Familiarizar os alunos com a relação entre das propriedades e o comportamento dos materiais com sua microestrutura. Mostrar que a microestrutura é decorrente do material e do processamento. Comparar as famílias de materiais e mostrar como elas podem ser alternativamente usadas num projeto de engenharia. Desenvolver nos alunos a prática da redação científica e da busca bibliográfica e de informações técnicas.  

Goals:

Make the students familiar to the relation between properties and behavior of the materials with its microstructure. To show that the microstructure is decurrent of the material and the processing. Compare the families of materials and show how they can alternatively be used in an engineering project. Develop the student’s sense on writing and search bibliographic and technical information.

 (1) Conceituação de ciência e engenharia de materiais: tipos de ligações químicas (primárias e secundárias), e suas influências nas propriedades dos materiais; (2) Estrutura da matéria (empacotamento atômico): estrutura dos sólidos cristalinos e sólidos amorfos: metálicos, cerâmicos e poliméricos; (3) Defeitos em sólidos: defeitos puntiformes; defeitos de linha (discordâncias); defeitos planos ou bidimensionais; sólidos parcialmente cristalinos; (4) Formação da microestrutura: diagrama de fases; transformação de fases; (5) Relação microestrutura-processamento-propriedades: processamento dos materiais metálicos; processamento dos materiais cerâmicos; processamento dos materiais poliméricos; tratamentos térmicos e termoquímicos; degradação de materiais (corrosão e desgaste); (6) Propriedades dos materiais: propriedades mecânicas, elétricas, térmicas, magnéticas, ópticas; (7) Materiais semicondutores e relação com a microeletrônica e MEMS; (8) Seleção de materiais (utilização de diferentes materiais: metálicos, cerâmicos, poliméricos, compósitos); aplicações em automação incluindo nanotecnologia e técnicas correlatas     

 Abstract: 

(1) Definitions of science and engineering of materials: chemical bonding (primary and secondary) and their influences on the materials properties; (2) materials structure (atomic packing): structure of crystalline solids, amorphous and partially crystalline solids; (3) defects in solids: punctuals; dislocations and bidimensional defects; (4) microstructure formation: phase diagrams, phase transformation (5) relationships between micro-structure, properties, and processing (metals, ceramics, polymers) ; thermal treatment and thermo chemical treatment; corrosion; (6) materials properties: mechanical, electrical, thermic, magnetic, optical; (7) semiconductor materials and its relationships with micro-electronics and MEMs. (8) materials selection (usage for different materials: metals, ceramics, polymers, composites); applications in automation including nanotechnology and related techniques.

1.Introdução
1.1.Classificação dos materiais.
1.2.Materiais avançados.
1.3.Necessidades dos materiais modernos.
2.Estrutura atômica, ligações interatômicas e defeitos:
2.1.Energias e forças de ligações.
2.2.Ligações covalentes, iônicas, metálicas e forças fracas.
2.3.Sólidos Cristalinos e Amorfos.
2.4.Estrutura cristalográfica – sistemas cristalinos.
2.5.Defeitos pontuais: vacâncias, auto-intersticiais, impurezas etc.
2.6.Defeitos lineares - discordâncias
2.7.Defeitos planares, de interfaces e outros defeitos.
2.8.Técnicas microscópicas de observação.
3.Formação/Modificação da Microestrutura:
3.1.Diagramas de Fases: transformações isomorfas; eutética, eutetóide e peritética.
3.2.Curvas de resfriamento e estruturas resultantes
3.3.Tratamentos térmicos e curvas TTT - recozimento, normalização, austêmpera, martêmpera, têmpera e revenido.
4.Relação Microestrutura-Propriedade-Processamento:
4.1.Tratamentos termoquímicos/Difusão - cementação, nitretação, carbonitretação, boretação.
4.2.Processamento dos materiais metálicos: Fusão, conformação mecânica – a frio e a quente, sinterização, prototipagem. 
4.3.Processamento dos materiais cerâmicos: Cerâmicas e vidros; Cerâmicas avançadas; cerâmicas para sensores (piezelétricos)
4.4.Processamento dos materiais poliméricos: plásticos; elastômeros
4.5.Processamento de Materiais compósitos
4.6.Nano materiais: nanopós, nanofios, nanofilmes
5.Técnicas de melhoramento das propriedades mecânicas Vs falhas:
5.1.Fundamentos da fratura.
5.2.Deformação plástica; Tamanho de grãos; Soluções sólidas
5.3.Compósitos.
5.4.Tensão cíclica – fadiga - Fadiga térmica.
5.5.Degradação de materiais (corrosão e desgaste).
6.Materiais Especiais:
6.1.Materiais semicondutores e a relação com a microeletrônica e MEMS – Sistemas micro-eletro-mecanicos.
6.2.Materiais piezelétricos, piezoresistivos e piroelétricos.
7.Principais Propriedades Físicas dos Materiais para Engenharia (o que é; como utilizá-los):
7.1.Propriedades elétricas: condutividade elétrica / iônica; dielétrico; semicondutores.
7.2.Propriedades térmicas: capacidade térmica; condutividade térmica; expansão térmica.
7.3.Propriedades magnéticas: diamagnetismo; paramagnetismo; ferromagnetismo; materiais magnéticos; supercondutividade.
7.4.Propriedades ópticas: Interação da luz com os sólidos; óticas dos metais e não metais: refração, reflexão, absorção, transmissão, cor, opacidade e translucidez de isolantes.
7.4.1.Luminescência, fotocondutividade, lasers, fibras óticas em comunicações, sensores ópticos.
8.Seleção de Materiais para Engenharia:
8.1.Por tenacidade a fratura
8.2.Por resistência a temperatura
8.3.Por resistência a corrosão
8.4.Estratégia e metodologia de seleção de materiais - CES EduPack (da Granta Design)  
    
Syllabus: PMR2330 - Materials for Electromechanical Systems

1. Introduction 
1.1. Classification of the materials 
1.2. Advanced materials 
1.3. Necessities of the modern materials 
2. Atomic structure, interatomic bonds and defects: 
2.1. Energies and bonding forces 
2.2. Covalent, ionic, metallic and weaks bonding forces 
2.3. Crystalline and amorphous solids 
2.4. Crystalline sistems 
2.5. Point defects: avoidances, auto-interstitial, impurities, etc. 
2.6. Linear defects - dislocations 
2.7. Planar defects of interfaces and other defects 
2.8. Microscopic observation techniques 
3. Formation/Modification of the Microstructure 
3.1. Phase Diagrams/Isomorphic transformations; eutectic, eutectoid and peritectic 
3.2. Cooling rates and structures 
3.3. Thermal treatments and TTT curves - annealing, normalizing, austenitizing 
4. Relationship Microstructure-Property-Processing 
4.1. Thermo chemical treatments/Diffusion - carburizing, nitriding, carbonitriding, boriding 
4.2. Processing of the metallic materials: Fusing, mechanical conformation - cold press and hot press, sintering, prototyping 
4.3. Processing of the ceramic materials: Ceramics and glasses; Advanced ceramics; ceramics for sensors (piezoelectric) 
4.4. Processing of the polymeric materials: plastics; elastomers 
4.5. Processing of composite Material 4.6. Nano material: nanopós, nanofios, nanofilmes 
5. Techniques to improve mechanical properties versus deffects 5.1. Principle of Fractures 
5.2. Plastic deformation, Grain sizes,  Solid solutions 5.3. Composites 5.4. Cyclical tension - fatigue and Thermal fatigue
5.5. Degradation of materials (corrosion and consuming) 
6. Special Materials:  
6.1. Semiconductors material and its relation with microelectronics and MEMS 
6.2. Piezoelectric, Piezoresistive and Pyroelectric materials 
7. Main physical properties of the materials for engineering (what it is; how to use them) 
7.1. Electric properties: 
7.2. Thermal properties: 
7.3. Magnetic properties 
7.4. Optic properties (Interaction of the light with solids) 
7.4.1. luminescence, photoconductivity, lasers, optic fibers in communications, optical sensors 
8. Materials Selection for Engeneering 
8.1. Fracture thoughness 8.2. Temperature 
8.3. Corrosion  
8.4. Selection Strategy by CES EduPack Program (Granta Design)