Introdução Mat Cerâmicos -

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BREVE INTRODUÇÃO AOS MMERIAIS 
CERÂMICOS 
Anselmo Ortega BoschP • • 
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O QUE SÃO MATERIAIS CERÂMICOS? 
Quando a maioria das pessoas ouve a palavra cerâmica logo pensa em 
telhas, tijolos, pisos, etc. e no fato de que esses materiais não têm eleva-
do conteúdo tecnológico. Entretanto, sob o ponto de vista da Ciência e 
Engenharia de Materiais, a classe dos materiais cerâmicos é muito mais 
abrangente do que as pessoas imaginam e engloba tanto materiais de ele-
vado conteúdo tecnológico como materiais mais tradicionais, que também 
desempenham papel importante em nossas vidas. 
Eles, além dos tradicionalmente conhecidos, como porcelanas, pisos e 
azulejos, telhas, tijolos, sanitários, etc, também estão presentes nos auto-
móveis, aviões, televisores, computadores, naves espaciais, implantes mé-
dicos, telefones celulares, próteses ósseas e dentárias, lentes (de óculos, te-
lescópios, microscópios, etc), radares, sonares (de submarinos), televiso-
res, fibras óticas, lâmpadas fluorescentes e aquelas amareladas utilizadas 
na iluminação de ruas, fontes de raios laser, equipamentos de ressonância 
magnética, coletes à prova de bala, etc, bem como são fundamentais para 
a fabricação de outros tipos de materiais, por exemplo, os metais. 
Pode-se dizer que, de modo geral, os materiais cerâmicos "trabalham 
nos bastidores", ou seja, por trás das cortinas, e as pessoas que se be-
neficiam de suas propriedades não sabem que eles estão presentes em 
todos esses produtos, além de muitos outros. A seguir, será abordado, 
então, como a Ciência e Engenharia de Materiais define esses materiais 
1 Engenheiro de materiais, professor associado do DEMa/UFSCar. E-mail: <daob@ufscar.br>. 
46 ENGENHARIA DE MATERIAIS PARA TODOS 
cerâmicos: materiais cerâmicossãp materiais inorgânicos, não metálicos. 
A maioria deles é constituída por átomos de elementos metálicos e não 
metálicos unidos por ligações que são totalmente iónicas ou predomi-
nantemente iónicas com certo caráter covalente. 
Por essa definição nota-se que a classe dos materiais cerâmicos não é 
simplesmente uma lista de materiais colocados juntos ao acaso. A lógica 
dessa classificação é o fato de que os materiais foram classificados segundo 
suas propriedades típicas, com o objetivo de facilitar a escolha dos mate-
riais mais adequados para cada aplicação. Um dos fatores mais importan-
tes na definição das propriedades dos materiais é o tipo de ligação química 
que une seus átomos. Por isso, a definição anterior fundamenta-se, princi-
palmente, no tipo de ligação química. 
Figura 5.1 A classificação dos materiais em metais, cerâmicas e polímeros facilita 
a identificação dos mais apropriados para cada aplicação. 
PROPRIEDADES DE ENGENHARIA DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
Os materiais cerâmicos apresentam uma série de propriedades caracte-
rísticas em decorrência do tipo de átomo e ligações químicas que os fazem 
ser os mais apropriados para uma série de aplicações. A seguir, algumas 
dessas propriedades. 
BREVE INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS CERÂMICOS 47 
i UNIVERSIDADE FEDERAL 00 CEARÁ 
UenSIdaae • Biblioteca campus Cann / Ju.;,, 
Em geral, a densidade dos materiais cerâmicos é mais baixa que a dos 
metais. Consequentemente, os produtos feitos com materiais cerâmicos 
são mais leves. O peso dos produtos influencia a energia necessária para 
colocá-los em movimento, bem como o tempo necessário para que atinjam 
determinada velocidade. Essa é uma das razões pelas quais, por exemplo, 
muitos dos rotores de motores a turbina são feitos de materiais cerâmicos. 
Estabilidade química > 
Os materiais cerâmicos estão entre os materiais que melhor resistem 
ao ataque de substâncias químicas. Por causa dessa propriedade, são muito 
utilizados para guardar substâncias químicas como ácidos e bases. São tam-
bém os melhores amigos dos arqueólogos, pois, após milhares de anos, pra-
ticamente todos os artefatos feitos com outros materiais se desintegraram. 
Propriedades térmicas 
De modo geral, a temperatura de fusão dos materiais cerâmicos é 
bastante elevada. Além disso, eles têm a habilidade de manter as demais 
propriedades a temperaturas relativamente elevadas. Por isso, sempre que 
o produto a ser produzido vai ser utilizado em altas temperaturas, os ma-
teriais cerâmicos configuram uma boa opção. São também utilizados para 
armazenar calor e como isolantes térmicos. Por causa de suas proprieda-
des térmicas, por exemplo, são conhecidos como refratários, essenciais 
para a fabricação dos metais. 
Propriedades eletrônicas e magnéticas 
No que se refere à condutividade elétrica, os materiais cerâmicos podem 
ser isoladores, semicondutores, condutores e até mesmo supercondutores. 
Além disso, alguns também apresentam outras propriedades elétricas, como 
a piezoeletricidade, ferroeletricidade, dieletricidade, etc. Outros também 
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apresentam propriedades magnéticas muito boas. Em consequência dessa 
iliversidade de propriedades e da singularidade de algumas delas, pode-se 
a limiar que os materiais cerâmicos formam o "coração" de todos os equipa-
mentos eletrônicos. Atualmente, esse é um dos maiores mercados para os 
materiais cerâmicos. <> >' ^ i , i 
Resistência ao desgaste por abrasão 
A vida útil de muitos componentes é limitada por seu desgaste. Por 
isso, em muitos equipamentos, como nos automóveis, há grande preo-
cupação com a lubrificação. A resistência ao desgaste está diretamente 
ligada à dureza dos materiais, e os materiais cerâmicos estão entre os mais 
duros que se conhece. Por isso, encontram larga aplicação tanto em situa-
ções em que as partes devem resistir à abrasão como no polimento de 
outros materiais. 
Propriedades Ópticas 
Os vidros são materiais de natureza cerâmica e desempenham papel 
fundamental em nossas vidas por terem as características dos sólidos e 
serem transparentes. Além disso, as fibras ópticas, os emissores de laser, 
boa parte dos corantes, alguns materiais fosforescentes, etc. são feitos de 
materiais cerâmicos. 
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Biocompatibilidade Í?: » • 
Nossos ossos e dentes contêm materiais cerâmicos. Por isso, muitos dos 
implantes ósseos são feitos de (ou contêm) materiais cerâmicos, que são 
os únicos que podem ser classificados como bioativos, ou seja, materiais 
que, embora sintéticos, são tratados pelo corpo humano como se fossem 
naturais. Por causa dessa característica, ocupam lugar de destaque entre 
os materiais utilizados em implantes ósseos e em outras áreas da Medicina. 
BREVE INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS CERÂMICOS 
Propriedades mecânicas , - <v ,0- :. 
A resistência mecânica dos materiais cerâmicos, de modo geral, é tão 
boa quanto à dos metais. À primeira vista, essa afirmação pode parecer 
estranha, pois todos já vimos xícaras cerâmicas quebrarem ao cair no chão 
e sabemos que, se fossem metálicas, seriam amassadas, mas não quebra-
riam. Nesse sentido é importante diferenciar resistência mecânica de fragi-
lidade. Vocês já devem ter notado a expressão "Cuidado, frágil" nas caixas 
contendo materiais cerâmicos. De modo simplificado, pode-se dizer que 
fragilidade é a baixa resistência ao impacto, ao passo que a resistência me-
cânica de um objeto avalia sua capacidade de resistir a uma carga lenta-
mente aplicada. Portanto, o correto é dizer que os materiais cerâmicos são 
frágeis porque têm baixa resistência ao impacto e são fortes porque apre-
sentam elevada resistência mecânica se a carga for lentamente aplicada. 
A fragilidade típica dos materiais cerâmicos é um dos maiores limitantes 
para muitas aplicações. Cientes desse fato, os engenheiros de materiais têm 
estudado profundamente o assunto nos últimos anos e conseguiram me-
lhorar consideravelmente a tenacidade (resistência ao impacto) de alguns 
desses materiais. 
Em vista de todas essas propriedades típicas dos materiais cerâmicos 
sugere-se, agora, a leitura, novamente, da relação dos produtos que con-têm materiais cerâmicos, apresentada logo no início deste capítulo, a fim 
de identificar as principais razões para os materiais cerâmicos estarem pre-
sentes em diferentes tipos de produtos. 
Dois exemplos ilustrativos: 
Biocerâmicas - O que confere resistência mecânica aos ossos e dentes 
do corpo humano, permitindo que fiquemos em pé e maistiguemos os ali-
mentos. É uma substância mineral inorgânica conhecida como hidroxiapa-
tita. Além da função mecânica, a hidroxiapatita também desempenha várias 
outras funções essenciais para o bom funcionamento de nosso corpo. Acon-
tece que, às vezes, em decorrência de acidentes ou doenças, como o câncer, é 
preciso retirar pedaços dos ossos das pessoas. Sem os ossos, a parte do corpo 
onde eles estavam localizados perde sua capacidade de sustentação. 
Nesses casos, há alguns anos, a única opção para o médico era amputar 
o membro. Com o passar do tempo, entretanto, conseguiu-se sintetizar 
materiais muito semelhantes à hidroxiapatita do osso natural. Tais mate-
riais sintéticos, quando introduzidos no interior do corpo, são tratados 
5» ENGENHARIA DE MATERIAIS PARA TODOS 
como se fossem pedaços de ossos naturais do próprio corpo que tivessem 
se quebrado, ou seja, os ossos naturais "soldam-se" ao implante sintético 
e o membro em que está situado volta a ter a capacidade de se sustentar, 
tornando, assim, a amputação não mais necessária. 
• • Essa aceitação e interação com o corpo é conhecida como bioatividade, 
e só alguns materiais cerâmicos apresentam tal característica, como men-
cionado anteriormente. Algumas vezes, porém, os materiais sintéticos, 
sozinhos, não apresentam o conjunto de propriedades necessárias para o 
sucesso do implante. Nesses casos, buscam-se combinações de materiais 
que, em seu conjunto, apresentem as propriedades desejadas. 
Nesse sentido, é comum, por exemplo, revestir materiais metálicos (Fi-
gura 5.2), que apresentam as propriedades mecânicas desejadas, com uma 
fina camada de hidroxiapatita, que confere ao implante maior facilidade 
de adesão ao contato com os ossos. Esse método de fixação é extremamen-
te importante, principalmente para os implantes de longa duração, pois 
os ossos sofrem alterações significativas ao longo dos anos e isso poderia 
causar complicações se outros métodos de fixação, como porcas, parafusos 
e amarrações, fossem utilizados. - . .. 
Figura 5.2 Ilustração de um implante cirúrgico feito de uma liga metálica especial. 
O revestimento da peça com hidroxiapatita proporciona maior facilidade de ade-
rência ao osso. 
Em comparação com outras ciências e materiais, pode-se dizer que as 
biocerâmicas ainda estão engatinhando. Entretanto, sua contribuição para 
a melhoria da qualidade de vida de um considerável número de pessoas é 
inquestionável. 
BREVE INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS CERÂMICOS 51 
Espaçonave reutilizável^ - No início da era espacial, os módulos da 
Nasa (sigla de National Aeronautics and Space Administration) que retor-
navam à Terra desciam no mar e não mais podiam ser utilizados, pois as 
temperaturas na superfície durante a reentrada na atmosfera eram muito 
elevadas, inutilizando todos os circuitos eletrônicos, além de comprometer 
a integridade da própria estrutura do módulo. Assim, ao término de cada 
viagem espacial, tinha de se descartar o "coração" da nave, que é justamen-
te o módulo. 
Em vista desse cenário, a Nasa partiu para o desenvolvimento das cha-
madas naves reutilizáveis, que deveriam sobreviver a várias reentradas na 
atmosfera da Terra. Um dos maiores desafios para concretizar essas naves 
residia no desenvolvimento de um revestimento externo que, ao mesmo 
tempo: 1) resistisse às elevadas temperaturas alcançadas pela superfície du-
rante a reentrada na atmosfera, como ilustra a Figura 5.3, e ainda se manti-
vesse íntegro; e 2) não permitisse que o calor se propagasse para o interior 
da nave, ou seja, que fosse um bom isolante térmico. 
Depois de muito trabalho, foram desenvolvidos dois tipos de materiais 
cerâmicos para revestir as naves. Nas regiões mais quentes (a ponta do 
nariz e as partes dianteiras das asas) utiliza-se um compósito cerâmico 
feito de fibra de carbono em uma matriz de carbono. Esse material, muito 
embora tenha excelente resistência ao calor, queimaria se entrasse em con-
tato com o oxigénio a temperaturas elevadas. Para impedir a ocorrência 
de tal fato, a superfície desse compósito foi revestida com uma camada de 
carbeto de silício e outra de sílica. As partes da superfície que não atingem 
temperaturas tão elevadas são revestidas com pequenos azulejos de sílica 
(SiO^) com poros extremamente pequenos. O carbono, o nitreto de silício 
e a sílica são todos materiais cerâmicos refratários, ou seja, que resistem 
bem a temperaturas elevadas sem que se fundam, amoleçam, decompo-
nham-se ou deteriorem-se, como ocorreria com outros tipos de materiais 
nessas condições extremas de uso. "r ! 
Dessa forma, os objetivos da Nasa foram alcançados, e as espaçonaves 
reutilizáveis são realidade. Tudo isso em decorrência, em grande parte, das 
propriedades típicas dos materiais cerâmicos. 
2 Para saber mais sobre o compósito carbono-carbono e especialmente sobre sua fabrica-
ção, ver o capítulo "Materiais compósitos: uma introdução". 
52 • ENGENHARIA DE MATERIAIS PARA TODOS 
Figura 5.3 Vista da superfície inferior (acima na figura) e da lateral (abaixo na fi-
gura) de um ônibus espacial, com indicação das temperaturas alcançadas durante 
a reentrada na atmosfera. Cortesia: Revista Ceramic Industry.' ; 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
t' • 
Pelo que foi apresentado, pode-se perceber que as aplicações dos ma-
teriais cerâmicos vão muito além do que muitas pessoas imaginam. Neste 
capítulo, procurou-se enfatizar as aplicações de elevado conteúdo tecno-
lógico, não porque elas sejam melhores ou mais importantes do que as 
chamadas cerâmicas tradicionais, mas porque são praticamente desconhe-
cidas pela maioria das pessoas. 
Nesse sentido, para finalizar, é relevante comentar um pouco sobre a 
importância das cerâmicas tradicionais em nossas vidas. Sabendo agora 
um pouco melhor o que são os materiais cerâmicos, procure observar o 
lugar ocupado por eles em seu dia a dia. Muito embora as pessoas vejam 
com certa conotação depreciativa produtos como tijolos, telhas, sanitários, 
pisos e azulejos, etc, como seriam nossas vidas sem eles? Cada um de-
les desempenha uma função importante em nossas vidas e, se continuam 
3 SvEC, J. J. Orbiter has ceramic skin. Ceramic Industry, v. 107, p. 20-24,1976. 
UNIVERSIDADE FEDERAI DO rf" • ' 
BREVE INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS CERÂMICOS B,i,,,o,eca Campus Car,r: • " 
sendo feitos de cerâmica, depois de todos esses anos, é porque certamente 
esse é o tipo de material mais apropriado. Portanto, você que terminou 
de ler o capítulo pode, agora, observar o mundo e os materiais cerâmicos 
com outros olhos e começar a descobrir o incrível universo formado por 
esses materiais. 
Para finalizar, é importante ressaltar que o engenheiro de materiais está 
plenamente habilitado para atuar tanto na área das cerâmicas avançadas 
como nas tradicionais, sendo um dos profissionais, em termos de formação, 
mais preparados para atuar nessas áreas. 
LEITURAS RECOMENDADAS 
Básica: • - /-HK. : • 
<http://www.abceram.org.br> página eletrônica da Associação Brasileira 
de Cerâmica (ABC). 
A ABC busca atender aos interesses de todos os profissionais que atuam 
na área dos materiais cerâmicos. Para isso, entre outras atividades, tem vá-
rias publicações, organiza o Congresso Brasileiro de Cerâmica e mantém um 
site na Internet com muitas informações sobre esse setor. 
Específicas: 
Revista Cerâmica, de periodicidade bimestral, publicada pela ABC. 
A Revista Cerâmica tem um enfoque mais científico/académico (Dis-
ponível em: <http://www.scielo.br/ce>). 
Revista Cerâmica Industrial, de periodicidade bimestral, publicada pela ABC. 
A Revista Cerâmica Industrial aborda temas mais técnicos (Disponível 
em: <http://www.ceramicaindustrial.org.br>).