MINISTRIO DA EDUCAO SECRETARIA DE EDUCAO PROFISSIONAL E
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA CAMPUS JOINVILLE Curso de Engenharia Elétrica Ciência e Tecnologia dos Materiais Professor Paulo Sérgio Bayer paulosergio@ifsc. edu. br 3431 -5640 Joinville 2018
Evolução histórica dos materiais de engenharia
Processamento Classes de materiais: • Metais Fundição Usinagem Conformação • Cerâmicas Sinterização Fusão • Polímeros Injeção Extrusão Sopro • Semicondutores Implantação Iônica Estrutura Escalas de tamanho: Propriedades Mecânicas • Nanométrica Elétricas visível (sonda) ≥ 0, 001 μm (1 nm) nanoestrutura Térmicas Desempenho • Rigidez • Resistência • Plasticidade • Condutividade Elétrica • Constante Dielétrica • Capacidade calorífica • Condutividade térmica • Micrométrica visível (lentes) ≥ 0, 001 mm (1 μm) • Permeabilidade Magnéticas microestrutura • Remanência • Macrométrica visível (a olho nú) Óticas ≥ 1 mm macroestrutura • Índice de refração • Refletividade Deteriorativas. Reatividade química
Classificação dos materiais FERROSOS : AÇOS E FERROS FUNDIDOS METÁLICOS NÃO FERROSOS : METAIS E SUAS LIGAS CER MICAS : ÓXIDOS, CARBETOS E NITRETOS NÃO METÁLICOS PLÁSTICOS
Escalas de tamanho
Escalas de tamanho
Correlação estrutura - propriedade
Estrutura atômica e ligações químicas Em que unidade se expressa a massa de um átomo? em gramas ? 26 Fe 55, 8
Energia de ligação E 0 : energia necessária para separar os dois átomos r=∞ Ligação atômica • Temperatura de fusão • Estado físico • Rigidez mecânica • Expansão térmica
Ligação iônica Presente em compostos que possuem metais e não metais em sua composição não direcional: A magnitude da ligação é igual em todas as direções ao redor do íon E 0 Tf Predominante nas cerâmicas dureza, fragilidade Isolantes elétricos e térmicos
Ligação covalente moléculas elem. de não metais (H 2, Cl 2, F 2) sólidos elementares (Si, C, Ge, . . . ) compostos sólidos (Ga. As, In. Sb, Si. C, BN, . . . ) polímeros ((C 2 H 3 Cl)n , (C 3 H 6)n. . . ) direcional: Pode existir somente na direção entre um átomo e o outro que participa no compartilhamento de elétrons E 0 Tf C E 0 Tf Bi
Caráter iônico ou covalente de uma cerâmica • Eletronegatividade • O percentual de caráter iônico de uma ligação entre os elementos A e B (A é mais eletronegativo) é obtido pela seguinte expressão: % caráter iônico = {1 - exp[-(0, 25)(XA – XB)2]} x 100 onde XA e XB são as eletronegatividades dos elementos.
Ligação metálica Presente em metais e suas ligas camada de valência com 1, 2 ou 3 elétrons não direcional: A magnitude da ligação é igual em todas as direções ao redor do núcleo dos íons E 0 Tf W E 0 Tf Hg Fratura dúctil Condutores elétricos e de calor
Ligações de Van der Waals (“secundárias”) Ligações fracas E 0 10 k. J/mol Presentes em todos os átomos e moléculas São evidentes em ligações intermoleculares forças de ligação secundárias surgem de dipolos atômicos ou molec. dipolo elétrico: separação entre as frações + e – de át. ou molec. a ligação resulta da atração coulombiana + – de dipolos adjacentes dipolos induzidos dipolo induzido e molécula polar moléculas polares
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