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Júpiter - Sistema de Gestão Acadêmica da Pró-Reitoria de Graduação


Escola de Engenharia de São Carlos
 
Engenharia de Materiais
 
Disciplina: SMM0310 - Materiais Cerâmicos II
Ceramic Materials II

Créditos Aula: 4
Créditos Trabalho: 0
Carga Horária Total: 60 h
Tipo: Semestral
Ativação: 15/07/2024 Desativação:

Objetivos
Ao final do curso o aluno deverá ter adquirido as seguintes competências específicas (C):
C1: Compreender, analisar e prever o comportamento de materiais cerâmicos em função de sua composição química, estrutura atômica e microestrutura.
C2: Exemplificar aplicações de materiais cerâmicos em função de suas propriedades.
C3: Especificar aplicações de materiais cerâmicos em função de suas propriedades.
Para alcançar as competências (C) listadas acima, o aluno deverá desenvolver as seguintes habilidades (H):
H1. Compreender o conceito de resistência mecânica teórica de materiais cerâmicos e as causas que limitam seu alcance na prática.
H2. Analisar o mecanismo de fratura frágil, o conceito de tenacidade, e calcular a tensão máxima de fratura em função do tamanho de defeito crítico ou o tamanho de defeito crítico em função da tensão de fratura.
H3. Compreender o estado vítreo e analisar os meios de aumento de tenacidade em vidros.
H4. Analisar os mecanismos de aumento de tenacidade em materiais cerâmicos cristalinos.
H5. Aplicar a estatística de Weibull na caracterização do comportamento de fratura de materiais cerâmicos.
H6. Relacionar o módulo elástico e a dureza com a microestrutura de materiais cerâmicos.
H7. Relacionar a capacidade térmica, expansão térmica e condução térmica com a composição, estrutura atômica e microestrutura de materiais cerâmicos.
H8. Analisar as tensões térmicas em função das propriedades térmicas e elásticas de cerâmicas.
H9. Analisar a resistência a choque-térmico de materiais cerâmicos e calcular o resfriamento crítico para choque térmico.
H10. Analisar as causas de microtrincamento espontâneo de materiais cerâmicos e calcular o tamanho de grão ou inclusão crítico para microtrincamento.
H11. Analisar os fatores que afetam as propriedades ópticas de materiais cerâmicos: transparência, índice de refração, reflexão em superfícies cerâmicas e cor. Compreender o funcionamento de fibras ópticas.
H12. Analisar os fatores que afetam a concentração de portadores de cargas e os mecanismos de condução eletrônica e iônica em materiais cerâmicos.
H13. Analisar os fatores que afetam as propriedades dielétricas de materiais cerâmicos, a redistribuição de cargas elétricas em materiais cerâmicos e aplicação.
H14. Analisar os fatores que afetam as propriedades magnéticas de materiais cerâmicos:  ramagnetismo, ferromagnetismo, antiferromagnetismo e ferrimagnetismo, domínios magnéticos e a curva de histerese.
Exemplificar cerâmicas magnéticas e suas aplicações, cerâmicas piezoelétricas e ferroelétricas e suas aplicações.
H15. Analisar os fatores que fazem uma cerâmica ser biocompatível e bioativa e relacioná-los com suas propriedades físicas, químicas e biológicas. Exemplificar cerâmicas aplicadas em medicina e odontologia.
 
At the end of the course, the student must have acquired the following specific skills (C): C1: Understand, analyze, and predict the behavior of ceramic materials depending on their chemical composition, atomic structure and microstructure. C2: Exemplify applications of ceramic materials depending on their properties. C3: Specify applications of ceramic materials based on their properties. To achieve the competencies (C) listed above, the student must develop the following skills (H): H1. Understand the theoretical mechanical strength of ceramic materials and the causes that limit the mechanical strength in practice. H2. Analyze the brittle fracture mechanism and the concept of toughness and calculate the maximum fracture stress as a function of the critical defect size or the critical defect size as a function of the fracture stress. H3. Understand the vitreous state and analyze the means of increasing toughness in glasses. H4. Analyze the mechanisms of increasing toughness in crystalline ceramic materials. H5. Apply Weibull statistics to characterize the fracture behavior of ceramic materials. H6. Relate the elastic modulus and hardness with the microstructure of ceramic materials. H7. Relate thermal capacity, thermal expansion and thermal conduction with the composition, atomic structure and microstructure of ceramic materials. H8. Analyze thermal stresses as a function of the thermal and elastic properties of ceramics. H9. Analyze the thermal shock resistance of ceramic materials and calculate the critical cooling for thermal shock. H10. Analyze the causes of spontaneous microcracking of ceramic materials and calculate the critical grain or inclusion size for microcracking. H11. Analyze the factors that affect the optical properties of ceramic materials: transparency, refractive index, reflection on ceramic surfaces and color. Understand how optical fibers work. H12. Analyze the factors that affect the concentration of charge carriers and the mechanisms of electronic and ionic conduction in ceramic materials. H13. Analyze the factors that affect the dielectric properties of ceramic materials, the redistribution of electrical charges in ceramic materials and application. H14. Analyze the factors that affect the magnetic properties of ceramic materials: paramagnetic, ferromagnetic, antiferromagnetic and ferrimagnetic ceramics, magnetic domains, and the hysteresis curve. Give examples of magnetic ceramics, piezoelectric and ferroelectric ceramics, and their applications. H15. Analyze the factors that make a ceramic biocompatible and bioactive and relate them to its physical, chemical, and biological properties. Exemplify ceramics applied in medicine and dentistry.
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
5762142 - Eduardo Bellini Ferreira
 
Programa Resumido
Propriedades e aplicações de materiais cerâmicos: 1) Propriedades Mecânicas, 2) Propriedades Térmicas; 3) Propriedades Termomecânicas; 4) Propriedades Ópticas; 5) Propriedades Elétricas; 6) Propriedades Dielétricas; 7) Propriedades Magnéticas; 8) Biocerâmicas
 
Properties and applications of ceramic materials: 1) Mechanical Properties, 2) Thermal Properties; 3) Thermomechanical Properties; 4) Optical Properties; 5) Electrical Properties; 6) Dielectric Properties; 7) Magnetic Properties; 8) Bioceramics
 
 
Programa
1. Propriedades mecânicas de materiais cerâmicos: tensão teórica de materiais cerâmicos, mecanismo de fratura frágil, tenacidade, estado vítreo, meios de aumento de tenacidade em vidros e materiais cristalinos, estatística de Weibull, módulo elástico, dureza, relações entre microestrutura e propriedades,
2. Propriedades térmicas de materiais cerâmicos: capacidade térmica, expansão térmica, condução térmica;
3. Propriedades termomecânicas de materiais cerâmicos: tensões térmicas, resistência a choque-térmico; microtrincamento espontâneo;
4. Propriedades ópticas de materiais cerâmicos: transparência, índice de refração, reflexão em superfícies cerâmicas, cor, fibras ópticas;
5. Propriedades elétricas de materiais cerâmicos: condução eletrônica e iônica em materiais cerâmicos;
6. Propriedades dielétricas de materiais cerâmicos: redistribuição de cargas elétricas em materiais cerâmicos;
7. Propriedades magnéticas de materiais cerâmicos: paramagnetismo, ferromagnetismo, antiferromagnetismo e ferrimagnetismo, domínios magnéticos e a curva de histerese, cerâmicas magnéticas e suas aplicações, cerâmicas piezoelétricas e ferroelétricas;
8. Biocerâmicas: propriedades físicas, químicas e biológicas de cerâmicas aplicadas em medicina e odontologia.
1. Mechanical properties of ceramic materials: theoretical strength of ceramic materials, brittle fracture mechanism, toughness, glass state, mechanisms of increasing toughness in glasses and crystalline materials, Weibull statistics, elastic modulus, hardness, relationships between microstructure and properties,
2. Thermal properties of ceramic materials: thermal capacity, thermal expansion, thermal conduction;
3. Thermomechanical properties of ceramic materials: thermal stresses, resistance to thermal shock; spontaneous microcracking;
4. Optical properties of ceramic materials: transparency, refractive index, reflection on ceramic surfaces, color, optical fibers;
5. Electrical properties of ceramic materials: electronic and ionic conduction in ceramic materials;
6. Dielectric properties of ceramic materials: redistribution of electrical charges in ceramic materials;
7. Magnetic properties of ceramic materials: paramagnetism, ferromagnetism, antiferromagnetism and ferrimagnetism; magnetic domains and the hysteresis curve; magnetic ceramics and their applications; piezoelectric and ferroelectric ceramics;
8. Bioceramics: physical, chemical and biological properties of ceramics applied in medicine and dentistry.
 
1. Mechanical properties of ceramic materials: theoretical strength of ceramic materials, brittle fracture mechanism, toughness, glass state, mechanisms of increasing toughness in glasses and crystalline materials, Weibull statistics, elastic modulus, hardness, relationships between microstructure and properties, 2. Thermal properties of ceramic materials: thermal capacity, thermal expansion, thermal conduction; 3. Thermomechanical properties of ceramic materials: thermal stresses, resistance to thermal shock; spontaneous microcracking; 4. Optical properties of ceramic materials: transparency, refractive index, reflection on ceramic surfaces, color, optical fibers; 5. Electrical properties of ceramic materials: electronic and ionic conduction in ceramic materials; 6. Dielectric properties of ceramic materials: redistribution of electrical charges in ceramic materials; 7. Magnetic properties of ceramic materials: paramagnetism, ferromagnetism, antiferromagnetism and ferrimagnetism; magnetic domains and the hysteresis curve; magnetic ceramics and their applications; piezoelectric and ferroelectric ceramics; 8. Bioceramics: physical, chemical and biological properties of ceramics applied in medicine and entistry.
 
 
Avaliação
     
Método
AVALIAÇÃO: Provas escritas MÉTODO Cada habilidade (H) será avaliada em testes rápidos, de múltiplas escolhas ou outros, em cada aula.
Critério
Média aritmética das notas das provas escritas maior ou igual a 5,0 (cinco).
Norma de Recuperação
Os critérios de avaliação da recuperação devem ser similares aos aplicados durante o semestre regular do oferecimento da disciplina; 1) A nota final (MF) do aluno que realizou provas de recuperação dependerá da média do semestre (MS) e da média das provas de recuperação (MR), como segue: d) MF=5 se 5 ≤MR ≤ (10 - MS); e) MF = (MS + MR) / 2 se MR > (10 – MS) f) MF = MS se MR < 5. 2) O período de recuperação das disciplinas deve se estender do início até um mês antes do final do semestre subsequente ao da reprovação do aluno em primeira avaliação.
 
Bibliografia
     
BIBLIOGRAFIA / REFERENCES:

FUNDAMENTALS OF CERAMICS, M. W. Barsoum, Taylor & Francis, Series in Material Science and Engineering, 2002
CERAMIC MATERIALS: SCIENCE AND ENGINEERING, C. Barry Carter, M. Grant Norton, Springer, 2007

COMPLEMENTAR:

INTRODUCTION TO CERAMICS, W. David Kingery, H. K. Bowen, Donald R. Uhlmann, 2a. Edição, Wiley-Interscience, 1976 (Principal)
MODERN CERAMIC ENGINEERING: PROPERTIES, PROCESSING, 
AND USE IN DESIGN, David Richerson, 3a. Edição, Materials Engineering v. 29, CRC Press, 2005
PHYSICAL CERAMICS, Y. M. Chiang, D. P. Birnie III, W. D. Kingery, John Wiley & Sons, New York, 1997.
Ciência Engenharia de Materiais - Uma Introdução, William D. Callister Jr., 8a. Edição (e antecessoras), LTC, 2012
E. D. Zanotto, A. R. Migliore Jr., Propriedades mecânicas dos materiais cerâmicos. Uma introdução, CERÂMICA 37 [247] (1991) 7-16 (artigo em português, complementar)
 

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