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Ciência e tecnologia dos materiais
Classificação dos materiais
Profa. Keli Vanessa Salvador Damin
Versão 2015/1
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Introdução
O que é um material?O que é um material?
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IntroduçãoO que é um material?O que é um material?
Um material nada mais é que Um material nada mais é que um “amontoado” de átomosum “amontoado” de átomos
Exemplo de um Exemplo de um materialmaterial
Requisitos básicosRequisitos básicospara “ser” um materialpara “ser” um material
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Introdução ÁtomosÁtomos
São os “ingredientes” dos materiaisSão os “ingredientes” dos materiais
FeFe
VV
CaCa
MoMo
NiNi
AuAu
AgAg
KK
HH
PP
OO
CCSiSi
AlAlSS
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Introdução Átomos - ClassificaçãoÁtomos - Classificação
- MetaisMetais
- Semi-metaisSemi-metais
- Não metaisNão metais
- Gases nobresGases nobresÁtomos metálicosÁtomos metálicos
Semi-metaisSemi-metais
Não metaisNão metaisGases nobresGases nobres
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Tradicionalmente os materiais podem ser Tradicionalmente os materiais podem ser classificados em 4 grupos básicos:classificados em 4 grupos básicos:
Cerâmicos
Metálicos Poliméricos
Compósitos
Materiais Avançados
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Classificação de Materiais
Divisão básica de materiais sólidos:
(a) Metais;
(b) Cerâmicas, e
(c) Polímeros.
Este esquema é baseado principalmente na constituição
química e estrutura atômica, e muitos materiais caem num
distinto grupamento ou num outro, embora existam alguns
intermediários.
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Classificação de Materiais
Em adição, existem 2 outros grupos de importantes materiais:
(d) Compósitos;
Compósitos consistem de combinações de 2 ou mais diferentes materiais.
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Classificação de Materiais
(e) Materiais avançados.
Utilizados em aplicações de alta tecnologia: semicondutores, biomateriais, materiais inteligentes, materiais de nanoengenharia.
Semicondutores são utilizados por causa de suas características elétricas.
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Metais
Materiais metálicos são normalmente combinações de elementos metálicos.
Eles têm grande número de elétrons não localizados, isto é, estes elétrons não estão amarrados a átomos particulares.
LIGAÇÃO METÁLICA
Muitas propriedades de metais são diretamente atribuíveis a estes elétrons.
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Metais
Metais são extremamente bons condutores de eletricidade e de calor e não são transparentes à luz visível: a superfície de um metal polido tem aparência lustrosa. Além disso, metais são bastante fortes, ainda deformáveis, que respondem pelo seu extensivo uso em aplicações estruturais.
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Materiais MetálicosMateriais Metálicos
Características GeraisCaracterísticas Gerais
• Possuem brilhoPossuem brilho• Boa condutividade térmica e Boa condutividade térmica e
elétricaelétrica• Boa maleabilidadeBoa maleabilidade• Ponto de fusão ~ 1000Ponto de fusão ~ 1000ooCC• Dureza médiaDureza média• Boa tenacidadeBoa tenacidade• Em geral, resistência à Em geral, resistência à
corrosão é ruimcorrosão é ruim• Em geral, densidade altaEm geral, densidade alta
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Materiais MetálicosMateriais Metálicos
TiposTipos
• Metais FerrososMetais Ferrosos
• Metais levesMetais leves
• Metais de baixo ponto de Metais de baixo ponto de fusãofusão
• Metais nobresMetais nobres
• Metais refratáriosMetais refratários
• Metais resistêntes à corrosãoMetais resistêntes à corrosão
ExemplosExemplos
• Aço, Ferro fundidoAço, Ferro fundido
• Alumínio, Titânio, MagnésioAlumínio, Titânio, Magnésio
• Chumbo, Estanho, ZincoChumbo, Estanho, Zinco
• Ouro, Prata, PlatinaOuro, Prata, Platina
• Tungstênio, MolibdênioTungstênio, Molibdênio
• Cobre, Latão, Bronze, NíquelCobre, Latão, Bronze, Níquel
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Metais
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• Vídeo - colher
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Metais – Gálio PF 29,7oC
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Cerâmicas LIGAÇÃO IÔNICA
Cerâmicas são compostos entre elementos metálicos e não-metálicos: são normalmente óxidos, nitretos e carbetos.
A larga faixa de materiais que caem dentro desta classificação inclui cerâmicas que são compostas de minerais de argilas, cimento e vidro.
Estes materiais são tipicamente isolantes à passagem de eletricidade e de calor, e são mais resistentes a altas temperaturas e ambientes agressivos do que metais e polímeros.
Com relação ao comportamento mecânico, cerâmicas são duras mas muito frágeis.
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Características GeraisCaracterísticas Gerais
• Em geral opacos mas podem Em geral opacos mas podem ser transparentesser transparentes
• Bons isolantes térmicos e Bons isolantes térmicos e elétricoselétricos
• FrágeisFrágeis• Dureza elevadaDureza elevada• Ponto de fusão elevadoPonto de fusão elevado• Maleabilidade ruimMaleabilidade ruim• Boa resistência à corrosãoBoa resistência à corrosão• Densidade médiaDensidade média
ALUMINA
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Materiais CerâmicosMateriais Cerâmicos
TiposTipos
• Cerâmica TradicionalCerâmica Tradicional
• Cerâmica AvançadaCerâmica Avançada
• Revestimento CerâmicoRevestimento Cerâmico
ExemplosExemplos
• Tijolo, azulejo, porcelana, Tijolo, azulejo, porcelana, vidrovidro
• Diamante, óxido de zircônio, Diamante, óxido de zircônio, óxido de alumínio, Carboneto óxido de alumínio, Carboneto de silíciode silício
• DLC, Nitretos de ferro, DLC, Nitretos de ferro, boretos de ferro etc..boretos de ferro etc..
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Cerâmicas
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Polímeros LIGAÇÃO COVALENTEPolímeros incluem os materiais familiares plástico e borracha.
Muitos deles são compostos orgânicos que são quimicamente baseados em carbono, hidrogênio, e outros elementos não metálicos.
Possuem estruturas moleculares muito grandes.
Estes materiais têm tipicamente baixas densidades e podem ser extremamente flexíveis.
Os mais comuns são: Polietileno (PE), Náilon, Cloreto de Polivinila (PVC), Policarbonato (PC), Poliestireno (OS), borracha, e silicone.
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Materiais PoliméricosMateriais Poliméricos
Características GeraisCaracterísticas Gerais
• Em geral opacos mas podem Em geral opacos mas podem ser transparentesser transparentes
• Bons isolantes térmicos e Bons isolantes térmicos e elétricoselétricos
• Boa plasticidade e Boa plasticidade e elasticidadeelasticidade
• Baixa durezaBaixa dureza• Baixo ponto de fusãoBaixo ponto de fusão• Resistência à corrosão médiaResistência à corrosão média• Baixa densidadeBaixa densidade
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Materiais PoliméricosMateriais Poliméricos
TiposTipos
• NaturaisNaturais
• SintéticosSintéticos
ExemplosExemplos
• Latex, pele, DNA, glicose, Latex, pele, DNA, glicose, celulose, madeira, unha, celulose, madeira, unha, chifre, cabelochifre, cabelo
• Acrílico, isopor, PVC, Acrílico, isopor, PVC, Policarbonato, NáilonPolicarbonato, Náilon
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Polímeros
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Compósitos
É composto por dois ou mais materiais individuais.
Um compósito é projetado para exibir uma combinação das melhores características de cada um dos materiais componentes que não é obtida por qualquer material isolado.
Compósitos naturais: madeira e osso.
Sintético: Fibra de vidro + polímero (epóxi ou poliéster).
Resistentes e rígidas, mas frágeis
Dútil, mas fraco e flexível.
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Materiais CompósitosMateriais Compósitos
Características GeraisCaracterísticas Gerais
• São materiais produzidos de São materiais produzidos de modo a se obter uma modo a se obter uma otimização de propriedadesotimização de propriedades
• Tem-se propriedades que Tem-se propriedades que não se consegue num único não se consegue num único material, ou que seja material, ou que seja economicamente mais economicamente mais vantajosovantajoso
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Materiais CompósitosMateriais Compósitos
TiposTipos
• Mesma classeMesma classe
• Classes distintasClasses distintas
ExemplosExemplos
• Folha de flandres, aços Folha de flandres, aços galvanizadosgalvanizados
• Pneu, embalagem tetrapak, Pneu, embalagem tetrapak, fibra de carbono, fibra de fibra de carbono, fibra de vidro, fio condutor de vidro, fio condutor de eletricidade com isolanteeletricidade com isolante
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Compósitos
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Materiais Avançados
São tipicamente materiais tradicionais cujas propriedade foram aprimoradas ou então materiais de alto desempenho recentemente desenvolvidos.
Ex.: computadores, aeronaves, foguetes militares, sistemas de fibra óticas, espaçonaves, LCD, fibra ótica etc.
Também podem ser: metais, cerâmicas e polímeros.
Em geral são de alto custo.
São eles:Semicondutores;Biomateriais;Materiais Nanoengenheirados.
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Materiais Avançados: Semicondutores
Possuem propriedades elétricas que são intermediárias entre aquelas dos condutores elétricos (metais e ligas metálicas) e os isolantes (cerâmicas e polímeros)
São extremamente sensíveis a impurezas.
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Materiais Avançados: Biomateriais
São componentes implantados no corpo humano para substituição de partes doentes ou danificadas.
Não devem possuir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com os tecidos do corpo.
Todos os componentes antes citados podem ser utilizados.
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Materiais Avançados: Biomateriais
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Materiais Avançados: Nanoengenheirados
São materiais que tem seus átomos e moléculas manipulados e movidos com o auxílio de microscópios de varredura, com o objetivo de formar novas estruturas.
Esse arranjo dos átomos oportuniza o desenvolvimento de propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas, entre outras que não seriam possíveis de outra maneira.
Este estudo é chamado de nanotecnologia.
“nano” indica dimensões da ordem de 10-9 metros
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Materiais avançados: Nanoengenheirados
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Resumo
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