Um material se refere a qualquer material usado para fazer um objeto em um sentido amplo. Este último geralmente faz parte de uma submontagem. É, portanto, um material básico selecionado por suas propriedades particulares e executado com vistas a um uso específico. A natureza química , a forma física ( fase na presença, tamanho e forma das partículas , por exemplo), a condição superficial das diversas matérias-primas , que constituem os materiais de base, conferem suas propriedades particulares. Existem, portanto, quatro famílias principais de materiais.
Na ciência dos materiais , por exemplo, "material" é um termo genérico usado no sentido de matéria, substância , produto, sólido, corpo, estrutura, líquido, fluido , amostra , tubo de ensaio e assim por diante. , e designando em particular água, ar e areia (em tabelas de características); um material viscoelástico é frequentemente referido como um “fluido de memória”.
A classificação de materiais em sólidos, líquidos, semi-sólidos, etc. , é primitivo e às vezes inválido. De fato, em reologia , é possível observar um comportamento do tipo líquido em um material sólido e um comportamento do tipo sólido em um material líquido ( viscoelasticidade , ponto de escoamento).
O material ( materiais ) que é um objeto moldado ou feito pelo homem não deve ser confundido com os materiais ( materiais ) que são usados para fazer esse objeto.
Exemplos de materiais podem incluir: couro , madeira , cortiça (para isolamento de máquinas ...), papel , papelão , cal , areia , vidro , cerâmica , plástico , nylon , plexiglass , polímero , elastômero , metal , liga , aço , concreto , pedra , tijolo , ladrilho de gesso , corante , pigmento , droga , mineral , cera e explosivo .
Os materiais podem ser classificados de acordo com sua estrutura atômica. Podemos distinguir:
A engenharia é uma técnica que visa transformar um produto bruto em um produto que tenha uma função desejada pelo usuário. Esta transformação, aqui design mecânico , está sujeita a quatro interações fundamentais: função; o material ; geometria ; o processo.
A “função de serviço” é modelada como um “sistema técnico” que representa cada pequena parte de um mecanismo. Vem de especificações . Uma “ análise de valor ” de cada parte é então usada para avaliar as metas de otimização. A engenharia de materiais se preocupa com as propriedades mecânicas ( resistência dos materiais ), seu comportamento sob a ação de forças e restrições externas. Para isso, tem-se um grande número de leis da física que chamamos de “ leis de comportamento ” (da estática, dinâmica, etc. ). Na resistência dos materiais, a geometria sempre intervém nessas leis constitutivas. A engenharia de materiais agora está rotineiramente interessada em outras características: físicas, térmicas, elétricas, ambientais , de segurança e econômicas.
Por fim, como o material deve ser transformado, é fundamental levar o processo em consideração. A dificuldade nesta fase é que existem muitos com características muito diferentes: moldagem, extrusão, sopro; máquina com fresa, fio, água, laser, ácido; esmerilhamento, polimento, erosão, eletroformação; forja, fundição, sinterização; cortar, carimbar, etc. Em cada uma dessas etapas, o material é central, pois é, enfim , o objeto ou o suporte de um serviço.
Existem cerca de 80.000 materiais usados em várias construções e, para uma melhor identificação, os materiais são frequentemente agrupados em seis a oito famílias (dependendo das referências):
Com o propósito de distinguir propriedades específicas e / ou uma garantia sobre essas propriedades, certas referências distinguem entre cerâmicas porosas (concreto, tijolos), polímeros técnicos ( PMMA, etc.), ou ainda o destino de sua utilização (normas americanas AISI , ASTM , ISO internacional , EN europeu , etc. ), ou o desempenho que o material traz para a função desejada.
Para evitar uma distinção moderadamente frutífera em classes e subclasses (porque são redundantes entre os sistemas), ferramentas de seleção de materiais (CES3 de Cambridge, FuzzyMat de Grenoble, etc. ) foram desenvolvidas. Eles tornam possível integrar facilmente novos avanços na pesquisa de nanomateriais e integrar suas propriedades físicas (microscópicas) muito específicas, bem como suas condições de processamento. Eles tornam possível integrar a restrição ambiental (ou função) de uma forma dinâmica, em vez de regulamentar.
Uma distinção é feita entre materiais dúcteis e frágeis e , em geral, um grande número de leis bem conhecidas da mecânica se aplicam. O caso dos polímeros é um caso à parte, porque à temperatura ambiente, podemos ter diferentes estados da matéria e, portanto, diferentes leis aplicáveis dependendo da natureza do polímero. Na verdade, à temperatura ambiente ou a algumas dezenas de graus Celsius , pode-se encontrar o estado fundido, borracha, a transição vítrea, o estado vítreo ou semicristalino . Este não é o caso de metais que são bastante estáveis dentro de algumas centenas de graus. Para estudar com certeza suficiente o uso adequado de um polímero, primeiro consideramos as duas grandes categorias, onde os elastômeros estão incluídos:
Para uso técnico (cálculo e características físicas), os polímeros são classificados de acordo com as características de seus monômeros (moléculas primárias do polímero):
Esta classificação pode parecer complexa, mas as distinções na escala microscópica são as seguintes:
Um material pode ser caracterizado de acordo com muitos parâmetros:
No modo linear , a tensão é proporcional à deformação, o fator de proporcionalidade é, por exemplo, o módulo de Young , observou E.
Aqui estão algumas características físicas dos materiais:
Além dessa caracterização das propriedades de um material, exigindo meios bastante pesados, disponíveis apenas em laboratórios de pesquisa, um industrial é frequentemente chamado para verificar a conformidade do material com relação a uma especificação : este é o controle de qualidade no recebimento de um produto ( ensaio mecânico , exame estrutural, ensaio não destrutivo ).
Em geral, para uma determinada aplicação, vários materiais ou combinações de materiais provavelmente atendem às especificações. O designer , engenheiro , arquiteto paisagista ou arquiteto são, portanto, chamados a buscar a melhor relação custo / funções desempenhadas.