Arranjos Da Matéria Aula 1 e 2

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Aula de Arranjos da MatAula de Arranjos da Matriaria

Prof. Matheus de Faria e Oliveira BarretoEngenheiro Civil UFMGEspecialista em Engenharia de Segurana do TrabalhoMestre em Engenharia Civil / Construo Civil UFMGDoutorando em Engenharia Metalrgica e Materiais - UFMGPesquisador na rea de Tecnologia de Materiais Metlicos e Cermicos

Disciplina: Cincia dos Materiais Disciplina: Cincia dos Materiais

Arranjos da MatArranjos da Matriaria

MSc. Matheus de Faria e Oliveira Barreto

Engenharia de Materiais



Classificao dos Materiais

Materiais slidos tm sido convenientementeagrupados em 4 classificaes bsicas:

(a)Metais

(b) Cermicas

(c) Polmeros

(d) Compsitos



Classificao dos MateriaisMETAIS

Materiais metlicos so normalmente combinaes de elementos metlicos. Eles tm grande nmero de eltrons no localizados, isto , estes eltrons no esto diretamente ligados a tomos.

Muitas propriedades de metais so diretamente atribuveis a estes eltrons.



Classificao dos MateriaisMETAIS

Metais so extremamente bons condutores de eletricidade e de calor e no so transparentes luz visvel: a superfcie de um metal polido tem aparncia brilhante.

Alm disso, os metais apresentam boa resistncia mecnica, e so deformveis, caractersticas que justificam seu extensivo uso em aplicaes estruturais.



Classificao dos MateriaisCERMICAS

Cermicas so compostos entre elementos metlicos e no-metlicos: eles so muito frequentemente xidos, nitretos e carbetos. A larga faixa de materiais que caem dentro desta classificao inclui cermicas que so compostas de minerais, argilas, cimento e vidro.

Estes materiais so tipicamente isolantes passagem de eletricidade e de calor, e so mais resistentes a altas temperaturas e ambientes agressivos do que metais e polmeros. Com relao ao comportamento mecnico, cermicas so duras mas muito frgeis.



Classificao dos MateriaisPOLMEROS

Polmeros so compostos orgnicos que so quimicamente baseados em carbono, hidrognio, e outros elementos no metlicos; alm disto, eles tm grandes estruturas moleculares.

Exemplos de polmeros so os plsticos e as borrachas.

Muitos deles Estes materiais tm tipicamente baixas densidades e podem ser extremamente flexveis.




COMPSITOS

Cada vez mais a Engenharia tem buscado o desenvolvimento de novos materiais que aliem diversas caractersticas.

Neste sentido os materiais compsitos, formados por pelo menos dois componentes distintos, se destacam.

Fiberglass um exemplo familiar, no qual fibras de vidro so embutidas dentro de um material polimrico.




COMPSITOS

Um compsito projetado para exibir uma combinao das melhores caractersticas de cada um dos materiais componentes.

"Fiberglass" adquire resistncia mecnica das fibras de vidro e flexibilidade do polmero. Muitos dos recentes desenvolvimentos de novos materiais tm envolvido materiais compsitos.



Cermicas

Cermica o nome genrico que se d a materiais preparados, sob altas temperaturas, a partir de compostos inorgnicos como silicatos e xidos metlicos.

Nesse conceito, materiais como vidro e cimento podem ser includos, mas s vezes so considerados em grupos parte pela sua importncia prtica.



Cermicas

Em geral, as estruturas so complexas e, em vrios casos, so usadas misturas de diferentes compostos.

Exemplo de uma composio tpica para vidro: 70-74% de slica (SiO2), 12-16% de xido de sdio (Na2O), 5-11% de xido de clcio (CaO), 1-3% de xido de magnsio (MgO) e 1-3% de xido de alumnio (Al2O3).



CermicasMateriais cermicos so extensivamente usados

em construo civil (tijolos, telhas, manilhas, blocos, etc).

No aspecto tcnico da Engenharia, pode-se citar algumas propriedades que so determinantes para o uso dos mesmos:

Dureza alta: rebolos para retficas, ferramentas de carboneto de tungstnio.

Eltricas e eletrnicas: isolantes para linhas de transmisso, substratos para semicondutores, etc.



Cermicas

Estabilidade dimensional e baixa expanso trmica: paletas de turbinas.

Ponto de fuso elevado: revestimentos de fornos e similares.

Porosidade: alguns materiais cermicos so particularmente adequados para diversos tipos de filtros.



Polmeros

Plsticos e borrachas so designaes comuns para materiais deste grupo. Polmeros so obtidos a partir de molculas simples de compostos orgnicos (monmeros) que se agrupam em longas cadeias.

Exemplo: na parte esquerda da figura, h uma molcula do monmero etileno (C2H4). Na parte direita, o agrupamento dessas molculas forma o polietileno.



Polmeros

Na prtica, o nmero de repeties da molcula do monmero no polmero elevado, podendo chegar a dezenas de milhares.

Geometricamente, as cadeias dos polmeros e suas ligaes podem formar estruturas paralelas, emaranhadas, entrelaadas. Isso depende da composio e do processo de fabricao..



Polmeros

Em geral, os polmeros so classificados em trs grupos principais:

Termoplsticos: as cadeias no so entrelaadas e o aquecimento reduz as foras de coeso. Isso significa que podem ser reaquecidos e novamente moldados. Exemplos: poliamida (nylon), poliestireno, polietileno.

Termoestveis ou termorrgidos: alteraes qumicas ocorrem durante o processo de moldagem, que provocam ligaes entrelaadas entre cadeias, formando estruturas rgidas. No so amolecidos por reaquecimento. Exemplos: baquelita, epxi.



Polmeros

Em geral, os polmeros so classificados em trs grupos principais:

Elastmeros: so (em geral) termoestveis que apresentam elevado grau de elasticidade. As cadeias de molculas so emaranhadas, com tendncia ao alinhamento se submetidas trao, mas retornando forma original se liberadas.



Polmeros

As cadeias dos polmeros podem conter mais de um tipo de monmero. So os chamados copolmeros.

Fisicamente, os monmeros podem se distribuir de forma aleatria ou alternada na cadeia.

Tambm podem formar blocos como se fossem polmeros distintos ligados entre si e outros arranjos.



Polmeros

Um slido cristalino tem sua estrutura atmica regular e ordenada, ao contrrio do amorfo, que tem seus tomos distribudos de forma aleatria.

Em conseqncia, a fuso de um material cristalino ocorre a uma temperatura bem definida e a de um amorfo, em uma faixa de temperatura.

A maioria dos polmeros tem uma estrutura semicristalina, ou seja, formada por cristais e partes amorfas. Portanto, o comportamento da fuso de um polmero depende do seu grau de cristalizao.



Polmeros

A maior parte dos polmeros so macios e flexveis em temperatura ambiente. Se resfriados abaixo de determinada temperatura, tornam-se duros e quebradios como vidro.

Essa denominada temperatura de transio vtrea (Tg). Alguns polmeros, entretanto, apresentam rigidez e dureza em temperatura ambiente.



Polmeros

Polmeros so, na linguagem do dia-a-dia, chamados de plsticos (ou borrachas no caso de elastmeros) devido ampla faixa de deformao plstica que a maioria apresenta.

Mas isso no vlido para todos. H uma variedade de propriedades mecnicas entre os diversos tipos.

Podem ser citados: resistncia qumica e mecnica, baixa massa especfica, aspecto e acabamento superficial, etc..



Metais

Conforme j mencionado, a distribuio geomtrica dos tomos de um slido cristalino regular e ordenada. Na realidade, essa distribuio uma repetio de arranjos ou clulas iguais.

Supe-se, por exemplo, que o material est no estado lquido e resfriado at a solidificao.

Nesse processo, clulas individuais agrupam-se de forma alinhada em uma estrutura tridimensional para formar cristais. O crescimento de vrios cristais no mesmo meio pode eventualmente formar gros com limites bem definidos.

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Metais

.H vrios tipos de arranjos cristalinos, mas aqui so dados apenas os mais comuns para os metais:

(a) estrutura cbica de face centrada.

(b) estrutura hexagonal fechada.

(c) estrutura cbica de corpo centrado.

Num mesmo cristal, todas as clulas se alinham na mesma orientao. Em (d) da mesma figura, exemplo em corte da disposio de clulas de uma estrutura hexagonal.

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