aula1 - m&p, Notas de aula de Engenharia de Materiais

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BC 1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS

Prof. Dr. Renata Ayres Rocha

renata.ayres@ufabc.edu.br

BLOCO A, TORRE DO CECS, 6º ANDAR, SALA 21

BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES

CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS

APRESENTAÇÃO – OBJETIVOS DO CURSO

Conhecer as principais famílias de materiais

Estudar as estruturas, as propriedades, o processamento e as aplicações dos principais tipos de materiais

Aprender quais são as principais ferramentas utilizadas para se trabalhar na área de materiais

Apresentação da disciplina, evolução do uso dos materiais, descobertas e desafios do século 21.

Estrutura atômica e ligações químicas, estrutura do átomo, ligação iônica, ligação covalente, ligação metálica, ligações secundárias.

Classificação dos materiais. Classificação dos materiais em função das principais ligações químicas presentes; materiais poliméricos; materiais cerâmicos; materiais metálicos; materiais compósitos, classificação baseada em bandas de energia: condutores, semicondutores e isolantes.

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CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS

APRESENTAÇÃO – PROGRAMA

Estrutura dos Materiais: Conceito de ordem e simetria espacial; estrutura cristalina; imperfeições da estrutura cristalina; sólidos amorfos; materiais cerâmicos, poliméricos e metálicos.

Propriedades dos Materiais: propriedades mecânicas, elétricas, térmicas, ópticas e magnéticas.

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CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS

APRESENTAÇÃO – PROGRAMA

Bibliografia Básica:

* W. D. Callister Jr., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução, 5a ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002 / 7a ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007

* L. H. Van Vlack, Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. Rio de Janeiro: Campus, 1984.

* R. E. Hummel, Understanding Materials Science. history, properties, and applications, 2nd ed. New York: Springer, 2004

* J. F. Shackelford, Introduction to materials science for engineers. 6.ed. New Jersey: Pearson/Prentice Hall, 2004

M. A. White, Properties of Materials. Oxford University Press, New York, 1999.

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BIBLIOGRAFIA

Bibliografia Complementar:

* W. D. Callister Jr., Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais: Uma abordagem integrada. Ed. LTC, 2006 (2º ed.)

J. F. Shackelford, Ciência dos Materiais – 6ª Edição. Pearson / Prentice Hall, 2008

* A. F. Padilha, Materiais de engenharia: microestrutura e propriedades. São Paulo: Hemus, 2009

* L. H. Van Vlack, Princípios de Ciências dos Materiais

* W. D. Callister Jr, Materials science and engineering: an introduction. 7ª ed. New York: John Wiley & Sons, 2007

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CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS

BIBLIOGRAFIA

Bibliografia Complementar:

* D. R. Askeland, P. P. Phulé, The science and engineering of materials. 5 ed. Toronto: Thomson, 2006

* Y.-W. Chung, Introduction to materials science and engineering. Boca Raton: CRC Press, 2007

G. Murray, C. V. White, W. Weise, Introduction to engineering materials. 2.ed. Boca Raton: CRC Press, 2007

J. C. Anderson, K. D. Leander, R. D. Rawlings, J. M. Alexander, Materials Science for Engineers, CRC Press; 5th ed, 2003

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BIBLIOGRAFIA

Média final: MF = 0,8 x (P1+P2)/2 + 0,2 x LISTAS

Duas avaliações dissertativas sem consulta (P1 e P2) Avaliação substitutiva substitui OBRIGATORIAMENTE P1 ou P2

CUIDADO COM AS FALTAS!! OBRIGATÓRIO PELO MENOS 75% DE PRESENÇA

-Assinatura da lista -Presença por atividade em sala -Presença pelo professor

-Problemas com faltas e horário: converse com a professora

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CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO

Conceitos: A (10 ~ 8,5) – desempenho excepcional;

B (8,4 ~ 7,0) – desempenho bom; C (6,9 ~ 5,5) – desempenho satisfatório;

D (5,4 ~ 4,0) – aproveitamento mínimo não satisfatório; F (< 4,0) – reprovado.

LISTAS – listas de exercícios, atividades, participação, frequência

listas e trabalhos de preferência feitos a mão (as questões podem estar impressas)

se for entregue com as respostas impressas: não é permitido listas praticamente iguais, nem iguais ou idênticas: A NOTA DOS ALUNOS NESSES CASOS SERÁ ZERO NESSA ATIVIDADE

SEJAM RESPONSÁVEIS PELA PRESENÇA E ATITUDES EM AULA, COM RESPEITO AOS ALUNOS E AOS PROFESSORES

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CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO

Contato sobre a disciplina, divulgação das listas de exercícios, atividades, notícias, lembretes

rayres.ufabc@gmail.com

Senha: disciplinas

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Data da Aula Aula - 2ª feira Aula - 4ª feira 13/09 e 15/09 Apresentação do curso Estrutura atômica/Lig. químicas

20/09 e 22/09 Estrutura atômica/Lig. químicas Estrutura Cristalina: metais

27/09 e 29/09 Estrutura Cristalina: metais laboratório

04/10 e 06/10 Estrutura Cristalina: imperfeições Defeitos e sólidos amorfos

Estrutura: cerâmicas

11/10 e 13/10 feriado laboratório

18/10 e 20/10 Estrutura: cerâmicas Estrutura: polímeros

25/10 e 27/10 Estrutura : polímeros Prova 1

01/11 e 03/11 feriado Propriedades Mecânicas 08/11 e 10/11 Propriedades Mecânicas Propriedades Elétricas

15/11 e 17/11 feriado laboratório

22/11 e 24/11 Propriedades Magnéticas Propriedades Térmicas

29/11 e 01/12 Propriedades Ópticas Prova 2

06/12 e 08/12 Revisão Prova Substitutiva

13/12 Revisão

CRONOGRAMA – pode ser alterado em função do aproveitamento da turma

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CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS

INTRODUÇÃO Materiais – substâncias com propriedades úteis para construirmos máquinas, estruturas, dispositivos e produtos.

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INTRODUÇÃO

A importância dos materiais na vida dos homens foi tanta que as ‘eras’ são divididas por materiais característicos da época

Idade da pedra (~9.000 A.C.) Idade do bronze (~3.200 A.C.) Idade do ferro (~1.200 A.C.) Aço, polímeros, silício: dias atuais

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CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS

INTRODUÇÃO - HISTÓRIA

A importância dos materiais na vida dos homens foi tanta que as ‘eras’ são divididas por materiais característicos da época

Idade da pedra (~9.000 A.C.) Idade do bronze (~3.200 A.C.) Idade do ferro (~1.200 A.C.) Aço, polímeros, silício: dias atuais

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INTRODUÇÃO - HISTÓRIA

Polímeros naturais – ossos, tendões, madeira, fibras (?-50.000 AC)

Cerâmicas – vasos e urnas de argila (20.000-6.000 AC); pontas de flechas de sílex : 6.000 AC –2.500 AC); pisos e azulejos (2.000 AC)

Metais – lâminas, equipamentos bélicos (Idade do bronze: 3.000- 500 AC; Idade do Ferro: 1.000 AC – 1.000 DC)

Polímeros sintéticos – borracha vulcanizada (1870), baquelite (1895), poliamida (1930), polipropileno (1954)

Nanotecnologia – nanotubos de carbono (1990), nanocompóstos argila-polipropileno (1994)

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INTRODUÇÃO - HISTÓRIA

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INTRODUÇÃO - HISTÓRIA

Ciência dos Materiais Investigação das relações entre composição/estrutura e

propriedades dos materiais

Engenharia dos Materiais Projeto, desenvolvimento ou aperfeiçoamento de técnicas de

processamento de materiais (= técnicas de fabricação) com base nas relações composição/estrutura e propriedades. E também:

Desenvolvimento de formas de produção de materiais socialmente desejáveis a custo socialmente aceitável.

Objetivos: Desenvolvimento de materiais já conhecidos visando novas

aplicações ou visando melhorias no desempenho. Desenvolvimento de novos materiais para aplicações

conhecidas. Desenvolvimento de novos materiais para novas aplicações.

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INTRODUÇÃO – CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

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INTRODUÇÃO – COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA

Composição

Natureza química dos materiais

Estrutura

Associada ao arranjo dos componentes do material em estudo

Pode (e deve) ser analisada em diferentes ESCALAS

Estrutura em escala atômica (menor ou igual a nm = 10-9m) Nanoestrutura (da ordem de nm)

Sólidos Amorfos (alguns nm) e Sólidos Cristalinos (<100nm) Microestrutura (alguns μm = 10-6m até mm) Macroestrutura (normalmente igual ou maior que mm)

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INTRODUÇÃO – COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA

1 metro 10 centímetros 1 centímetro 100 micrômetros

10 micrômetros 1 micrômetro 100 nanômetros 1 nanômetro

BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES

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INTRODUÇÃO – ESCALA E ESTRUTURA

Bloco de motor em liga de alumínio fundido

(material em desenvolvimento) Ford Motor Company

Escala Atômica

Escala “Nano”

Escala “Micro”

Escala “Macro”

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INTRODUÇÃO – ESCALA E ESTRUTURA

Propriedade Tipo e intensidade da resposta a um estímulo que é imposto ao

material

As principais propriedades dos materiais podem ser agrupadas em:

Mecânicas Elétricas Térmicas Magnéticas Ópticas Químicas de Degradação (corrosão, oxidação, desgaste)

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INTRODUÇÃO - PROPRIEDADES

Processamento: conjunto de técnicas para obtenção de materiais com formas e propriedades específicas.

Desempenho: resposta do material a um estímulo externo, presente nas condições reais de utilização.

Exemplo : Três amostras de óxido de alumínio (Al2 O3 ) processadas por diferentes rotas.

Monocristal (transparente)

Policristal denso

(translúcido)

Policristal poroso (opaco)

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INTRODUÇÃO – PROCESSAMENTO E DESEMPENHO

Aproveita as vantagens da escala “nano” para construir dispositivos e materiais.

Altíssima área superficial. Ex: nanocompósitos, sistemas catalíticos, sistemas de liberação de medicamentos, sistemas de armazenamento de energia

Efeitos da física quântica. Ex: propriedades especiais eletromagnéticas, ópticas, térmicas

É a escala das estruturas biológicas. Ex: integração de sistemas artificiais e biológicos, projetos de estruturas artificiais baseadas em biológicas

BC1105 – MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES

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INTRODUÇÃO - NANOTECNOLOGIA

10 nm

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INTRODUÇÃO - NANOTECNOLOGIA

Nanotubos de carbono

Fullereno – C60

Ferrofluido Superfície hidrofóbica

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INTRODUÇÃO - NANOTECNOLOGIA

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Qual a importância dos materiais dentro do curso que pretende seguir?

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