iodesign_portfolio2

Introdução • 3
novos produtos ou sistemas usando materiais existentes, e/ou para desenvolver técnicas para o
processamento de materiais. A maioria dos estudantes de Engenharia de Materiais é treinada para
ser tanto um cientista de materiais quanto um engenheiro de materiais.
Estrutura é, a essa altura, um termo nebuloso que merece alguma explicação. De maneira
sucinta, a estrutura de um material refere-se, em geral, ao arranjo dos seus constituintes internos.
A estrutura subatômica envolve os elétrons nos átomos individuais e as interações com seus
núcleos. Em nível atômico, a estrutura engloba a organização dos átomos ou das moléculas, uns
em relação aos outros. O próximo nível estrutural na escala crescente das dimensões, que contém
grandes grupos de átomos que estão normalmente conglomerados, é chamado de microscópico,
e significa aquele que está sujeito a uma observação direta por meio de algum tipo de
microscópio. Finalmente, os elementos estruturais que podem ser vistos a olho nu são chamados
de macroscópicos.
A noção de propriedade merece alguma consideração. Em serviço, todos os materiais são expostos
a estímulos externos que causam algum tipo de resposta. Por exemplo, uma amostra submetida
à ação de forças deformará, ou uma superfície metálica polida refletirá a luz. Propriedade é uma
característica de um dado material, em termos do tipo e da magnitude da sua resposta a um estímulo
específico que lhe é imposto. Geralmente, as definições das propriedades são feitas de modo a serem
independentes da forma e do tamanho do material.
Virtualmente, todas as propriedades importantes dos materiais sólidos podem ser agrupadas em
seis categorias diferentes: mecânica, elétrica, térmica, magnética, óptica e de deterioração. Para cada
categoria existe um tipo característico de estímulo que é capaz de provocar diferentes respostas. As
propriedades mecânicas relacionam a deformação com uma carga ou força que é aplicada; os exemplos
incluem o módulo de elasticidade (rigidez), a resistência e a tenacidade. Para as propriedades
elétricas, tais como a condutividade elétrica e a constante dielétrica, o estímulo é um campo elétrico.
O comportamento térmico dos sólidos pode ser representado em termos da capacidade calorífica
e da condutividade térmica. As propriedades magnéticas demonstram a resposta de um material
à aplicação de um campo magnético. Para as propriedades ópticas, o estímulo é a radiação eletromagnética
ou a radiação luminosa; o índice de refração e a refletividade são propriedades ópticas
representativas. Finalmente, as características de deterioração estão relacionadas com a reatividade
química dos materiais. Os capítulos seguintes discutem propriedades que se enquadram em cada
uma dessas seis classificações.
Além da estrutura e das propriedades, dois outros componentes importantes estão envolvidos
na Ciência e Engenharia de Materiais, que são o processamento e o desempenho. No que se refere
às relações entre esses quatro componentes, a estrutura de um material dependerá de como ele é
processado. Ademais, o desempenho de um material é uma função de suas propriedades. Desse
modo, a inter-relação entre processamento, estrutura, propriedades e desempenho ocorre como está
demonstrado na ilustração esquemática na Figura 1.1. Ao longo deste texto, chamamos a atenção
para as relações que existem entre esses quatro componentes em termos de projeto, produção e
utilização dos materiais.
Apresentamos agora, na Figura 1.2, um exemplo desses princípios de processamento-estrutura-propriedades-desempenho:
uma fotografia que apresenta três amostras com formato de discos
delgados, colocadas sobre um material impresso. É óbvio que as propriedades ópticas (isto é, a
transmitância da luz) de cada um dos três materiais são diferentes; o material mais à esquerda é
transparente (ou seja, virtualmente, toda luz refletida passa através dele), enquanto os discos no
centro e à direita são, respectivamente, translúcido e opaco. Todas essas amostras são do mesmo
material, óxido de alumínio, mas aquela mais à esquerda é o que chamamos de monocristal, isto é,
tem um elevado grau de perfeição, e dá origem à sua transparência. A amostra no centro é composta
por um grande número de monocristais muito pequenos, todos ligados entre si; as fronteiras entre
esses pequenos cristais espalham uma fração da luz refletida da página impressa, o que torna esse
material opticamente translúcido. Finalmente, a amostra à direita é composta não apenas por um
número muito grande de pequenos cristais interligados, mas também por inúmeros poros ou espaços
vazios muito pequenos. Esses poros também espalham, de maneira efetiva, a luz refletida e tornam
opaco esse material.
Processamento Estrutura Propriedades Desempenho
Figura 1.1 Os quatro componentes da disciplina Ciência e Engenharia de
Materiais e seu inter-relacionamento.