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aula de fundamentos
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1CAPITULO 1Introduo
DEM FUNDAMENTOS CINCIA DOS MATERIAIS UDESC
11 MATERIAIS NATURAISPEDRA, COBRE METEORITO, MADEIRA COURO, BORRACHA, DIAMANTE
2
MATERIAIS DESENVOLVIDOS EMPIRICAMENTE,
PRATICAMENTE SEM CONHECIMENTO CIENTFICO
PRVIO
BRONZE, AO, LATO, FERRO FUNDIDO, VIDRO, CONCRETO
3MATERIAIS DESENVOLVIDOS
COM AUXLIO DE DESENVOLVIMENTOS
CIENTFICOS
Al E LIGAS, Ti E LIGAS, Mg E LIGAS, METAL DURO, AO INOX, TERMOPLASTICOS, ELASTOMEROS, CERMICAS VTREAS, FERRITE
4
MATERIAIS PROJETADOS DESENVOLVIDOS QUASE QUE EXCLUSIVAMENTE A
PARTIR DE FUNDAMENTOS CIENTFICOS
SUPERLIGAS, LIGAS DE EFEITO MEMRIA, AOS DE ALTA RESISTNCIA, VIDROS METLICOS, CERMICAS DO TIPO SIALON, CERMICAS DE CORTE Al2 O3 E ZrO2 , SEMICONDUTORES...
NVEL DE DESENVOLVIMENTO CARACTERIZAO EXEMPLOS
= Evoluo1.1 Perspectiva Histrica
1Viso Geral da Evoluo
1Materiais
Engenharia
Cincia e Engenharia dos Materiais a rea da atividade humana associada com a gerao e a aplicao de conhecimentos que relacionem composio, estrutura e processamento de materiais s suas propriedades e usos.
Investigao das relaes entre composio/estrutura e
propriedades dos materiais
Projetar, desenvolver ou aperfeioar tcnicas deprocessamento de materiais com base nas
relaes composio/estrutura e propriedades.
E tambm: Desenvolver formas de produo de materiais
socialmente desejveis a custo socialmente aceitvel.
Objetivos Desenvolvimento de materiais j conhecidos visando novasaplicaes ou visando melhorias no desempenho. Desenvolvimento de novos materiais para aplicaes conhecidas. Desenvolvimento de novos materiais para novas aplicaes.
Cincia
Morris Cohen, MIT (in Padilha, A.F. Materiais de Engenharia, Hemus, 1997, cap. 1)
1.2 Cincia e Engenharia de Materiais
1Vesturio
Super jeans usa tecnologia espacial para proteger motociclistasO tecido combina as qualidades do jeans com a extrema resistncia da fibra sinttica espacial
Pierre-Henry Servajean
75 % dos seus colegas usam jeans em seus passeios de moto
descobriu uma fibra chamada UHMWPE, utilizada pela Agncia Espacial Europeia (ESA) em 2007
duas vezes mais forte do que o Kevlar, e de 10 a 100 vezes mais resistente do que o ao
No caso de um acidente, somente a camada externa do jeans se rasga, e a pele do motociclista no atingida.
UltraHighMolecular Weight Polyethylene
1Novidades
Criado um vidro mais forte do que o aovidro metlico
uma microliga de paldio com silcio, fsforo e germnio, que permitiram a fabricao de bastes de vidro de aproximadamente um milmetro de dimetro. A adio de prata permitiu o aumento das placas
"O resultado que o vidro mostra uma extensa plasticidade em resposta ao estresse, permitindo que ele se curve, em vez de se quebrar,"
As dimenses das peas de vidro metlico so limitadas pela necessidade de esfriar rapidamente os metais lquidos para formar sua estrutura final amorfa
1 imitao de estruturas encontradas na natureza para a soluo de problemas de engenharia.
NovidadesCermica mais dura do mundo criada imitando a madreprola
BIOMIMETISMO
A madreprola uma substncia calcria de origem animal, dura e brilhante. Ela produzida principalmente por moluscos
Controlando cuidadosamente o congelamento de partculas de xido de alumnio (alumina) suspensas em gua salgada, e adicionando um polmero conhecido como PMMA (polimetilmetacrilato), os pesquisadores fabricaram uma cermica que 300 vezes mais dura do que os seus elementos constituintes.
A madreprola, com toda a beleza de sua iridescncia e a sua dureza, tem 95% de sua estrutura formada por aragonita, um mineral de carbonato de clcio duro, mas quebradio. Os outros 5% so molculas orgnicas.
Sua dureza vem de uma arquitetura de comprimento varivel, com estruturas variando de nanmetros at micrmetros de comprimento.
A engenharia humana ainda no capaz de reproduzir essas variaes de escala, que resultam em uma dureza 3.000 vezes maior do que a dureza do material original de que feita a madreprola.
1 A lmpada incandescente se apaga depois de 130 anos, em um dos mais fascinantes movimentos de inovao tecnolgica de nosso tempo INCANDESCENTE
Patente 1880Expanso: Incio do Sculo XX
O QUE TEM DE ECOLGICANo incorpora materiais
perigosos(trabalha com filamento de tungstnio) e pode ser
facilmente reciclvel
A TECNOLOGIAO filamento aquecido a 3000
graus emitindo calor e luz
PONTO NEGATIVOIneficiente, usa apenas 10% da
energia para transform-la em luz o restante perdido na forma de
calor
Evoluo
1 FLUORESCENTEPatente 1926
Expanso: Em meados dos anos 90 ( os modelos compactos)
O QUE TEM DE ECOLGICAA verso de 13 Watts produz 800 lumens de luminosidade igual a uma incandescente de
60 Watts, mas dura oito vezes mais
A TECNOLOGIAA energia flui atravs da mistura de argnio
e vapor de mercrio. A excitao qumica acelera o fosforo branco no interior do
vidro
PONTO NEGATIVOExige pelo menos trs minutos de
aquecimento para emitir qualidade total de iluminao
1Nessa tecnologia, um semicondutor semelhante ao usado nos microcomputadores, quando atravessado por energia, emite
luminosidade
LEDPatente 2008
Expanso: A partir de 2010
O QUE TEM DE ECOLGICAUtiliza 87% menos energia para
produzir a mesma luminosidade de uma incandescnte de 60 Watts
A TECNOLOGIAO movimento de eltrons nos
semicondutores emite luz fria, sem calor.
PONTO NEGATIVOExige mudana dos pontos de
conexo apenas agora comea a surgir no mercado modelos com
soquetes tradicionais
1 Se a metade de toda a iluminao mundial fosse convertida tecnologia LED at 2025, seria possvel economizar 120 gigawatts de eletricidade. Isso reduziria as emisses de dixido de carbono em 350 milhes de toneladas por ano. Nos Estados Unidos, equivaleria a tirar 7,5 milhes de carros das ruas.
1MATERIAIS E RECICLAGEM
a Whirlpool (fabricante das marcas Brastemp e Consul) dispe de um programa de coleta e reciclagem de geladeiras antigas. Por enquanto, o servio no aberto a todos os consumidores.
1REPRESENTAO CLASSICA
1Composio
Natureza qumica dos materiais
Metais alcalinosMetais alcalinos terrososMetaisSemi MetaisNo MetaisHalogeneosGases Nobres
Cada elemento tem seu simbolo prprio, numero atmico e massa. O simbolo de cada elemento nico e nem sempre corresponde primeira letra do nome do elemento
Massa atmica
Simbolo
Nmero atmico
A tabela Peridica Descrio do elemento
1Estrutura
Associada ao arranjo dos componentes do material em estudo depende da escala
Macroestrutura (m)
Qualidade-Gerao de energia-Eficincia-Durabilidade-Custo
Microestrutura 1 - 10(mm)
Microestrutura 50 - 500(m)
Nanoestrutura 3 - 100(nm) Atmica
1 - 100(Angstroms)
Bloco de motor em ligade alumnio fundido(material em desenvolvimento)Ford Motor Company
Qualidade-Propriedades afetadas-Ductilidade-Resistncia fadiga
1Propriedades
Tipo e intensidade da resposta a um estmulo que imposto ao material
As principais propriedades dos materiais podem seragrupadas em: Mecnicas Eltricas Trmicas Magnticas pticas Qumicas de degradao (corroso, oxidao, desgaste)
Processamento
Desempenho
1Processamento
conjunto de tcnicas para obteno de materiais com formas e propriedades especficas.
Transparente
TranslucidoOpaco
Monocristal
Policristal(denso)
Policristal(Poroso)
trs amostras de alumina (Al2O3) processadas por diferentes rotas
1trs amostras de alumina (Al2O3) processadas por diferentes rotas
1METAL
CERMICA
POLIMERO
Uma classificao muitoutilizada, baseada nacomposio: Metlicos Cermicos Polimricos Compsitos
Mesma aplicao Diferentes materiais
1.4 Classificao dos materiais
1Metais
Propriedades gerais :
Resistncia mecnica demoderada a alta. Moderada plasticidade. Alta tenacidade. Opacos. Bons condutores eltricos etrmicos.- Aparncia Lustrosa
Cermica
Propriedades gerais :
Isolantes trmicos e eltricos. Refratrios. Inrcia qumica. Corpos duros e frgeis
Tipos de materiais : Cermicas tradicionais. Cermicas de alto desempenho. Vidros e vitro-cermicas. Cimentos
1 Polmeros
Propriedades gerais : Baixa densidade. Flexibilidade e facilidade deconformao. Tenacidade. Geralmente pouco resistentes a altastemperaturas.
Tipos de materiais : Termo-plsticos. Termo-rgidos. Elastmeros
Novas classificaes
Metlicos Cermicos Polimricos Compsitos
- Semicondutores- Biomateriais- Nanomateriais
- Materiais inteligentes
1 Compsitos Semicondutores
ExemplosTodos os componentes eletrnicos do computadorSo a base da tecnologia de opto- eletrnica - lasers, detetores, circuitos integrados ticos e clulas solares.
Biomateriais
1Propriedades - Densidade
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Metais
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1.4 Classificao dos materiais e porque estudar materiais
1 Classificao dos MateriaisPropriedades - Mecnicas
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Metais Cermicos
Polimeros
Compsitos
1 Classificao dos MateriaisPropriedades Eltricas
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Metais
Cermicos Polimeros
Semicondutores
1
1Mola300 Km/h
1R$ 31.000,00 Fibra de carbono + vidro + Kevlar
118 camadas
1Capacidade de suportar 3 toneladasA prova de fogo
Leve Parafusos de Ti1,350 kg
Absorver impacto
1Fibra de vidro e isopor1975
1MATERIAIS
COMPOSTOS
Quando se tenta restaurar uma articulao ou tratar uma fratura do osso, perceptvel que a reparao do osso deve ser feita de modo conveniente para se ter a melhor reparao possvel, pois se a recolocao falhar por alguma razo, haver mais dificuldades em restituir a juno numa segunda cirurgia, j que uma parte significativa do tecido natural foi destrudo. Infelizmente, os efeitos das cargas mecnica compressivas ou tenses biomecnicas na reparao de ossos longos no so totalmente entendidos. Cargas excessivas no podem ser impostas ao implante mesmo que localmente, pois danificaria as clulas e/ou tecidos adjacente ao invs de aumentar sua interao ou bioadeso
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