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Ciências dos Materiais
A ciência dos materiais está associada à geração de
conhecimento básico sobre a estrutura interna,propriedades e processamento de materiais. Ela
tem ainda como objetivo, compreender a natureza
dos materiais, estabelecendo conceitos e teorias
que permitam relacionar a estrutura dos materiaiscom suas propriedades e comportamento
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Classificação dos Materiais
Metais
CerâmicasPolímeros
Compósitos
SemicondutoresBiomateriais (Mat. Biocompatíveis)
Classificação Clássica
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1.1.1. MATERIAIS METÁLICOS
Materiais metálicos são geralmente umacombinação de elementos metálicos, unidos por
ligações metalicas.o Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo emparticular e por isso são bons condutores de calor eeletricidade;o São estruturas cristalinas;o São opacos à luz visível;o Possuem boa ductibilidade e maleabilidade;o Geralmente são resistentes e deformáveis;o Possuem baixa resistência química.
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1.1.3. MATERIAIS CERÂMICOS
Os cerâmicos são materiais inorgânicos constituídos por elementos
metálicos e não-metálicos unidos por meio de ligações covalentes e
iônicas.
§ Podem ser cristalinos, não-cristalinos ou uma mistura de ambos;
§ Possuem alta dureza, mesmo em altas temperaturas;
§ São, normalmente, bastante frágeis;
§ São bons isolantes elétricos;
§ Possuem boa resistência química
§ Em geral são leves
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1.2.1. Principais Propriedades
Mecânicas:
-Dutibilidade: capacidade do material emdeformar plasticamente sem ruptura , quando
submetido a esforço de tração. É expressa emporcentagem.
-Maleabilidade: á a capacidade do material emdeformar plasticamente sem ruptura , quandosubmetido a esforço de compressão.
Tenacidade: é a medida da energia necessáriapara fraturar um corpo de prova padrão.
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1.2.1. Principais PropriedadesMecânicas:
- Modulo de Elasticidade (YOUNG) : É a relação entre atensão( ) aplicada e a deformação elástica( ) que ela
produz. Está relacionado diretamente com as forças dasligações interatômicas (entre átomos). Indica a rigidez domaterial.Limite de escoamento ou tensão de deformação( e): representa a tensão a partir da qual o material
sofre deformação plástica. É uma das mais importantespropriedades de engenharia, pois são utilizados emcálculos de estruturais.Limite de resistência à ruptura ( r): representa atensão a partir da qual o material sofre ruptura.
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1.2.1. Principais PropriedadesMecânicas:
Resiliência: Corresponde à capacidade do materialde absorver energia quando este é deformado
elasticamente. Materiais resilientes são aqueles quetêm alto limite de elasticidade e baixo módulo deelasticidade (como os materiais utilizados paramolas)
Dureza:
- Materiais Frágeis: capacidade do materialresistir à abrasão superficial.- Material não frágeis: é a medida da resistênciade um material à deformação plástica(permanente).
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Resistência à flexão: é definida com a tensão máxima que um corpode prova suporta antes de romper quando sujeito a um esforço de
flexão. Utilizado para avaliar a resistência mecânica de materiaiscerâmicos, principalmente para revestimentos e telhas.- Resistência à compressão: É definida com a tensão máxima antesda ruptura, que um corpo de prova pode resistir quando submetido aesforços de compressão. Este ensaio é utilizado principalmente paraavaliar a resistências de tijolos, blocos e concreto.
- Fluência: limite de resistência à deformação em temperaturaelevadas.- Fadiga: limite de resistência à fratura de materiais submetidos acarregamentos cíclicos.
1.2.1. Principais Propriedades Mecânicas
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1.2.2. Propriedades Térmicas:
- Capacidade térmica: ela representa a quantidade de energianecessária para aumentar a temperatura.
C = dQ dQ- variação de calor (energia)dT dT- variação de temperatura
As unidades de energia são calorias(cal) ou Joule(J)
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1.2.2. Propriedades Térmicas:
- Dilatação ou expansão Térmica: representa a variação
dimensional de um material, quando este é submetido a um
resfriamento ou aquecimento.
= L
Li . T
- coeficiente de dilatação- ° C -1
Li - Comprimento inicial – m, cm, mmLf - Comprimento final – m, cm, mm
T - (Tf – Ti)- Variação de temperatura ° C
L - (Lf-Li)- Variação de comprimento - m, cm, mm
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1.2.2. Propriedades Térmicas:
- Condutividade Térmica: É o fenômeno pelo qual calor é
transportado das regiões de maior temperatura para as regiões de
menor temperatura.
A propriedade que caracteriza a habilidade de um material transferir
calor é a condutividade térmica (k).
q = - k. dTdx W – J joule
q – fluxo de calor (J/m2 ou W/M2) s segundo
k – condutividade térmica (W/m)
dt/dx- gradiente de temperatura no meio condutor
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1.2.2. Propriedades Térmicas:
-Difusividade térmica (h)
Capacidade do material em
difundir energia térmica(calor)
h= KCp.
K- condutividade térmica
- densidade
Cp- capacidade térmicah- Difusividade térmica
Choque térmico
IRCT = h . S.E
h- Difusividade térmica
S- limite de resistência
- dilatação térmica
E- Modulo de elasticidade
IRCT- Índice de resistência ao
choque térmico
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1.2.3. Propriedades Elétricas:
Condutividade elétrica ( ): indica a facilidade com que um
material conduz corrente elétrica, é o inverso da resistividade
( ). A unidade da condutividade é ( m ) -1 .= 1
Rigidez dielétrica: indica em que grau o material é isolante,
ela é uma medida da tensão máxima que um material pode
suportar antes de perder suas características de isolante.
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1.2.3. Propriedades Elétricas:
Termoeletricidade: é a propriedade que apresenta um
material em gerar uma corrente elétrica quando submetido a
gradientes de temperaturas. A tensão produzida depende dotipo de material e da diferença de temperatura.
Ex: termopar
Piezeletricidade: indica a capacidade de um material
produzir uma polarização (energia elétrica) quando aplicamos
uma força.
Ex: sensor de nível, agulha de toca discos
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Estabilidade térmica e química
[ B
a r s o u m ,
1 9 9 7 ]
Suscetível a corrosão, oxidaçãoMetal
Resistente a corrosão,oxidação, altas temperaturasCerâmica
Degrada com solventes, altastemperaturasPolímero
CaracterísticaMaterial
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Condutividade elétrica e térmica
[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]
10-8 a 10-7Metal
10-6 a 1018Cerâmica108 a 1017Polímero
Resistividade elétrica (ohm-m)Material
10 a 400Metal
1 a 500Cerâmica
0,01 a 0,5Polímero
Condutividade térmica (W/m-K)Material
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Módulos de elasticidadeDureza-força de ligação atômica
30 a 400Metal
60 a 500Cerâmica
0,002 a 5Polímero
Módulo de elasticidade (GPa)Material
[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]
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Resistência mecânica
100 a 1700Metal
100 a 1000Cerâmica
1 a 70Polímero
Resistência sob tensão (MPa)Material
[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]
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Deformação % -Ductibilidade
1 a 60Metal
-Cerâmica
1 a 1400Polímero
Deformação (%)Material
[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]
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Tenacidade à fratura
20 a 90Metal
0,5 a 6Cerâmica
0,5 a 6Polímero
Tenacidade a fratura (MPa-m-1/2)Material
[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]
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Coeficiente de dilatação térmica
8 a 30Metal
0,5 a 13Cerâmica
27 a 300Polímero
Coeficiente de dilatação(x10-6 °C-1)
Material
[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]
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Densidade
1,74 a 19,8Metal
1,5- 4,5Cerâmica
0,9 a 2,7Polímero
Densidade(g/cm3)Material
[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]
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