Adilson Luiz Chinelatto

Ligações químicas. Arranjos atômicos. Imperfeições nos cristais. Estrutura de polímeros. Introdução à solidificação. Diagrama de equilíbrio. Propriedades mecânicas. Propriedades elétricas, magnéticas e ópticas. Introdução aos materiais compósitos. Fundamentos de processamento de materiais metálicos, cerâmicos e poliméricos. Noções de difração de raios-X.

1- Introdução à relação Estrutura-Propriedade-Processamento

2- Revisão sobre estrutura atômicaa. Estrutura dos átomosb. Estrutura eletrônica dos átomos

3- Ligações químicasa. Ligações Iônicasb. Ligações Covalentesc. Ligações Metálicasd. Ligações Secundárias ( ligações de van der Waals)e. Ligações Mistasf. Distâncias interatômicasg. Raios atômicos e raios iônicosh. Número de coordenação

4- Estrutura cristalinaa. Cristalinidade e células unitáriasb. Redes espaciaisc. Estruturas cristalinas dos materiaisd. Alotropiae. Posições atômicas nas células unitárias cúbicasf. Direções nas células unitárias cúbicasg. Planos cristalográficos e índices de Miller

5- Difração de raios-Xa. Fontes de raios-Xb. Fenômeno da difraçãoc. Difração de raios-X e a Lei de Braggd. Técnicas de difração de raios-Xe. Identificação da estrutura cristalina dos sólidos

6- Defeitos em sólidosa. Impurezas, soluções sólidas e estequiometriab. Defeitos puntuaisc. Defeitos linearesd. Defeitos superficiaise. Defeitos volumétricosf. Monocristais e policristaisg. Observação de defeitos por Microscopia Ótica e Eletrônica

7- Difusão em sólidosa. Processos cinéticos em sólidosb. Mecanismos de difusãoc. Difusão no estado estacionáriod. Difusão no estado não estacionárioe. Aplicações industriais do processo de difusão

8- Introdução à solidificaçãoa. Nucleação homogêneab. Nucleação heterogêneac. Raio crítico e super-resfriamentod. Crescimento de cristais

9- Diagramas de fasesa. Definições e conceitos básicosb. Diagrama de substâncias purasc. Regra das fases de Gibbsd. Sistemas binários com solução sólida completae. Regra da alavancaf. Reações invariantesg. Sistemas binários eutéticosh. Sistemas binários eutéticos com fases intermediáriasi. Sistemas binários peritético e monotéticoj. Sistemas ternáriosk. Sistema Ferro-Carbono

10- Materiais metálicosa. Principais estruturas cristalinas dos metaisb. Conceitos de tensão e deformaçãoc. Dureza e ensaios de durezad. Deformação elásticae. Deformação plásticaf. Discordâncias e a deformação plásticag. Mecanismos de aumento de resistência em metaish. Recuperação, recristalização e crescimento de grãoi. Falhaj. Desenvolvimento da microestrutura e alterações das propriedades mecânicas dos metaisk. Processamento de materiais metálicosl. Tratamentos térmicos de materiais metálicosm. Aços e ferros fundidosn. Ligas não ferrosas

11- Materiais cerâmicosa. Principais estruturas dos materiais cerâmicosb. Estruturas dos silicatosc. Propriedades mecânicas dos materiais cerâmicosd. Processos de conformaçãoe. Sinterizaçãof. Cerâmicas tradicionaisg. Cerâmicas avançadash. Refratáriosi. Vidros

12- Materiais Poliméricosa. Moléculas poliméricasb. Processos de polimerizaçãoc. Cristalinidade e estereoisomerismod. Termofixos e. Termoplásticosf. Processamento de materiais poliméricosg. Propriedades mecânicas dos materiais poliméricosh. Fluência e relaxação de tensãoi. Fratura

13- Introdução aos materiais compósitosa. Compósitos reforçados com partículasb. Compósitos reforçados com fibrasc. Compósitos estruturais

14- Propriedades elétricas e eletrônicas dos materiaisa. Conduçãob. Semicondutividadec. Dielétricosd. Supercondutividade

15- Propriedades magnéticas dos materiaisa. Conceitos básicosb. Tipos de magnetismosc. Materiais magnéticos duros e molesd. Armazenamento de informaçõese. Supercondutividade

16- Propriedades térmicas dos materiaisa. Capacidade caloríficab. Expansão térmicac. Condutividaded. Tensões térmicas

17- Propriedades óticas dos materiaisa. Conceitos básicosb. Refraçãoc. Reflexãod. Absorçãoe. Transmissãof. Corg. Aplicações de fenômenos óticos

1- W. D. Calister Jr. “Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução” 5aedição, editora LTC.

2- Donald R. Askeland e Pradeep P. Phulé, “Ciência e Engenharia dos Materiais”, editora CENGAGE Learning

3-William F. Smith “Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais” 3aEdição, editora McGraw Hill.

4- Lawrence H. Van Vlack “Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais” 4a Edição, editora Campus.

5- James F. Shackelford “Introduction to Materials Science for Engineers”3rd Edition, editora Prentice Hall.

6- R. A. Higgins “Propriedades e Estruturas dos Materiais em Engenharia”, editora Difel.

7- A. F. Padilha “Materiais de Engenharia – Microestrutura e Propriedades”, Editora Hemus

As notas semestrais serão compostas pela média aritmética da nota de 3 provas.

Datas 1º Semestre 2º SemestreN1 26/03/2012 03/09/2012N2 14/05/2012 15/10/2012N3 02/07/2012 26/11/2012

Exame Final 03/12/2012

Segundo Morris Cohen os Materiais são as substâncias cujas propriedades as tornam utilizáveis em estruturas, máquinas, dispositivos, ou produtos consumíveis.

Os Materiais podem ser encontrados diretamente na natureza, como argilas, madeira, etc., ou podem ser fabricados artificialmente, como os plásticos, o aço, etc.

Os Materiais são divididos normalmente em: Materiais Metálicos, Materiais Cerâmicos e Materiais Poliméricos.

Esta divisão é baseada na estrutura atômica e nas ligações químicas predominantes em cada grupo.

Um quarto grupo foi incorporado nesta classificação nas últimas décadas, é o grupo dos Materiais Compósitos.

Entretanto, existem ainda outros grupos de materiais, que nos últimos anos têm ganhado grande importância devido as suas propriedades, tais como os Materiais Semicondutores e Materiais Supercondutores.

Estes materiais são formados pela combinação de elementos metálicos unidos por ligações metálicas. Muitas das propriedades destes materiais são atribuídas aos elétrons, que se comportam como elétrons livres no interior do material.

Entre os quatro grupos de materiais os materiais metálicos, em particular os aços, ocupam um lugar de destaque devido a sua grande utilização. Na tabela periódica cerca de 70 elementos têm um caráter predominantemente metálico.

As primeiras ferramentas e armas feita com metais surgiram entre 5000 e 3000 a.C., (aproximadamente 2000 anos após a introdução da agricultura) quando o homem desenvolveu fornos que possibilitaram a fusão de metais.

No início da era cristã o homem conhecia 7 metais: cobre, ouro, prata, chumbo, estanho, ferro e mercúrio.

Um dos maiores avanços na produção e utilização de materiais metálicos ocorreu com a descoberta dos processos de fabricação dos aços com baixo teor de carbono. Esta descoberta foi feita por Henry Bessemer em 1856 e permitiu a produção de aço em grande escala.

Os materiais cerâmicos são normalmente formados pela combinação de elementos metálicos unidos a elementos não metálicos. Estes elementos são unidos por ligações iônicas e/ou covalentes.

Os primeiros utensílios feitos de cerâmica foram potes, panelas e pequenas estatuetas. Estima-se que começaram a ser fabricados ao redor de 8000 a.C. Estes utensílios eram feitos com argila, que quando misturada a água podia ser facilmente moldada. Após a secagem, ela se torna rígida e adquire alta dureza após a queima. Esta operação intencional de dar forma e queimar a argila, obtendo um produto com propriedades novas, foi talvez o início da engenharia de materiais.

Os vidros são também caracterizados como materiais cerâmicos e tem-se registro de uso por volta do ano 4000 a.C. no Egito e em 1500 a.C. a produção de vidro já estava relativamente estabelecida. Em 1200 d.C. Veneza já era a capital do vidro, e em 1292 toda a produção foi transferida para a ilha de Murano para proteger os segredos dos ingleses e dos franceses.

Já as porcelanas começaram a ser fabricadas pelos chineses em 200 a.C. e chegaram a Europa no século XIII através de Marco Pólo, mas somente com Johann Friedrich Böttger em 1708 é que se consegui produzir uma porcelana de alta qualidade.

Os materiais poliméricos são constituídos de moléculas orgânicas gigantes, chamadas de macromoléculas, as quais podem ser naturais, como o couro, a seda, o algodão, a madeira e a borracha, ou podem ser sintéticas, como os hidrocarbonetos derivados do petróleo. Estas moléculas são formadas por átomos de elementos não metálicos, como o carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, flúor, entre outros, os quais são ligados por ligações covalentes. Estas moléculas ligam-se umas as outras por meio de ligações fracas.

Os polímeros naturais foram utilizados por milênios, mas foi na década de 1820 que ocorreu a síntese da uréia por Woehler, que liquidou a teoria da força vital e permitiu a obtenção de compostos orgânicos de maneira sintética. Em 1905 foi descoberto por Leo Hendrik Baekeland o baquelite que foi o primeiro polímero sintético, mas foi só em 1935 que foi descoberto o polietileno, dando origem a descoberta da maioria dos polímeros até 1950. Entretanto a produção dos polímeros pela indústria começou por volta de 1960, crescendo exponencialmente.

Os materiais compósitos são materiais projetados de modo a conjugar características desejáveis de dois ou mais materiais. Eles são formados normalmente por duas fases, sendo uma a matriz e a outra o reforço. A matriz pode ser polimérica, metálica ou cerâmica, enquanto que o reforço pode estar na forma de dispersão de partículas, fibras, bastonetes, lâminas ou plaquetas.

Um compósito natural é a madeira, onde a matriz e o reforço são poliméricos. Outro compósito muito utilizado é o concreto, neste caso tanto a matriz quanto o reforço são cerâmicos.

A grande expansão no desenvolvimento e no uso dos compósitos iniciou-se na década de 1970.

Os materiais são formados por átomos que se unem formando uma estrutura atômica.

Uma maneira de se entender o que é estrutura, é comparar os materiais à parede de uma casa. Nesta parede os tijolos são colocados um a um unidos por meio de uma argamassa para dar forma e sustentação a parede, este conjunto de tijolos e argamassa é a estrutura da parede. Nos materiais ainda são usados alguns termos relacionados à estrutura, dependendo da dimensão de observação utilizada.

Quando se observa a nível atômico, a escala utilizada é o nanômetro (10-9m), gerando a nanoestrutura, já quando se observa os materiais utilizando um microscópio, a escala éo mícron (10-6m), nesta escala a estrutura é chamada de microestrutura e finalmente quando se observa a olho nu, a estrutura é chamada de macroestrutura.

As propriedades são as respostas que os materiais fornecem, quando são aplicados a eles certos estímulos. Geralmente estas propriedades não dependem da forma ou do tamanho do material. De uma maneira geral todas as propriedades importantes dos materiais podem ser agrupadas em seis categorias: mecânica, elétrica, térmica, magnética, ótica e deteriorativa.

Por sua vez a maneira como o material éprocessado durante a fabricação de um determinado produto (processamento), pode modificar a estrutura e as propriedades deste material.

A Ciência dos Materiais se preocupa em relacionar a estrutura com as propriedades dos materiais, enquanto que a Engenharia de Materiais está focada no processamento e como este irá modificar as propriedades dos materiais, para garantir que um determinado produto atinja o desempenho previsto.

Estrutura

Propriedade

Desempenho

Processamento

CM

Tensão

Deformação

Módulo elástico

Ductilidade

Dureza

Tenacidade