Cincia dos Materiais I - fc.unesp. betog/web/2006/cm_aula1_2006.pdf16/3/2006 CM I 2 Programao Cincia dos Materiais: Histria e Perspectivas 10/03 Estrutura Atmica 17/03 Arranjos Atmicos

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  • Cincia dos Materiais I

    Prof. Dr. Carlos Roberto GrandiniProf. Dr. Carlos Roberto Grandini

    Bauru2006

  • 16/3/2006 CM I 2

    ProgramaoCincia dos Materiais: Histria e Perspectivas 10/03Estrutura Atmica 17/03Arranjos Atmicos 24/03Imperfeies em Arranjos Atmicos 31/03Movimentao Atmica em Materiais 07/04Primeira Avaliao 28/04Equilbrio Termodinmico: Estado e Fase 06/05Estabilidade de Estados 19/05Transformaes de Fase 26/05Processos de Difuso e Transporte 02/06Segunda Avaliao 09/06Viso Geral sobre Propriedades Fsicas e Aplicaes de Materiais: metais, polmeros, cermicas e vidros, semicondutores, compsitos 23, 30/06Segunda Avaliao 07/07Avaliao Substitutiva 14/07

  • 16/3/2006 CM I 3

    Critrio de Avaliao

    Mdia de 3 provas;A prova substitutiva, se realizada, substitui a menor nota, independente de for maior ou menor que a anterior;

    Conceitos:

    10 Mp 9,0 Conceito A8,9 Mp 7,0 Conceito B6,9 Mp 5,0 Conceito CAbaixo de 4,9 Reprovado

  • 16/3/2006 CM I 4

    Bibliografia Bsica

    D.R. Askeland, P.P. Phul, The Science and Engeneering of Materials, 4th Edition, Thomson, New

    York, 2003.

    W.D. Callister Jr., Materials Science and Engeneering: an integrated approach, 2th Edition, John Willey, New York,

    2005.

    J.F. Shackelford - Materials Science for Engineers, 6thEdition, Prentice Hall, New York, 2005.

    W.F. Smith, Principles of Materials Science and Engineering, 3rd Edition, McGraw Hill, New York, 1998.

    L.H. Van Vlack, Princpios de Cincia e Tecnologia de Materiais, 4a Edio, Campus, Rio de Janeiro, 1984.

    C. Kittel, Introduo Fsica do Estado Slido, 5 Edio, Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 1978.

    P.W. Atkins, Physical Chemistry, 4th. Edition, OxfordUniversity Press, Oxford, 1992.

  • 16/3/2006 CM I 5

    Cincia dos MateriaisCincia dos MateriaisHistHistria e Perspectivasria e Perspectivas

    Materiais:

    presentes em nosso dia-a-dia;

  • 16/3/2006 CM I 6

    engajados em nossa cultura;

  • 16/3/2006 CM I 7

    intimamente relacionados com a ascenso do homem:

    Idade da pedra:

    Idade do bronze:

    Idade do ferro:

  • 16/3/2006 CM I 8

    Civilizaes antigas:

    Evoluo:

    materiais naturais:

    Pedra, madeira, argila, peles(couro), etc...

    Materiais naturais poderiam ser tratados originando outros com propriedades melhores.

  • 16/3/2006 CM I 9

    O que so materiais?

    Uma parte da matria no universo;

    Cincia e Engenharia de Materiais (CEM):

    So as substncias cujas propriedades as tornam utilizveis em estruturas, mquinas, dispositivos ou produtos consumveis.

    a rea da atividade humana associada com a gerao e com a aplicao de conhecimentos que relacionem composio, estrutura e processamento dos materiais s suas propriedades e aplicaes.

    Cincia dos Materiais:

    a CEM, em conjunto, formam uma ponte de conhecimentos sobre materiais, que liga as cincia bsicas s diversas especialidades de engenharia.

    visa essencialmente a descoberta de conhecimentos fundamentais sobre os materiais.

  • 16/3/2006 CM I 10

    Se desejarmos realar a parcela da Cincia dos Materiais neste espectro, devemos agir no sentido de entender a

    natureza dos materiais, estabelecendo teorias ou descries que relacionem a estrutura com a composio,

    propriedades e comportamento. A Engenharia de Materiais, por seu turno, sintetizar e empregar, tanto os

    conhecimentos fundamentais quanto os empricos, no sentido de desenvolver, preparar, modificar e aplicar os

    materiais que atendam s exigncias.

    Engenharia de Materiais:

    se dedica principalmente aplicao desses conceitos.

  • 16/3/2006 CM I 11

    Cincia dos Materiais um empreendimento com propsitos que alcanam desde omicromundo dos tomos e dos eltrons at o gigantesco macromundomaterial com funes e servios que apiem o homem na busca das solues para os problemas da sociedade;

    sentido mais amplo:

    uma multidisciplina que abraa (mas no substitui) algumas disciplinas:

    metalurgia e cermicos;

    fsica do estado slido e qumica orgnica.

    H, por certo, muitos cientistas e engenheiros que so especialistas em materiais - metalurgistas, ceramistas e qumicos especializados em polmeros -

    inteiramente envolvidos com a Cincia e Engenharia de Materiais. Um importante registro assinala que a cada seis horas do trabalho profissional de qualquer outro tipo de engenheiro, pelo menos uma hora ele lida diretamente

    com materiais e sua utilizao. Para fsicos e qumicos as fraes so bem mais altas.

  • 16/3/2006 CM I 12

    Estrutura Propriedades Desempenho

    Processamento

    Cincia e Entendimento Bsico

    Necessidades e Experincias Sociais

    Conhecimento Cientfico Conhecimento Emprico

  • 16/3/2006 CM I 13

    METAIS

    POLMEROS

    VIDROS

    CERMICASCOMPSITOS

  • 16/3/2006 CM I 14

  • 16/3/2006 CM I 15

    Classificao dos MateriaisOs materiais so agrupados em trs grupos principais, baseados em princpios qumicos e na estrutura:

    Metais: Materiais metlicos so normalmente uma combinao de elementos metlicos;

    Possuem eltrons livres;

    Bons condutores de eletricidade e calor;

    No transparentes;

    Muito resistentes;

    Facilmente deformveis.

    Aplicaes

  • 16/3/2006 CM I 16

    Cermicas:

    Composies de elementos metlicos e no metlicos;

    xidos, nitretos e carbetos;

    Argilas, cimento e vidro;

    Normalmente isolantes;

    Duros e quebradios;

    Resistente a altas temperaturas

    Aplicaes

  • 16/3/2006 CM I 17

    Polmeros:

    Plsticos, borrachas e adesivos;

    Compostos orgnicos baseados em carbono, hidrognio e outros elementos no metlicos;

    Produzidos pela criao de grandes estruturas moleculares a partir de molculas orgnicas;

    Baixa condutividade eltrica;

    Baixa resistncia temperatura.

    Aplicaes

  • 16/3/2006 CM I 18

    Em adio, existem outras categorias de importncia que consistem na combinao destes tipos de materiais:

    Compsitos:

    Formados por dois ou mais tipos de materiais.

    Aplicaes

  • 16/3/2006 CM I 19

    Compsitos de fibras reforadas (fibras de carbono em matriz polimrica) utilizados na estrutura de bicicletas.

    Partes do corpo de carros de corrida, e de alguns veculos comuns, so feitos de fibras de vidro em matriz polimrica.

  • 16/3/2006 CM I 20

    Semicondutores:

    Possuem propriedades eltricas intermedirias entre condutores e isolantes;

    Sensveis presena de impurezas.

    Aplicaes

  • 16/3/2006 CM I 21

    Nanomateriais:

    So materiais contendo cristais ou clusters de tomos com dimenses da ordem do nanmetro, que corresponde a uma escala intermediria entre o tomo isolado e o material macroscpico.

    Aplicaes

  • 16/3/2006 CM I 22

    Biomateriais:

    So materiais biolgicos que so implantados no corpo humano.

    Aplicaes:

  • 16/3/2006 CM I 23

    O projeto de James Auger e Jimmy Loizeau, pesquisadores do Laboratrio de Mdia do Massachusetts Institute of Technology -MIT em Dublin, na Irlanda, desenvolveu um dente que pode ser usado para receber sinais de um telefone celular.

    O dispositivo apenas um conceito e sequer um prottipo foi construdo. SegundoAuger, necessrio esperar que haja interesse comercial na idia.

  • 16/3/2006 CM I 24

    Existem vrias propriedades que devem ser levadas em considerao no desenvolvimento de materiais e/ou alternativas de processo e aplicaes:

    Econmicas

    Mecnicas

    Superficiais

    Fabricao

    Fsicas e Qumicas

    Microestruturais

    Estticas

  • 16/3/2006 CM I 25

    FUNO

    PROCESSO

    FORMAMATERIAL

  • 16/3/2006 CM I 26

    Preo Custos Financeiros Valor de Mercado Incentivos Fiscais Disponibilidade Fornecedores Alternativos Materiais com Propriedades Equivalentes Atualizao Tecnolgica Cincia e Tecnologia Evoluem Rapidamente! Necessrio Estudo Permanente

    Propriedades Econmicas

  • 16/3/2006 CM I 27

    Propriedades Mecnicas

    Resistncia

    Dureza

    Ruptura

    Fadiga

    Escoamento (incio da deformao plstica)

    Fluncia (processo lento de deformao, depende da temperatura e tempo)

    Desgaste, etc.

  • 16/3/2006 CM I 28

    Corroso

    Desgaste

    Abraso

    Adeso

    Eroso

    Revestimento

    Propriedades Superficiais

  • 16/3/2006 CM I 29

    Usinagem

    Soldagem

    Colagem

    Fundio

    Conformao

    Acabamento

    Propriedades de Fabricao

    METALURGIA DO P

    As peas so produzidas a partir de pequenas partculas na forma de p, aquecidas sob presso dentro de uma matriz, abaixo da temperatura de fuso.

    Este processo de consolidao chamado de Sinterizao

  • 16/3/2006 CM I 30

    Propriedades Fsicas e Qumicas

    Eltricas (resistncia, piezo e termoeletricidade)

    Magnticas

    ticas (cor, transparncia, refrao, absoro)

    Trmicas

    Dilatao

    Durabilidade Qumica

  • 16/3/2006 CM I 31

    Propriedades Microestruturais

    Tipo (cristalina, cadeias, amorfa)

    Cristalizao (CFC, CCC, HC, ...)

    Defeitos (discordncias, vazios)

    Fases

    Solubilidade

    Tratamentos Trmico

    Dendrites numa superliga base de nquel

  • 16/3/2006 CM I 32

    Propriedades Estticas

    So propriedades que variam muito com o tempo e so difceis de quantificar, mas tm grande valor econmico.

    Aparncia

    Textura

    Tato

    Jeito

    Moda

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