Aulas teóricas

I – INTRODUÇÃO (Duração média - 2 aulas)

Apresentação da disciplina

- Objectivos

- Apresentação do programa

- Metodologia

- Método de avaliação

- Bibliografia

Breve historial sobre o desenvolvimento dos Materiais

- Da pré-história aos nossos dias

- Importância do aparecimento de novos processos tecnológicos no desenvolvimento dos Materiais

- “Novos” Materiais

Métodos de classificação dos materiais

- Origem

- Principal tipo de ligação química

- Propriedades

- Microestrutura

II - METAIS E SUAS LIGAS (Duração média - 2 aulas)

Introdução

- Perspectiva histórica

- Características e principais propriedades

- Classificação dos materiais metálicos - ferrosos e não ferrosos

- Estudo comparativo do consumo mundial entre os diferentes tipos de materiais metálicos e de outros materiais

Métodos de processamento de materiais metálicos

- Vazamento em lingoteira: operações subsequentes de enformar - forjagem, laminagem, trefilagem, estampagem, corte por arranque deapara

- Fundição - moldação unitária (moldação em areia, moldação por cera perdida); moldação múltipla (fundição injectada)

Ferro e suas ligas

- Ferro puro, aços-carbono e aços ligados; exemplos de alguns aços ligados característicos (aços inoxidáveis, aços rápidos), propriedades e aplicações

- Ferros fundidos: composição; classificação (ferros fundidos brancos, cinzentos, lamelares, nodulares)

Metais não ferrosos e suas ligas

- Alumínio e suas ligas: classificação das ligas de alumínio; propriedades e principais aplicações

- Cobre e suas ligas: propriedades, principais ligas de cobre (latões, bronzes e cupro-níqueis), aplicações

- Niquel e suas ligas: principais ligas de níquel (Incoloy, Inconel), vantagens e inconvenientes da utilização do níquel e suas aplicações

- Titânio e suas ligas: comparação das propriedades e das aplicações do titânio e suas ligas com outros elementos denominados usualmente como "leves"

- Chumbo e suas ligas: principais utilizações baseadas nas suas propriedades características (baixo ponto de fusão, elevada poder de absorção da radiação electromagnética, elevado poder de lubrificação)

- Metais refractários (W, Mo, Nb, Ta, Rh): propriedades e principais utilizações como materiais maciços e como elementos de liga

- Metais preciosos (Au, Ag, Pt, Pd, Os, Ir): definição, produção mundial, principais propriedades e aplicações

- Outros metais e suas ligas: o zinco e o estanho

III - MATERIAIS CERÂMICOS (Duração média – 1 aula)

Introdução

- Definição de materiais cerâmicos

- Evolução histórica dos materiais cerâmicos

- Classificação dos materiais cerâmicos: tradicionais (vidros e cerâmicos vitrificados) e técnicos (estruturais e funcionais)

Propriedades dos materiais cerâmicos

- Propriedades caracteristicas dos materiais cerâmicos estruturais

- Exemplos de materiais cerâmicos funcionais

Processamento dos materiais cerâmicos

- Métodos particulares de transformação dos materiais cerâmicos como consequência das suas propriedades

- Fases do processamento destes materiais: preparação dos pós, enformação, sinterização

- Enformação: extrusão, vazamento em moldes porosos, prensagem unidireccional e isostática, laminagem, moldação, moldação sopro

- Sinterização: em fase sólida ou em fase líquida. Exemplificação para o caso da fabricação de um cermeto (carboneto de tungsténio mais cobalto)

IV - MATERIAIS POLIMÉRICOS (Duração média - 2 aulas)

Introdução

- Definição

- Datas históricas no desenvolvimento dos materiais poliméricos

- Classificação: naturais e sintéticos

- Plásticos de Engenharia

- Consumo mundial

- Estudo comparativo dos custos totais de um componente mecânico de um automóvel fabricado com diferentes materiais (polimero, alumínio, aço)

Propriedades e aplicações

- Propriedades características dos materiais poliméricos

- Principais aplicações, produtos de utilização massiva e utilização específica

Métodos de processamento

- Moldação por compressão: primeira técnica industrial de produção de peças em "plástico", enformação de termoendurecíveis

- Extrusão: Extrusão simples, extrusão de filme tubular, moldação sopro, breve descrição destes processos, exemplificação de produtos obtidos em cada um dos casos

- Moldação por injecção: aplicação deste processo aos termoplásticos e termoendurecíveis, produtos fabricados por este processo

- Termoformação: principais aplicações

V - MATERIAIS COMPÓSITOS (Duração média - 1 aula)

Introdução

- Definição

- Exemplos de alguns materiais compósitos: enumeração das principais propriedades dos materiais singulares confrontadas com as do material compósito, estudo comparativo de propriedades mecânicas versus materiais de elevada resistência (p. ex. aço)

- Grupos mais importantes de materiais compósitos

- Matriz (polimérica, cerâmica ou metálica)

- Reforço (fibras, partículas, 2ª fase)

- Principais utilizações nas indústria automóvel, naval e aeronáutica

Métodos de processamento

- Moldação manual

- Moldação por centrifugação

- Enrolamento filamentar

- Pultrusão

- Moldação por compressão

- Moldação por injecção

VI – MÉTODOS EXPERIMENTAIS DE ANÁLISE DA ESTRUTURA (Duração média - 6 aulas)

- Generalidades sobre radiação electromagnética: comprimento de onda, produção de raios X, espectro contínuo, riscas características, interacção entre um fotão e a matéria

- Difracção de raios X: geometria da difracção, lei de Bragg, intensidade de difracção (planos que difractam nas principais estruturas cristalinas), identificação de fases

- Técnicas experimentais de difracção de raios X - método dos pós (Debye Sherrer, dispositivo experimental, interpretação dos dados), método difractométrico (Bragg Brentano, dispositivo experimental, difractogramas)

- Utilização da técnica de difracção de raios X para análise de materiais - identificação de materiais a partir de fichas padrão, avaliação de tensões residuais, avaliação do tamanho de grão (fórmula de Sherrer)

VII – DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA (Duração média - 8 aulas)

Introdução

- Classificação dos defeitos da estrutura cristalina – pontuais, lineares e planares

Defeitos pontuais

- Definição e tipos de defeitos – lacunas, intersticiais, substitucionais, complexos

- Lacunas – formação de lacunas, influência da temperatura no número de lacunas

- Defeitos intersticiais – como se formam, efeitos na rede cristalina, soluções sólidas intersticiais, condições para a formação destas soluções, limites de solubilidade

- Defeitos substitucionais – alteração da composição química, efeitos na rede cristalina, soluções sólidas substitucionais, leis de Hume-Rothery, exemplos de aplicação

- Defeitos complexos – formação de lacunas em sólidos iónicos, defeitos de Schottky, defeitos de Frenkel

Importância dos defeitos nos processos activados termicamente (ex. Difusão)

- Noção de Energia de activação

- Equação de Boltzman

- Taxa de reacção

- Equação de Arrhenius

- Aplicação da lei de Arrheinius ao caso particular da existência de lacunas em materiais

- Importância das lacunas nos processos de difusão no estado sólido

- Difusão no estado sólido

- Mecanismos de difusão

- 1ª lei de Fick

coeficiente de difusão

- 2ª lei de Fick

- Resolução da 2ª Lei de Fick para o caso particular da incorporação de um elemento num material através da sua superfície.

- Perfis de difusão

- Influência da temperatura nos processos de difusão

Defeitos lineares

- Deslocações – cunha, parafuso, mistas, vector de Burgers, circuito de Burgers

- Escorregamento e deformação plástica – mobilidade de deslocação, tensão de Peierls-Nabarro, planos de escorregamento nas principais estruturas cristalinas

- Importância das deslocações no processo de deformação plástica de um material; factores condicionantes do movimento das deslocações - endurecimento

Defeitos planares

- Maclas

- Interfaces coerentes e não-coerentes em cristais

- Limites de grão – tamanho de grão, sub-juntas de grão

VIII – PROPRIEDADES MECÂNICAS (Duração média - 4 aulas)

Ensaio de tracção

- Noções de tensão e deformação

- Curvas típicas de ensaio de tracção

- Parte elástica

- Módulo de elasticidade e conceito de rigidez

- Lei de Hooke

- Parte plástica

- Tensão de rotura

- Alongamento à rotura e ductilidade

- Tensão e deformação reais

- Curva de tracção “real”

Endurecimento por deformação plástica

- Recozimento de um material fortemente deformado plasticamente

- Recuperação

- Recristalização

- Crescimento do grão

- Evolução da tensão limite elástico e ductilidade com o aumento da temperatura de recozimento

Ensaio de dureza.

Aulas teórico-práticas

I – ESTRUTURA ATÓMICA E LIGAÇÃO QUÍMICA (Duração média - 1 aulas)

Estrutura Atómica

- Constituição do átomo: protões, electrões, neutrões e outras partículas

- Tabela periódica: números e massas atómicas

- Estrutura do átomo: números quânticos, a regra de Pauli

- Noções de valência, ionização e electroafinidade

- Reactividade química

Ligação Química

- Ligação primária e ligação secundária

- Ligação iónica: condições de formação, forças de ligação num par iónico, energia de ligação num par iónico

- Ligação covalente: condições de formação, ligação covalente em moléculas diatómicas, ligação covalente envolvendo o carbono

- Ligação metálica (bandas de valência e de condução)

- Ligações mistas

- Sólidos moleculares: definição de molécula, ligações secundárias (dípolos flutuantes e dípolos permanentes), geometria das moléculas, exemplos típicos (materiais poliméricos)

- Outros sólidos – com ligações preferencialmente iónicas (arranjo dos iões, neutralidade eléctrica, número de coordenação, exemplos de sólidos iónicos), com ligações predominantemente covalentes (direccionalidade das ligações, caso do diamante), com ligações predominantemente metálicas (metais, número de coordenação, relação entre ligação química e propriedades características, exemplos)

II – ESTRUTURA E GEOMETRIA DO CRISTAL (Duração média - 1 aulas)

Estados físicos dos materiais

- Ordem e desordem: ordem a curta, média e longa distância

- Estados sólido, líquido e gasoso

- Estrutura amorfa

- Estrutura cristalina

Descrição da estrutura cristalina

- Estrutura cristalina: rede espacial e motivo

- Principais sistemas cristalinos, redes de Bravais

- Malha e parâmetros de malha

- Principais estruturas metálicas - estrutura cúbica de corpo centrado, estru-tura cúbica de faces centradas e estrutura hexagonal compacta - número de átomos por célula unitária, factor de compacidade atómica, número, posição e dimensão de interstícios por célula unitária

- Outras estruturas mais complexas – sólidos com ligações predominantemente iónicas e covalentes

- Notação cristalográfica (índices de Miller e de Miller-Bravais): direcções e planos cristalográficos

- Distância interplanar e sua relação com índices de Miller

III – RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS

Ligação química (Duração média - 1 aulas) 

Estrutura e geometria do cristal (Duração média - 4 aulas)

Difracção de raios X (Duração média - 4 aulas)

Difusão no estado sólido (Duração média - 2 aulas)