Aula2-08-03-2024-ClassificacaoConceitosGerais.pdf

Ciência dos Materiais

1. CIÊNCIA DOS MATERIAIS:
CLASSIFICAÇÃO GERAL DOS MATERIAIS
SÓLIDOS
Prof. Lívia Ramos Santos Pereira
E-mail: [email protected]
AULA 2 –08/03/2024

2. Tópicos
1.MATERIAIS NA HISTÓRIA;
2.MATERIAIS E A CONSTRUÇÃO CIVIL;
3.CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS;

3. Os materiais estão enraizados em nossa cultura...
1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
TRANSPORTES HABITAÇÃO VESTUÁRIO COMUNICAÇÃO
RECREAÇÃO
PRODUÇÃO DE
ALIMENTOS
...na vida diária!

4. Os materiais estão enraizados em nossa cultura...
1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
TRANSPORTES
...na vida diária!

5. Os materiais estão enraizados em nossa cultura...
1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
HABITAÇÃO
...na vida diária!

6. Os materiais estão enraizados em nossa cultura...
1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
VESTUÁRIO
...na vida diária!
Poliéster → fibra sintética→
reduzir a característica amassada
do pano → produzido a partirdo
petróleo
Algodão → fibra natural,
resistente e longa →
durabilidade → permite que a
pele respire.

7. Os materiais estão enraizados em nossa cultura...
1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
COMUNICAÇÃO
...na vida diária!
FIBRA ÓTICA
Núcleo → filamento de vidro
por onde passa a luz;
Casca→ apresenta índice de
refração menor que o núcleo
→ reduzir perdas;
Revestimento → proteção
contra choques mecânicos
(polietileno).

8. Os materiais estão enraizados em nossa cultura...
1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
RECREAÇÃO
...na vida diária!
AQUARELA
Pigmento colorido + goma arábica (ou outro aglutinante) +
agentes umectantes (como o mel) + glicerina

9. Os materiais estão enraizados em nossa cultura...
1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
PRODUÇÃO DE
ALIMENTOS
...na vida diária!
EMBALAGENS
•Vasta existência e variedade de materiais utilizados na
manufatura de embalagens;
•Importância sobre a condição do alimento, tais como
conservação, transporte e estocagem.
Embalagens de azeitona em vidro: melhor proteção e
preservação do produto; mais facilmente recicláveis.
Embalagens de plástico: mais leves; menor pegada de
carbono (transporte e produção); desafios ambientais.

10. As civilizações foram designadas conforme seu nível de
desenvolvimento em relação aos materiais:
1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
IDADE DO
AÇO
IDADE DA PEDRA
IDADE DA
ARGILA
IDADE DO
COBRE
IDADE DO
BRONZE
IDADE DO
FERRO
600.000 14.600 4.500 3.300 1.200 586 a.C
Séc. XIX Dias atuais

11. 1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
IDADE DO
AÇO
IDADE DA PEDRA
IDADE DA
ARGILA
IDADE DO
COBRE
IDADE DO
BRONZE
IDADE DO
FERRO
600.000 14.600 4.500 3.300 1.200 586 a.C
Séc. XIX Dias atuais
•Funções bélicas; caça de animais;
separação de carnes para alimentação e de
pele e ossos para a produção de artefatos
domésticos e vestimentas.
•Mobiliário e moradia.

12. 1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
IDADE DO
AÇO
IDADE DA PEDRA
IDADE DA
ARGILA
IDADE DO
COBRE
IDADE DO
BRONZE
IDADE DO
FERRO
600.000 14.600 4.500 3.300 1.200 586 a.C
Séc. XIX Dias atuais
•A agricultura e o manejo do solo levaram ao
desenvolvimento de vasos cerâmicos para
transporte e acondicionamento de alimentos e
produtos agrícolas;
•Moradia: argila reforçada com resíduos vegetais.

13. 1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
IDADE DO
AÇO
IDADE DA PEDRA
IDADE DA
ARGILA
IDADE DO
COBRE
IDADE DO
BRONZE
IDADE DO
FERRO
600.000 14.600 4.500 3.300 1.200 586 a.C
Séc. XIX Dias atuais
•Idade do cobre: materiais feitos de cobre (Cu) e
arsênio (As);
•Idade do bronze: materiais feitos de cobre (Cu) e
estanho (Sn).

14. 1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
IDADE DO
AÇO
IDADE DA PEDRA
IDADE DA
ARGILA
IDADE DO
COBRE
IDADE DO
BRONZE
IDADE DO
FERRO
600.000 14.600 4.500 3.300 1.200 586 a.C
Séc. XIX Dias atuais
•A manipulação de componentes tão diversos como
Cu e Sn (Idade do Bronze) era mais complexa do
que manipular o minério de ferro;

15. 1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
IDADE DO
AÇO
IDADE DA PEDRA
IDADE DA
ARGILA
IDADE DO
COBRE
IDADE DO
BRONZE
IDADE DO
FERRO
600.000 14.600 4.500 3.300 1.200 586 a.C
Séc. XIX Dias atuais
•Séculos XVIII-XIX: novidades na produção
industrial: metalurgia do coque, máquina a vapor,
máquinas nos setores de fiação e tecelagem,
emprego de novos métodos e materiais na
cerâmica, na engenharia civil e nos transportes,
sobretudo canais e ferrovias.

16. Primeiros seres humanos → materiais
limitados (origem natural) → madeira, argila,
peles, etc.
Novos materiais → técnicas de produção →
cerâmicas e metais;
Tratamentos térmicos, adição de outras
substâncias → metais, plásticos, vidros, fibras.
1. MATERIAIS NA HISTÓRIA

17. 1. MATERIAIS NA HISTÓRIA
Fonte: Prof. Arlindo Silva (2005)
(Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal)

18. 2. MATERIAIS E A CONSTRUÇÃO CIVIL
SELEÇÃO DE MATERIAIS
Custo
Desempenho
Lote de fabricação
Expectativa de vida
Projeto
Análise de tesões
Cálculo de custo
Prop. dos materiais
Carac. do processo
Custo do material
Protótipos
Produto

19. 2. MATERIAIS E A CONSTRUÇÃO CIVIL
SELEÇÃO DE MATERIAIS
PARA UMA MESMA APLICAÇÃO EXISTEM DIVERSOS TIPOS DE MATERIAIS
Galpão estruturado
em madeira
Galpão estruturado
em aço

20. 2. MATERIAIS E A CONSTRUÇÃO CIVIL
SELEÇÃO DE MATERIAIS
PARA UMA MESMA APLICAÇÃO EXISTEM DIVERSOS TIPOS DE MATERIAIS
Ponte de madeira Ponte metálica Ponte de concreto

21. 2. MATERIAIS E A CONSTRUÇÃO CIVIL
CIÊNCIA DOS MATERIAIS E A CONSTRUÇÃO CIVIL
DESENVOLVIMENTO EMPÍRICO DOS MATERIAIS TRADICIONAIS;
ATUALMENTE O DESENVOLVIMENTO DOS MATERIAIS É BASEADO NO
CONHECIMENTO DE SUAS PROPRIEDADES, MATÉRIAS-PRIMAS E
PROCESSO DE FABRICAÇÃO.

22. 2. MATERIAIS E A CONSTRUÇÃO CIVIL
CIÊNCIA DOS MATERIAIS E A CONSTRUÇÃO CIVIL
EXEMPLO: CIMENTOS, CONCRETOS E ARGAMASSAS
TECNOLOGIA TRADICIONAL: CONCRETOS E ARGAMASSAS TÊM APLICAÇÕES EM GRANDE
ESCALA NA ARQUITETURA ROMANA (desde 50 a.c.);
MATERIAIS AVANÇADOS À BASE DE CIMENTO: CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO (CAD),
ARGAMASSAS COM POLÍMEROS, CONCRETO LEVE, CONCRETO COM FIBRAS, ETC.

23. 2. MATERIAIS E A CONSTRUÇÃO CIVIL
CIÊNCIA DOS MATERIAIS E A CONSTRUÇÃO CIVIL
EXEMPLO: CONSTRUÇÕES EM ALVENARIA
TECNOLOGIA TRADICIONAL: TÉCNICA CONSTRUTIVA E
MATERIAIS TRADICIONAIS (TIJOLOS E ARGAMASSAS)
MATERIAIS AVANÇADOS: DIVERSIDADE DE PRODUTOS
PARA APLICAÇÕES ESPECÍFICAS, MELHOR
DESEMPENHO; PAINÉIS PRÉ-FABRICADOS.

24. CATEGORIAS BÁSICAS DOS MATERIAIS SÓLIDOS:
3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
METAISCERÂMICASPOLÍMEROS
CRITÉRIOS:
→ COMPOSIÇÃO QUÍMICA;
→ ESTRUTURA ATÔMICA.
MATERIAIS
AVANÇADOS

25. CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS PRINCIPAIS DAS CLASSES DE MATERIAIS
3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

26. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
METAIS
1 ou+ elementosmetálicos
(ferro, alumínio, cobre,
titânio, ouro, níquel)
+
(com
frequência)
Elementosnãometálicosem
quantidadespequenas
(carbono, nitrogênio,
oxigênio, etc.)

27. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
METAIS
•ÁTOMOS ARRANJADOS DE MANEIRA MUITO ORDENADA;
•GRANDE NÚMERO DE ELÉTRONS NÃO LOCALIZADOS → PROPRIEDADES:
CONDUÇÃO DE ELETRICIDADE E CALOR; NÃO SÃO TRANSPARENTES À LUZ;
•SUPERFÍCIE POLIDA COM APARÊNCIA BRILHOSA.
•MATERIAIS RELATIVAMENTE DENSOS, RÍGIDOS, RESISTENTES E DÚCTEIS;
•AMPLO USO EM APLICAÇÕES ESTRUTURAIS;
•ALGUNS METAIS TEM PROPRIEDADES MAGNÉTICAS (Fe, Co e Ni).

28. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
METAIS

29. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
METAIS
Ex.: aço estrutural, molas, grampos.

30. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
METAIS –LIGAS METÁLICAS
Aço - Mn: aços estruturais
Latão: Cu e Zn Bronze: Cu e Sn

31. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
METAIS –LIGAS METÁLICAS
Fonte: Chiaverini, Vol. 3, Cap. VII, 2ª ed. 1986

32. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
METAIS –LIGAS METÁLICAS
DURALUMÍNIO (AA 2017)
⚫Liga metálica de forja c/ aplicações na indústria aeronáutica, de
automóveis (bloco de motores), etc.
⚫Resistência à tração (duralumínio) ~ 43 kgf/mm
2
⚫Resistência à tração (do alumínio) ~ 9 kgf/mm
2
⚫3,5 a 4,5% de Cu; 0,4 a 1,0% de Mn; 0,2 a 0,8% de Mg;
0,8% de Si; 0,7% de Fe e o restante basicamente Al.

Fonte: Chiaverini, Vol. 3, Cap. XIII, 2ª ed. 1986

33. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
METAIS –TABELA PERIÓDICA

34. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
CERÂMICAS
COMPOSTOS FORMADOS POR ELEMENTOS METÁLICOS E NÃO METÁLICOS
→ ÓXIDOS, NITRETOS E CARBETOS;
MATERIAIS RELATIVAMENTE RÍGIDOS E RESISTENTES;
MATERIAIS MUITO DUROS E FRÁGEIS;
ISOLANTES À PASSAGEM DE CALOR E TEMPERATURA;
MAIS RESISTENTES A TEMPERATURAS ELEVADAS E AMBIENTES SEVEROS.

35. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
CERÂMICAS
PODEM SER TRANSPARENTES, TRANSLÚCIDOS OU OPACOS;
ALGUNS ÓXIDOS CERÂMICOS EXIBEM COMPORTAMENTO MAGNÉTICO;
EXEMPLOS DE MATERIAIS CERÂMICOS → ALUMINA (AL
20
3), DIÓXIDO DE
SILÍCIO (SiO
2), CARBETO DE SILÍCIO (SiC), NITRETO DE SILÍCIO (Si
3N
4),
PORCELANA, CIMENTO E VIDRO.

36. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
CERÂMICAS

37. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
CERÂMICAS –TABELA PERIÓDICA

38. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
POLÍMEROS
MATERIAIS PLÁSTICOS E BORRACHA;
MUITOS SÃO COMPOSTOS ORGÂNICOS (COMPOSIÇÃO BASEADA NO
CARBONO, HIDROGÊNIO E OUTROS ELEMENTOS NÃO METÁLICOS – O, N, Si);
ESTRUTURAS MOLECULARES GRANDES – CADEIAS DE CARBONO;
EXEMPLOS DE POLÍMEROS: POLIETILENO (PE), NÁILON, CLORETO DE
POLIVINILA (PVC), POLICARBONATO (PC), POLIESTIRENO (PS), BORRACHA
DE SILICONE.

39. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
POLÍMEROS

40. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
POLÍMEROS
BAIXA MASSA ESPECÍFICA;
NÃO SÃO TÃO RÍGIDOS NEM RESISTENTES;
DÚCTEIS E FLEXÍVEIS → PODEM SER CONFORMADOS EM FORMAS COMPLEXAS;
RELATIVAMENTE INERTES;
TENDÊNCIA A AMOLECER OU SE DECOMPOR EM TEMPERATURAS MODESTAS;
BAIXA CONDUTIVIDADE ELÉTRICA;
NÃO SÃO MAGNÉTICOS.

41. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
CERÂMICAS –TABELA PERIÓDICA

42. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
COMPÓSITOS
COMPOSTO POR 2 OU MAIS MATERIAIS INDIVIDUAIS DENTRO DAS CATEGORIAS
METAIS / CERÂMICAS / POLÍMEROS;
COMBINAÇÃO DE PROPRIEDADES QUE NÃO É ENCONTRADA NO MATERIAL ISOLADO;
ALGUNS MATERIAIS DE ORIGEM NATURAL TAMBÉM SÃO COMPÓSITOS (MADEIRA,
OSSO) → A MAIORIA DOS COMPÓSITOS SÃO SINTÉTICOS;

43. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
COMPÓSITOS
EXEMPLOS DE COMPÓSITOS SINTÉTICOS:
COMPÓSITO DE FIBRA DE VIDRO (FIBRA DE VIDRO + BASE POLIMÉRICA) →
RESISTÊNCIA E RIGIDEZ (VIDRO) + FLEXIBILIDADE (POLÍMERO)
POLÍMERO REFORÇADO COM FIBRAS DE CARBONO - PRFC (FIBRA DE CARBONO +
BASE POLIMÉRICA) → MAIOR RESISTÊNCIA E RIGIDEZ (CARBONO) + FLEXIBILIDADE
(POLÍMERO) → AERONAVES, APLICAÇÕES AEROESPACIAIS E EQUIPAMENTOS
ESPORTIVOS DE ALTA TECNOLOGIA.
https://edctecnologia.com.br/novos-materiais-compositos-desenvolvidos-por-meio-da-
simulacao-molecular-com-biovia-materials-studio/

44. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
MATERIAIS UTILIZADOS EM APLICAÇÕES DE ALTA TECNOLOGIA
(EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS, COMPUTADORES, SISTEMAS DE FIBRAS
ÓPTICAS, ESPAÇONAVES, AERONAVES, FOGUETES);
MATERIAIS CONVENCIONAIS CUJAS PROPRIEDADES FORAM
APRIMORADAS E MATERIAIS DE ALTO DESEMPENHO RECENTEMENTE
DESENVOLVIDOS;
MATERIAIS AVANÇADOS

45. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
MATERIAIS AVANÇADOS

46. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS;
PODEM PERTENCER A TODOS OS TIPOS DE MATERIAIS →
METAIS/CERÂMICOS/POLÍMEROS;
ALTO CUSTO;
SEMICONDUTORES, BIOMATERIAIS, MATERIAIS DO FUTURO /
INTELIGENTES, NANOMATERIAIS.
MATERIAIS AVANÇADOS

47. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES INTERMEDIÁRIAS ENTRE OS
CONDUTORES ELÉTRICOS E OS ISOLANTES;
SENSÍVEIS À PRESENÇA MÍNIMA DE
CONCENTRAÇÃO DE ÁTOMOS DE IMPUREZAS;
TORNARAM POSSÍVEL O ADVENTO DOS CIRCUITOS
INTEGRADOS, QUE REVOLUCIONARAM A
INDÚSTRIA DE ELETRÔNICOS E COMPUTADORES.
MATERIAIS AVANÇADOS:
SEMICONDUTORES

48. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
MATERIAIS AVANÇADOS:
SEMICONDUTORES
Quando combinados entre si (coluna III-V e II-VI) os metais
(quadrados claros) assumem propriedades semicondutoras.

49. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
EMPREGADOS EM COMPONENTES IMPLANTADOS
NO CORPO HUMANO PARA SUBSTITUIR PARTES
DO CORPO DOENTES;
NÃO DEVEM PRODUZIR SUBSTÂNCIAS TÓXICAS E
DEVEM SER COMPATÍVEIS COM OS TECIDOS DO
CORPO;
EXEMPLOS: PRÓTESES.
MATERIAIS AVANÇADOS:
BIOMATERIAIS

50. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
POR QUE INTELIGENTES? → SÃO CAPAZES DE SENTIR MUDANÇAS NO
AMBIENTE E RESPONDER A ESSAS MUDANÇAS → NECESSITAM DE UM SENSOR
E UM ATUADOR
MATERIAIS EMPREGADOS COMO SENSORES: FIBRAS ÓTICAS, MATERIAIS
PIEZELÉTRICOS, SISTEMAS MICROELETROMECÂNICOS;
MATERIAIS EMPREGADOS COMO ATUADORES: LIGAS COM MEMÓRIA,
CERÂMICAS PIEZELÉTRICAS, MATERIAIS MAGNETO-CONSTRITIVOS E FLUIDOS
ELETRORREOLÓGICOS/MAGNETO-REOLÓGICOS.
MATERIAIS AVANÇADOS:
MATERIAIS INTELIGENTES

51. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
SÃO DIFERENCIADOS EM FUNÇÃO DO SEU TAMANHO: SUAS DIMENSÕES
SÃO DA ORDEM DO NANÔMETRO (10
-9
m);
SÃO ENCONTRADOS EM NICHOS DA ELETRÔNICA, BIOMEDICINA, ESPORTES,
PRODUÇÃO DE ENERGIA E OUTRAS APLICAÇÕES INDUSTRIAIS.
MATERIAIS AVANÇADOS:
NANOMATERIAIS
Representação esquemática de
nanomateriais à base de carbono.
https://blogs.oglobo.globo.com/ciencia-
matematica/post/nanomateriais-de-
carbono-e-o-cerebro-qual-relacao.html

52. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Massa específicaà temperaturaambiente(escalalogarítmica)
CALLISTER, W. D. e RETHWISCH D. G., 2012.

53. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Módulode elasticidadeà temperaturaambiente(escalalogarítmica)
CALLISTER, W. D. e RETHWISCH D. G., 2012.

54. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Resistênciaà traçãoemMPa (escalalogarítmica)
CALLISTER, W. D. e RETHWISCH D. G., 2012.

55. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Resistênciaà fraturaemMPa (escalalogarítmica)
CALLISTER, W. D. e RETHWISCH D. G., 2012.

56. 3. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
CondutividadeelétricaemOhm-metro (escalalogarítmica)
CALLISTER, W. D. e RETHWISCH D. G., 2012.

57. 1.CALLISTER, W. D. e RETHWISCH D. G., “Ciência e engenharia de
materiais – uma introdução”, 8ª ed., Rio de Janeiro: LTC, 2012.
Referências