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Classificação dos Materiais
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Importância Histórica dos Materiais
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• Os materiais sempre tiveram um papel fundamental na vida ...
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• A noção inicial baseava-se na dureza; Tribos com lanças a...
Eras dos Materiais
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Classificação dos Materiais
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O UNIVERSO é constituído por MATÉRIA e ENERGIA
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MATÉRIA
• Matéria é a designação geral para tudo...
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ENERGIA
• Não é fácil definir energia com rigor, pois t...
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MATERIAL
• Os materiais são feitos de matéria
• Podem s...
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CORPO
• Um corpo é uma porção limitada de matéria
• Pod...
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Materiais
Toda a matéria é formada por partículas
extremamente pe...
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Presentemente sabe-se que os átomos são
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Átomos e Partículas Subatómicas
O átomo mais simples qu...
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Outros exemplos de átomos são o Carbono e o
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Tabela Periódica ou Tabela dos Elementos
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Iões
• Catiões (iões positivos): são
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Moléculas
• Os átomos raramente se encontram sozinho na...
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Ligações Químicas Fortes ou Principais
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Substância Pura ou simplesmente Substância:
• É cada um...
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Substâncias puras Compostas:
• São formadas pela combin...
Mistura:
• Material formada por duas ou mais substâncias puras
• É difícil encontrar substâncias puras livres na natureza
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Mistura Homogênea:
• É formada por apenas uma fase.
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Mistura Heterogênea
• É formada por duas ou mais fases
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Misturas coloidais
• Os componentes da mistura não pode...
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Métodos de separação de misturas
Decantação: permite a ...
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Centrifugação
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Cristalização: separa um sólido cristalino de uma soluç...
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Destilação Fracionada
• É um método de separação de líq...
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Cromatografia: para separar substâncias com
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Peneiração
• Este método é usado na separação de
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Fase Líquida
• Na fase líquida as partículas estão um p...
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Fase Sólida
• Na fase sólida, as partículas que formam ...
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Alotropia
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– Materiais não Metálicos
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• Materiais Metálicos
o Metais Ferrosos
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o Polímeros
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Classificação Clássica dos
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Metais
• Metais são materiais formados pela combinação ...
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Cerâmicos
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  1. 1. CENFIM Constituição Básica da Matéria Princípios Básicos dos Materiais Classificação dos Materiais IMP CON 018
  2. 2. Importância Histórica dos Materiais Vítor Caetano 2IMP CON 018 • Os materiais sempre tiveram um papel fundamental na vida da humanidade • As eras antigas foram designadas de acordo com o domínio dos materiais, Idade da Pedra, Idade do Ferro • No início o homem só tinha acesso aos materiais naturais, tais como pedras, madeira, ossos e peles Vítor Caetano
  3. 3. Importância Histórica dos Materiais Vítor Caetano 3IMP CON 018 • A noção inicial baseava-se na dureza; Tribos com lanças apenas de madeira tinham mais dificuldade em abater uma caça do que tribos utilizando pontas de pedra em suas lanças • Após o domínio do fogo, tomou-se noção dos materiais inflamáveis e não- inflamáveis bem como outras transformações decorrentes da temperatura Vítor Caetano
  4. 4. Eras dos Materiais Vítor Caetano 4IMP CON 018 Vítor Caetano
  5. 5. Classificação dos Materiais Vítor Caetano 5IMP CON 018 Vítor Caetano
  6. 6. Classificação dos Materiais Vítor Caetano 6IMP CON 018 Vítor Caetano
  7. 7. O UNIVERSO é constituído por MATÉRIA e ENERGIA Vítor Caetano 7IMP CON 018 MATÉRIA • Matéria é a designação geral para tudo aquilo que tem massa • Excluindo formas exóticas de matéria como o caso dos buracos negros, ela ocupa espaço e por isso tem volume • Podemos citar como exemplos de matéria, o ferro, a madeira, o ar, a água, um ser humano, o sol, os planetas e as galáxias • A ausência total de matéria é o vácuo Vítor Caetano
  8. 8. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais ENERGIA • Não é fácil definir energia com rigor, pois trata- se de um conceito primitivo • Alguns autores dizem que é impossível definir energia e afirmam que não tem uma definição precisa nem sinónimos • Cientificamente energia é uma abstração matemática que não tem existência para além da sua relação funcional com variáveis ou coordenadas, que têm uma interpretação física e podem ser medidas • Num sentido mais comum, energia é a capacidade de realizar trabalho, é tudo o que pode modificar a matéria, por exemplo, na sua posição, estado de agregação, natureza química. É também tudo que pode provocar ou anular movimentos e causar deformações.
  9. 9. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais MATERIAL • Os materiais são feitos de matéria • Podem ser constituídos por uma ou varias substâncias, designando-se por substâncias puras ou misturas respetivamente • São exemplos de materiais: madeira, cobre, aço, ar, água, hidrogénio, vidro e plástico • Classificam-se de várias maneiras, por exemplo: naturais e manufaturados; metálicos, cerâmicos e polímeros; sólidos líquidos e gasosos à temperatura ambiente
  10. 10. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais CORPO • Um corpo é uma porção limitada de matéria • Podem ser constituídos por um ou mais materiais • São exemplos de corpos: uma árvore, uma pedra, um automóvel, um gato, um ser humano, um litro de leite, a atmosfera que envolve a terra • Objetos são corpos utilizados pelo homem, por exemplo: Um automóvel, uma cadeira, um lápis • Exemplo: Uma garrafa de vidro não é um material, é um corpo e também um objeto. O material é o vidro que a constitui • Um automóvel é um corpo (e também um objeto) constituído por muitos materiais, tais como: aço, cobre, ligas de alumínio, plástico, borracha, vidro …
  11. 11. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Exemplos de materiais que entram na construção de um automóvel: • Aço (vários aços) • Água • Vidro • Plásticos (vários tipos) • Tecidos • Alumínio • Latão • Cobre • Estanho • Propano • Ácido Sulfúrico • Crómio • Níquel • Borracha • Zinco • Gasolina • Gasóleo • Chumbo
  12. 12. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Exemplos de materiais que entram na construção de uma casa: • Tijolos (argila) • Areia • Cimento • Aço • Madeira • Água • Vidro • Plásticos • Tecidos • Alumínio • Latão • Cobre • Estanho • Pedra • Propano
  13. 13. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Ciência dos Materiais Ciência dos Materiais é o ramo da ciência que estuda a relação existente entre a estrutura e as propriedades dos materiais Engenharia dos Materiais Aplica os conhecimentos existentes sobre a estrutura da matéria para produzir materiais com um conjunto determinado de características pretendidas Ao projetar os engenheiros terão de estar conscientes das propriedades dos materiais e dos problemas que os materiais originam
  14. 14. Classificação dos Materiais Vítor Caetano 14IMP CON 018
  15. 15. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Toda a matéria é formada por partículas extremamente pequenas que se designam por átomos A palavra átomos significa indivisível pois na antiguidade pensava-se que estas partículas eram indivisíveis Dalton no século XIX retomou a ideia de que os átomos eram constituintes básicos de toda a matéria
  16. 16. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Presentemente sabe-se que os átomos são constituídos por partículas ainda mais pequenas conhecidas por partículas subatómicas: eletrões, protões, neutrões, quarks, neutrinos , positrões, bosões … Foi apenas no fim do século XIX (1897) que o físico inglês Joseph Thompson descobriu que os átomos eram divisíveis Um átomos é formado por um núcleo onde se encontram protões e neutrões, estes também são conhecidos nucleões. À volta do núcleo estão dispostos os eletrões em camadas energéticas que se designam por orbitais.
  17. 17. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Átomos e Partículas Subatómicas O átomo mais simples que existe é o de Hidrogénio, que apenas tem um protão no seu núcleo e um único eletrão em órbita. Seguidamente, por ordem de complexidade vem o átomo de Hélio que tem dois protões e dois eletrões. Como se pode verificar um átomo é eletricamente neutro, ou seja, tem tantos protões como eletrões. Protões – carga elétrica positiva Neutrões – não têm carga elétrica Eletrões – carga elétrica negativa
  18. 18. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Outros exemplos de átomos são o Carbono e o Alumínio, com 6 e 13 protões respetivamente O número atómico de um átomo é igual ao seu número de protões
  19. 19. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Tabela Periódica ou Tabela dos Elementos
  20. 20. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais
  21. 21. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Iões • Catiões (iões positivos): são partículas que têm carga elétrica positiva; os mais simples formam-se a partir de átomos por perda de um ou mais eletrões • Aniões (iões negativos): são partículas que têm carga elétrica negativa; os mais simples formam-se a partir de átomos por ganho de um ou mais eletrões
  22. 22. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Moléculas • Os átomos raramente se encontram sozinho na natureza • Eles tendem a juntar-se formando toda a complexidade que conhecemos no mundo • Apenas um punhado de elementos é estável sozinho, são os gases nobres ou raros • Quando os átomos se juntam formam ligações ente si que se designam por ligações químicas • Para romper uma ligação química, em geral é preciso uma quantidade de energia considerável, por isso os átomos permanecem juntos formando moléculas • Todas as ligações químicas envolvem apenas os eletrões das camadas mais exteriores do átomo e nunca o núcleo atómico • Existem casos de moléculas que são formadas por uma grande quantidade de átomos, estas são as chamadas macromoléculas.
  23. 23. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Ligações Químicas Fortes ou Principais (Intramoleculares) • Ligação Iônica - Um dos átomos da ligação cede um ou mais eletrões ao outro átomo, mantendo-se unidos por forças electroestáticas. • Ligação Covalente - Existe partilha de eletrões do último nível de cada átomo envolvido na ligação. • Ligação Metálica - Consiste numa rede enorme de átomos ligados em que os eletrões dos últimos níveis estão livres, podendo circular livremente por toda a rede.
  24. 24. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais
  25. 25. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Ligações Químicas Fracas ou Secundarias (Intermoleculares) • Ponte de Hidrogénio • Dipolo Permanente • Dipolo Induzido
  26. 26. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Substância Pura ou simplesmente Substância: • É cada uma das espécies de matéria que constitui o universo • Pode ser simples ou composta • A sua composição é sempre fixa e definida, por exemplo, para se formar água é necessário a combinação de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, como consequência a água é formada na proporção de 2 gramas de hidrogênio para 16 gramas de oxigênio Substâncias puras elementares: • São formadas pela combinação de átomos de um único elemento químico • O gás hidrogênio é formado por dois átomos de hidrogênio ligados entre si • O ozone que é formado por três átomos de oxigênio. • Em geral, as substâncias elementares que o homem utiliza são produzidas em laboratório, por processos de separação de misturas ou métodos de purificação.
  27. 27. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Substâncias puras Compostas: • São formadas pela combinação de átomos de dois ou mais elementos químicos diferentes • A água é uma substância composta porque é formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio • Ácido clorídrico é uma substância composta porque é formado por um átomo de hidrogénio e um átomo de cloro • O Metano é constituído por um átomo de carbono e quatro de hidrogénio
  28. 28. Mistura: • Material formada por duas ou mais substâncias puras • É difícil encontrar substâncias puras livres na natureza • As misturas, não possuem composição fixa e definida, por exemplo, para obter uma mistura de água e sal pode-se colocar qualquer quantidade de água e qualquer quantidade de sal • Algumas misturas são tão importantes que têm nome próprio. São exemplos: gasolina, mistura de hidrocarbonetos, que são substâncias formadas por hidrogênio e carbono; ar atmosférico, mistura de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 1% de outros gases, como o dióxido de carbono; álcool etílico comercial, mistura de 96% de álcool etílico com 4% de água. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais
  29. 29. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Mistura Homogênea: • É formada por apenas uma fase. • Não se consegue diferenciar as substâncias misturadas. • Exemplos: água com sal; água com álcool etílico; água com acetona; água com açúcar; água com sais minerais
  30. 30. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Mistura Heterogênea • É formada por duas ou mais fases • As substâncias podem ser diferenciadas a olho nu ou pelo microscópio • Exemplos: água com óleo; granito; água com enxofre; água, areia e óleo.
  31. 31. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Misturas coloidais • Os componentes da mistura não podem distinguir-se a olho nu, contudo se usarmos um instrumento de ampliação, como um microscópio, conseguir-se-ia distinguir os diferentes componentes da mistura • Se deixarmos maionese fora do frigorífico durante algum tempo conseguimos visualizar pequenas partículas de gordura • Se observarmos uma gota de sangue a olho nu não conseguimos identificar os seus componentes, mas se observarmos essa gota ao microscópio, distinguimos os glóbulos brancos, os glóbulos vermelhos, as plaquetas, etc.
  32. 32. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Métodos de separação de misturas Decantação: permite a separação de líquidos imiscíveis (que não se misturam) ou um sólido precipitado num líquido. Exemplos: água e areia, água e óleo vegetal Filtração: este é um método de separação muito presente no laboratório químico e também no cotidiano. É usado para separar um sólido de um líquido ou sólido de um gás, mesmo que o sólido se apresente em suspensão. A mistura atravessa um filtro poroso, onde o material particulado fica retido.
  33. 33. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Centrifugação • Para separar líquidos imiscíveis (que não se misturam) ou um líquido de um sólido insolúvel em suspensão • Para fazer uma centrifugação é preciso uma centrifugadora. Esta máquina faz rodar a mistura (na qual uma das partes tem que ser líquida) a alta velocidade, provocando a separação pela ação da força centrifuga que é aplicada (do centro para fora) • A separação dá-se devido às diferenças de densidades dos materiais • Normalmente uma centrifugação é seguida de uma decantação • Exemplos: separar glóbulos vermelhos do plasma sanguíneo; separar a nata do leite.
  34. 34. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Cristalização: separa um sólido cristalino de uma solução. Na cristalização há uma evaporação do solvente de uma solução provocando o aparecimento de cristais do soluto. Exemplo: o aparecimento do sal nas salinas Destilação • Separa líquido(s) de sólido(s) dissolvidos ou líquido(s) de líquido(s) • Na destilação acontecem duas mudanças de estado consecutivas: uma ebulição (vaporização) seguida de uma condensação • Na ebulição é retirado da mistura o componente com o ponto de ebulição mais baixo, e na condensação esse componente volta à sua forma líquida
  35. 35. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Destilação Fracionada • É um método de separação de líquidos que se encontram em mistura homogênea ou heterogênea • Quanto mais distantes forem os pontos de ebulição destes líquidos, mais eficiente será o processo de destilação • Eleva-se a temperatura até que se alcance o ponto de ebulição do líquido que apresente valor mais baixo para esta característica e aguarda-se, controlando a temperatura, a completa destilação deste. Posteriormente, permite-se que a temperatura se eleve até o ponto de ebulição do segundo líquido. Quanto mais próximos forem os pontos de ebulição dos líquidos, menor o grau de pureza das frações destiladas • A destilação fracionada é usada na obtenção das diversas frações do petróleo. Nos alambiques, este tipo de destilação é usado na obtenção de bebidas como a aguardente.
  36. 36. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Cromatografia: para separar substâncias com diferentes solubilidades num determinado soluto. Na cromatografia uma mistura é arrastada (por um solvente apropriado) num meio poroso e absorvente. Como diferentes substâncias têm diferentes velocidades de arrastamento num determinado solvente, ao fim de algum tempo há uma separação dos constituintes da mistura. Este processo é normalmente usado para pequenas quantidades de amostra. Exemplo: separação dos componentes de uma tinta. Separação Magnética: consegue separar componentes que tenham propriedades magnéticas dos que não as possuem. Aproveitam-se as propriedades magnéticas de um dos componentes da mistura para o separar dos outros. Exemplo: areia e limalha de ferro; enxofre e limalha de ferro.
  37. 37. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Peneiração • Este método é usado na separação de sistemas sólido-sólido, onde um dos dois componentes apresente granulometria que permita que o mesmo fique preso nas malhas de uma peneira Ventilação • Método de separação para sistemas sólido- sólido, onde um dos componentes pode ser arrastado por uma corrente de ar. Um bom exemplo é a separação da casca e do caroço do amendoim torrado Sedimentação • Consiste em deixar a mistura em repouso até o sólido se depositar no fundo do recipiente
  38. 38. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Estados Físicos da Matéria ou Estados de Agregação da Matéria condensação evaporação ebulição
  39. 39. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Fase gasosa • Nesta fase as partículas da substância estão com maior energia cinética • Elas ficam muito distantes umas das outras • Movem-se com alta velocidade e colidem entre si • Um gás qualquer colocado dentro de uma garrafa de 1 litro adquire a forma da garrafa • Podemos dizer que uma substância na fase gasosa possui forma e volume variáveis • Como tal, os gases são compressíveis, ao contrário dos líquidos e sólidos não têm volume fixo. • Se aumentarmos a pressão podemos comprimi- los, ou reduzir o seu volume.
  40. 40. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Fase Líquida • Na fase líquida as partículas estão um pouco mais unidas em relação à fase gasosa • Não há nenhum arranjo definido • A energia cinética é intermediária entre a fase gasosa e a fase sólida • As partículas nos líquidos “deslizam” umas sobre as outras movendo-se. Isto é o que proporciona a fluidez no líquido • Todos os líquidos podem fluir, uns mais que os outros dependendo da sua viscosidade • Dizemos que a água tem baixa viscosidade e que o mel tem alta viscosidade • Os líquidos com baixa viscosidade oferecem menor resistência para fluir
  41. 41. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Fase Sólida • Na fase sólida, as partículas que formam a substância possuem menor energia cinética • Estão unidas por forças de atração mais fortes • Estão dispostas, em geral, de acordo com um arranjo geométrico definido • Ao contrário da grande maioria dos materiais, o arranjo das moléculas de água, na fase sólida, é responsável pelo aumento do volume. A água ao congelar expande- se, formando gelo que é menos denso que a água na fase líquida • Podemos dizer que os materiais na fase sólida mantêm a forma e o volume.
  42. 42. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Alotropia • Alotropia é a propriedade que alguns elementos químicos têm de formar uma ou mais substâncias simples diferentes • São alótropos: carbono, oxigênio, fósforo e enxofre • O carbono possui dois alótropos: o diamante e a grafite. A sua principal diferença está no arranjo cristalino dos átomos de carbono. Na grafite formam-se hexágonos. Cada átomo de carbono está ligado a apenas três outros átomos de carbono, em lâminas planas, fracamente atraídas umas pelas outras •No diamante, cada átomo de carbono está ligado a quatro outros átomos também de carbono
  43. 43. Classificação dos Materiais Vítor Caetano 43IMP CON 018 Vítor Caetano
  44. 44. Classificação dos Materiais Materiais – Materiais Metálicos – Materiais não Metálicos Vítor Caetano 44IMP CON 018 Vítor Caetano
  45. 45. Classificação dos Materiais • Materiais Metálicos o Metais Ferrosos • Aços • Ferros Fundidos o Metais não Ferrosos • Metais Puros • Ligas Metálicas não Ferrosas (Latões, Bronzes, Ligas de Alumínio, …) Vítor Caetano 45IMP CON 018 Vítor Caetano
  46. 46. Classificação dos Materiais • Materiais não Metálicos o Polímeros o Cerâmicos o Compósitos o Materiais Magnéticos e Supercondutores o Materiais Eletrónicos, Fotónicos e Óticos o Biomateriais o Materiais Porosos e Celulares Vítor Caetano 46IMP CON 018 Vítor Caetano
  47. 47. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Classificação Clássica dos Materiais • Metálicos • Cerâmicos • Polímeros • Compósitos
  48. 48. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Metais • Metais são materiais formados pela combinação de elementos químicos que ocupam a posição central na Tabela Periódica. (eletropositividade = caráter metálico = tendência para perder eletrões = opõe-se à eletronegatividade • Esses elementos possuem como principal característica a sua ductilidade, altas condutividades térmica e elétrica • São mecanicamente resistentes, porém podem ser deformados. • Em geral, possuem um aspeto brilhante e lustroso quando polidos
  49. 49. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Cerâmicos • Cerâmicas são compostos com características entre os metais e os elementos não-metálicos e incluem compostos químicos, tais como: óxidos, nitretos e carbonetos • Tipicamente isolantes elétricos e térmicos e resistentes a altas temperaturas e ambientes quimicamente agressivos.
  50. 50. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Polímeros • Os polímeros vulgarmente conhecidos como plásticos, geralmente são compostos orgânicos baseados principalmente em átomos de carbono e hidrogênio • Possuem elevada massa molecular e usualmente possuem baixa densidade • Apresentam baixa estabilidade química e estrutural em altas temperaturas • Por causa dessas características, as suas principais aplicações são o fabrico de produtos com baixo ciclo de vida (geralmente descartáveis)
  51. 51. Vítor Caetano Tecnologia Mecânica Princípios Básicos dos Materiais Compósitos • Os compósitos consistem em dois ou mais tipos de materiais com diferentes estruturas e propriedades • A "fibra de vidro" é uma combinação de vidro e polímero • O concreto e a madeira prensada são outros exemplos de materiais compósitos familiares • Diversos compósitos são combinações de fibras cerâmica inseridas em uma matriz metálica ou polimerica

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