A TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

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- Baixas densidades, extremamente flexíveis, grande ductilidade, baixo peso, baixo custo com alternativa para aplicações estruturais, baixa resistência quando comparado aos metais, baixo ponto de fusão e alta reatividade (plásticos comuns).

- Polímeros com: Oxigênio ⇒ acrílicos; Nitrogênio ⇒ nylons; Flúor ⇒ fluoroplastos ou fluoelastômeros (viton); Silício ⇒ silicones.

- Polímeros biodegradáveis: Substâncias poliméricas são decompostas em substâncias mais simples, através da ação de enzimas extracelulares de microorganismos como bactérias. O material polimérico “desaparece” sem deixar resíduos perigosos ou tóxicos. Sua decomposição resulta, basicamente, em CO2, H20 e biomassa.

- Compósitos: Formado pela combinação (feita por meios artificiais) de dois ou mais componentes dos três acima citados, podendo ser considerado um material multifase. Esta combinação tem por objetivo uma otimização e superioridade das propriedades em relação aos materiais individuais componentes, com alta resistência, baixo peso e menor custo.

- Ex: Palha e pelos de cavalo para reforçar tijolos de barro; papel e concreto, osso, músculo, madeira.

- Usados para suportar carga, amortecedores pneumáticos, embalagens e espumas.

- Desenvolvimento de tecnologia de fabricação para aplicação em: embarcações, aeronaves, estruturas diversas e sistemas de transporte em geral.

- Semicondutores: Propriedades elétricas intermediárias entre condutores elétricos e isolantes. Sensíveis à presença de concentrações de átomos com impurezas.

Biomateriais:

“Biomateriais são empregados em componentes implantados no corpo humano para substituição de partes do corpo doentes ou danificada”. Callister (1996)

Nanomateriais:

Habilidade de manipular a matéria em escala nanométrica. Nanômetro: 10^-9 metros. A fim de tornar o material: Mais resistente, mais puro, mais leve, mais preciso, mais adequado e mais barato.

Mudança de paradigma dos materiais:

ANTIGO: Materiais ocorrem na natureza; Ligas Básicas; Vantagem competitiva baseada em recursos minerais ou naturais; Científico: compreensão dos materiais já existentes.

NOVO: Materiais projetados; Novos Materiais; Vantagem competitiva baseada em recursos tecnológicos; Científico: síntese de materiais que não existem na natureza.

Necessidade de materiais modernos:

Encontrar novas e econômicas fontes de energia e, também, usar as atuais mais eficientemente; Qualidade ambiental: Controlar a produção da água e do ar, melhorar os métodos de processamento e refinamento de materiais para produzir menor poluição e menos despojo da paisagem devido à mineração das matérias primas; Descobrir reservas de produtos não-renováveis ou desenvolver novos materiais de propriedades semelhantes e menor impacto ambiental.

MATERIAIS CRISTALINOS

Átomos dispostos repetitiva ou periodicamente ao longo de grandes distâncias atômicas. Cada átomo fica ligado aos átomos vizinhos mais próximos (modo tridimensional repetitivo).

Ex: Metais, cerâmica e polímeros.

Estrutura cristalina: Arranjo dos átomos, íons e moléculas. Ordenação atômica de longo alcance. Metais: simples; Cerâmicas e polímeros: complexos.

- Estrutura de base: Célula unitária => Subdivisão das estruturas em pequenos grupos de átomos que formam um modelo repetitivo na ordenação atômica, definindo a estrutura em razão de sua geometria e posições internas dos átomos. Todas as posições dos átomos no cristal podem ser geradas por translações das distâncias integrais da célula unitária ao longo de suas arestas.

- Modelo atômico da esfera: Esferas sólidas de diâmetros bem definidos representando os átomos vizinhos mais próximos.

- Número de coordenação: Quantidade de átomos vizinhos mais próximos, sendo igual para cada átomo nos metais.

- Fator de empacotamento atômico (APF): Fração do volume de esfera sólida em uma célula unitária => APF = vol. de átomos em 1 c.u / vol. da c.u. Metais => Altos APFs para maximizar o escudo fornecido pela nuvem de elétrons livres.

- Estrutura cúbica de corpo centrado (CCC):

[pic 1]

Célula unitária cúbica com átomos em todos os 8 vértices e um só átomo no centro do cubo. Átomos do centro e dos cantos se tocam ao longo das diagonais do cubo.

A = 4R/√3

Cada átomo compartilhado entre 8 células unitárias. Posicções dos átomos no canto e centro equivalentes. Número de coordenação = 8 (átomo do centro tem 8 átomos dos cantos como vizinhos). APF = 0,68.

Ex: Cobre, ferro e tungstênio.

- Estrutura cúbica de face centrada (CFC):

[pic 2]

Célula unitária cúbica, átomos em cada vértice e nos centros das faces.

A = 2R√2

Átomo do canto compartilhado por 8 células unitárias. Átomo de fase centrada: duas células unitárias. Número de coordenação = 12. APF = 0,74.

- Estrutura cristalina hexagonal composta:

[pic 3]

Célula unitária hexagonal. 6 átomos em cada célula unitária. 1 em cada aresta, 1 em cada base, 3 átomos em um plano intermediário. Número de coordenação: 12. APF: 0,74. Ex: Cádmio, magnésio, titânio e zinco.

IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS

Defeito: É uma imperfeição ou "erro" no arranjo periódico regular dos átomos em um cristal. Podem envolver uma irregularidade na posição dos átomos ou no tipo de átomo, o que depende do material, do meio ambiente, e das circunstâncias sob as quais o cristal é processado.

Apenas uma pequena fração dos sítios atômicos são imperfeitos, menos de 1 em 1 milhão, mas eles influenciam muito nas propriedades dos materiais e nem sempre de forma