1 / 31

Princípios básicos de ciência dos materiais

Universidade Paulista – UNIP Fevereiro de 2.012. Princípios básicos de ciência dos materiais. Materiais de construção civil. Prof. Netúlio Alarcón Fioratti. O novo universo da micro escala. Radicais livres. Tabagismo. Grafite e diamante.

arlo
Download Presentation

Princípios básicos de ciência dos materiais

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Universidade Paulista – UNIP Fevereiro de 2.012 Princípios básicos de ciência dos materiais Materiais de construção civil Prof. Netúlio Alarcón Fioratti

  2. O novo universo da micro escala • Radicais livres. • Tabagismo. • Grafite e diamante. “Se não queremos nos ver reduzidos à meras fatias do conhecimento essencial devemos também expandir as nossas mentes.” Karl Poper

  3. Assim como os números naturais são infinitos, existem infinitos números entre 0 e 1. “A microestrutura de qualquer material está diretamente relacionada às suas propriedades.” Micro escala

  4. Materiais diferentes. Mesmo uso?

  5. Classificação dos materiais • Metais; • Cerâmicas; Combinações de elementos metálicos; Elétrons não localizados. São empregados em componentes implantados no interior do corpo humano; Devem ser inertes; Pode ser qualquer outro material citado acima. • Polímeros; Estão entre os elementos metálicos e não metálicos; Óxidos, nitretos e carbetos; Minerais argilosos, cimentos e vidros. • Compósitos; Plásticos e borrachas; Compostos orgânicos (C-H); Estruturas moleculares muito grandes. • Semicondutores; Composição de dois ou mais materiais; Combinação das melhores características dos materiais que os compõe. • Biomateriais; Estão entre os condutores e os isolantes.

  6. Ligações químicas • Muitas das propriedades físicas dos materiais são funções das ligações existentes entre os átomos e moléculas desse material. • Dois tipos de forças (ligações): • Primárias ou químicas: • Iônicas, covalentes e metálicas. • Secundárias ou físicas (de Van der Waals): • Pontes H, Dipolos.

  7. Dois átomos se ionizam: • Um doa um elétron para o outro, • Ficando o primeiro com carga positiva e o segundo com carga negativa, • Atraindo-se pela força de Coulomb. Ligação iônica

  8. Elementos metálicos e não-metálicos. • Metal perde e não-metal ganha elétron. • Não-direcionais (força de ligação igual em todas as direções). • Por isso, em um arranjo tridimensional, para serem estáveis, os íons positivos devem ter como vizinhos, íons negativos, e vice versa. Ligação iônica

  9. São materiais duros e quebradiços. • Não conduzem eletricidade nem calor. • Predominante em materiais cerâmicos. • Altos PF e PE. • Sólidos à temperatura ambiente. Ligação iônica

  10. Átomos compartilham elétrons. • Cada átomo contribui com pelo menos 1 elétron. • Os elétrons compartilhados passam a pertencer aos dois átomos. Ligação covalente

  11. Ligação entre não-metais. • Ligações mais fortes que as iônicas. • Facilmente encontradas em cerâmicas e polímeros. • No geral, podem ser muito fortes ou muito fracas (PF e PE baixos). • Ligação direcional: forma ângulos bem definidos. Ligação covalente

  12. É possível a existência de ligações interatômicas parcialmente iônicas e parcialmente covalentes. • Isto depende da eletronegatividade dos átomos participantes. • Quanto maior a diferença entre as eletronegatividades, mais iônica será a ligação. • Eletronegatividade é a capacidade de um átomo de atrair elétrons. Ligação covalente

  13. Os núcleos dos átomos encontram-se em meio à uma “nuvem de elétrons”. • Os elétrons de valência encontram-se mais ou menos livres para se movimentar por todo o metal. Ligação metálica

  14. Os núcleos iônicos, por serem agora de carga positiva, passam a exercer uma força de repulsão entre eles. • Força esta que é protegida (impedida de ser eficaz) pelos elétrons livres. • Confere caráter não direcional à ligação. • Ligações mais fortes que as covalentes, possuindo vasta faixa de PE e PF (geralmente elevados). Ligação metálica

  15. São as forças intermoleculares (entre moléculas). • São geradas por pequenas assimetrias nas distribuição de cargas dos átomos, que criam dipolos. • Um dipolo é um par de cargas opostas que mantém uma distância entre si. • Podem ser permanentes ou induzidos Forças de Van der Waals

  16. Dipolo permanente: • Moléculas polares “por natureza” (HCl). • Um ótimo exemplo são as mais fortes das ligações de VW: as pontes de H. • Dipolo induzido: • Separação de cargas pequenas. • Pouca energia de ligação (mais fraca). • Há uma separação dos centros de carga pela presença simultânea dos átomos. Forças de Van der Waals

  17. Da escala atômica para a microestrutural • Para formar materiais sólidos, os átomos ou íons das moléculas se arranjam em uns em relação aos outros. • Por conta das forças intermoleculares (fracas). • Ou das intramoleculares (fortes). • Estes átomos podem se arranjar: • De forma ordenada ao longo de grandes distâncias. • Desordenadamente.

  18. Estes arranjos desordenados formam os chamados sólidos amorfos. • O vidro é o exemplo mais conhecido. • As vezes estes sólidos são chamados de líquidos super resfriados, • pelo fato de esta desordem interna ser parecida com a dos líquidos. Arranjos desordenados

  19. Este desarranjo acontece geralmente devido à uma solidificação rápida, que impede o arranjo ordenado durante a solidificação. Arranjos desordenados SiO2

  20. Quando os átomos ou íons do sólido estão arranjados de forma ordenada. • Em um arranjo que se repete ou que é periódico ao longo de grandes distâncias atômicas. • Quando ocorreu a solidificação, os átomos arranjaram-se ordenadamente em um padrão tridimensional repetitivo. Arranjos cristalinos

  21. Células unitárias. • Estruturas cristalinas de metais: • Cúbica simples. • Cúbica de faces centradas. • Cúbica de corpo centrado. • Hexagonal compacta. • Redes de Bravais. Arranjos cristalinos

  22. 14 redes de Bravais. Arranjos cristalinos

  23. Em um sólido cristalino, quando o arranjo periódico e repetido de átomos é perfeito, isto é, se estende ao longo da totalidade da amostra sem interrupções, o resultado é um monocristal. • Policristais são sólidos cristalinos compostos por uma coleção de muitos cristais pequenos, ou grãos. Arranjos cristalinos

  24. Reflexos do arranjo interno • Vários são os pontos em escala atômica e microestrutural que influenciam nas propriedades macroscópicas dos materiais. • Empacotamento interno. • Impurezas. • Planos de cristalização. • Tipos de ligações e forma presente nos arranjos internos.

  25. A microestrutura geralmente influencia nas propriedades: • Físicas; • Mecânicas; • Elétricas; • Térmicas; • Magnéticas; e • Óticas. • Propriedades mecânicas são mais influenciadas pelo arranjo microestrutural que pelas ligações interatômicas. Reflexos do arranjo interno

  26. Uma vez que é as formas de ruptura se dão mais facilmente na esfera microestrutural do que atômica. • As relações interatômicas são regidas por forças bem maiores. Arranjos cristalinos

  27. Esforços mecânicos • São os tipos de esforços que os sólidos estão sujeitos, gerando tensões internas em sua microestrutura: • Compressão; • Tração; • Cisalhamento; • Flexão, e • Torção.

  28. Normalização • Regulamenta para os diversos materiais: • Qualidade; • Classificação; • Produção, e • Emprego.

  29. Entidades normalizadoras: • ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas. • ASTM: American Society for Testin Materials. • DIN: Deutsche Normenausschuss. • ISO: International Organization for Standardization (coordena as normalizadoras). Normalização

  30. Normas: diretivas para cálculo e método de execução de obras e serviços, assim como condições mínimas de segurança. • Métodos de ensaio: processo para formação e o exame de amostras. • Especificações: prescrições para os materiais. • Padronização: dimensões para os materiais ou produtos. • Terminologia: nomenclatura técnica. • Simbologia: convenções para desenhos. • Classificação: ordena e divide conjunto de elementos. Normalização

  31. Obrigado pela atenção!

More Related