a qualquer átomo em particular, de modo que muitas propriedades são atribuídas à esses transparentes à luz visível, superfície metálica polida tem uma aparência brilhosa e propriedades magnéticas (Fe,co e Ni)

CEDRÂMICOS – as cerâmicas são compostos formados entre elementos metálicos e não-metálicos. Os mais utilizados são formados por óxidos, nitretos e carbetos, como por ex: o Al2O3 (óxido de alumínio) , o SiO2 (dióxido de silício) o SiC (carbeto de silício), o Si3N4 (nitreto de silício).

Encontram-se entre os cerâmicos os denominados CERÂMICAS TRADICIONAIS , que são compostos de minerais argilosos(porcelana), assim como o cimento e o vidro. Mecanicamente falando, os cerâmicos são relativamente rígidos e resistentes , que podem ser comparados com as dos metais.

Em contraposição são muito frágeis (ausência de ductilidade) e altamente suscetíveis à fratura, isolante à passagem de calor e eletricidade(baixa condutividade elétrica), bem resistentes à altas temperaturas e a ambientes severos mais do que os metais e os polímeros.

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Quanto às propriedades óticas, as cerâmicas podem ser transparentes, translúcidas ou opacas, sendo que algumas à base de óxidos (Fe2O3), apresentam comportamento magnético.

POLÍMEROS – Os polímeros são constituídos por materiais plásticos e borracha. Grande quantidade são compostos orgânicos quimicamente baseados no C , H, e outros não metálicos como a O , N e Si .São formados por estruturas moleculares muito grandes, tendo cadeias enormes com átomos de carbono distribuídos em toda a extensão principal da cadeia polimérica.Alguns polímeros mais conhecidos são;

PE –polietileno , náilon , PVC cloreto de polivinila, PC policarbonato , PS poliestireno ,BS borracha de silicone.

São materiais de baixa densidade, com características mecânicas diferentes das exibidas pelos metais e cerâmicas. São menos rígidos e não tão resistentes, sendo comparáveis