Ciências dos Materiais

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CIÊNCIAS DOS 
MATERIAIS 
Professor Leandro Cardoso da Silva 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
1 CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS ................................................................................................... 3 
2 LIGAÇÕES ATÔMICAS ............................................................................................................... 13 
3 ESTRUTURA CRISTALINA........................................................................................................... 24 
4 NÃO METÁLICOS ...................................................................................................................... 40 
5 ENSAIOS E CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAIS .......................................................................... 56 
6 DIAGRAMA DE FASES ............................................................................................................... 69 
 
 
 
 
 
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1 CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS 
 
Apresentação 
 
Os materiais utilizados em diversas aplicações técnicas são empregados em função das 
propriedades por eles exibidas. As propriedades dos materiais são decorrentes de sua 
composição química, tipo de ligações e consequente estrutura do material. 
Propriedades similares determinam uma classificação de materiais que facilitam o 
entendimento e aplicações destes. 
A seleção de materiais é parte estratégica no desenvolvimento de produtos e projetos 
da engenharia moderna, portanto, o completo entendimento dos fatores que 
determinam as propriedades dos materiais é fundamental na formação de futuros 
profissionais da área técnica. 
Há diversas classificações dos materiais atualmente utilizados nas mais distintas 
aplicações, porém a mais comum propõe a divisão dos materiais em cinco grandes 
grupos com propriedades distintas, a saber: Materiais Metálicos, Materiais Poliméricos, 
Materiais Cerâmicos, Materiais Semicondutores e Materiais Compósitos. 
Neste primeiro bloco são apresentadas as características de cada um dos grupos citados 
além das propriedades típicas de cada divisão. Para o pleno entendimento dos fatores 
que levam à classificação dos materiais é providenciado ainda uma revisão dos conceitos 
de atomística, especificamente no tocante aos modelos atômicos clássicos. 
 
1.1. Tipos de Materiais: Estrutura e Propriedades 
A importância dos materiais para a civilização humana está intrinsicamente ligada a 
própria história da humanidade. Tamanha é a importância dos materiais que diversas 
eras da história são nomeadas em função dos principais materiais dos respectivos 
períodos. O domínio na extração ou produção de determinado material, seu 
 
 
 
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processamento e transformação em utensílio com uso definido por uma necessidade 
social da época conferiu a diversos grupos sociais, populações e nações os domínios 
político, econômico e bélico sobre outros grupos populacionais. Especificamente nesse 
aspecto, a importância dos materiais estende-se até os tempos atuais, ou seja, as nações 
mais poderosas da atualidade detêm o controle na extração, processamento e produção 
de artefatos relacionados a determinado material, o que lhes confere diversas 
vantagens competitivas sobre outras nações. A Figura 1.1 ilustra lanças com pontas 
feitas de diversos materiais representando a “alma” das eras históricas da humanidade. 
 
Figura 1.1: Pontas de Lanças de diversos materiais ilustrando a evolução dos materiais e das 
eras históricas 
 
A partir da determinação da importância dos materiais para a civilização humana, torna-
se imprescindível o completo entendimento de todos os aspectos relacionados a esse 
tema, ou seja, a forma como a ciência moderna classifica os materiais, os tipos de 
materiais existentes e suas mais diversas aplicações. A correlação entre a classificação 
dos materiais, sua estrutura atômica e as diversas propriedades exibidas pelos 
respectivos materiais. 
A compreensão dos tipos de materiais e ligações atômicas está diretamente relacionada 
ao estudo da atomística onde nesse primeiro bloco são apresentados os diversos 
 
 
 
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modelos científicos produzidos por cientistas e pesquisadores ao longo da história com 
o objetivo de explicar fenômenos e propriedades exibidas por materiais dos mais 
diversos tipos. Para tanto, são apresentados os diversos modelos atômicos como o 
modelo de Dalton, também conhecido como modelo da “bola de bilhar”. 
Na sequência tem-se o modelo atômico de Rutherford que apresenta uma estrutura 
atômica divisível. Com a evolução dos estudos tem-se o modelo de Rutherford também 
conhecido como modelo “planetário” que está diretamente relacionado a trajetórias 
das partículas constituintes dos átomos. A evolução do modelo de Rutherford dá-se a 
través das pesquisas de Niels Bohr e seu modelo denominado modelo de Bohr, com 
trajetórias definidas por órbitas e a concepção de níveis de energia distintos entre as 
orbitas. Alguns pesquisadores denominam esse modelo coo de Rutherford-Bohr. 
Com relação aos modelos atômicos, somente na primeira metade do século XX com os 
estudos de Erwin Schrödinger fundamentado nas teorias de Louis De Broglie (dualidade 
onda-partícula) e de Werner Heisenberg (Teorias das Incertezas) desenvolveu-se um 
modelo atômico baseado nos conceitos propostos nos modelos anteriores, todavia 
alinhado com as novas teorias. Com isso, desenvolve-se um modelo que propõe regiões 
de máxima probabilidade de existência do elétron ao invés de trajetórias bem definidas 
do elétron. São lançadas as bases da denominada Mecânica Quântica e entendimento 
desse modelo fundamenta a correlação das ligações químicas dos elementos e ligas com 
as propriedades exibidas pelos referidos materiais. A Figura 1.2 ilustra os principais 
modelos atômicos responsáveis pelas propriedades dos materiais e sua respectiva 
classificação. 
 
 
Figura 1.2: Evolução dos Modelos atômicos 
 
Com a descrição dos diversos modelos atômicos até o início do século XX havia uma 
tênue percepção da correlação direta entre as diversas propriedades exibidas pelos 
 
 
 
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materiais e sua estrutura atômica. Esta relação confirma-se a partir do desenvolvimento 
do modelo de orbitais atômicos (Modelo de Schrödinger), onde os materiais passam a 
ser classificados em grandes grupos (Metálicos, Poliméricos e Cerâmicos em um 
primeiro momento), considerando-se o tipo de ligação entre os átomos e moléculas 
desses materiais e as características comuns entre materiais de um mesmo grupo. 
Atualmente os materiais são divididos em cinco grandes grupos, a saber: 
 Materiais Metálicos 
 Materiais Poliméricos 
 Materiais Cerâmicos 
 Materiais Semicondutores 
 Materiais Compósitos 
 
Nesse primeiro bloco de conteúdos do tema realiza-se a apresentação dos diversos tipos 
de materiais atualmente empregados nas mais diversas aplicações da engenharia 
contemporânea. Dessa forma são descritos os materiais metálicos, poliméricos, 
cerâmicos, não-metálicos, semicondutores e compósitos. Cada uma dessas classes de 
materiais tem características próprias que se traduzem nas propriedades exibidas por 
esses materiais e estão diretamente relacionadas a sua composição e estrutura atômica. 
 
1.1.1 Materiais Metálicos 
Os materiais classificados como metálicos podem ser puros ou a combinação de vários 
elementos metálicos. As propriedades características dos materiais metálicos são 
função dos elétrons, vários não localizados, ou seja, não ligados a qualquer átomo em 
particular. 
Os materiais metálicos possuem boa condutibilidade (térmica e de eletricidade), sendo 
não transparentes a luz visível. Com relação as propriedades mecânicas possuem 
elevada resistência mecânica e boa ductilidade o que lhes garante aplicações de caráter 
estrutural. A Figura 1.3 ilustra uma aplicação estrutural de materiais metálicos. 
 
 
 
 
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Figura 1.3: Aplicação Estrutural de Material Metálico (Torre Eiffel) 
 
1.1.2Materiais Poliméricos 
Tem como característica predominante a existência de grandes estruturas moleculares. 
Alguns polímeros são compostos orgânicos baseados em Carbono e Hidrogênio e outros 
são elementos não-metálicos. 
A propriedades marcantes desses materiais são a baixa densidade e alta flexibilidade. A 
Figura 1.4 ilustra uma aplicação em impressora 3D com uso de material polimérico na 
confecção do protótipo. 
 
Figura 1.4: Aplicação de Material Polimérico em Impressão 3D 
 
 
 
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1.1.3 Materiais Cerâmicos 
Os materiais Cerâmicos são a combinação de materiais metálicos e não metálicos 
produzindo óxidos, nitratos e carbetos. 
Pode-se citar como principais propriedades dos materiais cerâmicos a elevada 
resistência a temperatura e a ambientes agressivos sob a ótica de corrosão. São 
excelentes isolantes térmicos e elétricos. A elevada dureza dos materiais cerâmicos 
resultam em fragilidade desses materiais. A Figura 1.5, ilustra uma aplicação de material 
cerâmico. 
 
Figura 1.5: Aplicação de Material Cerâmico. Fusíveis do tipo Diazed 
 
1.1.4 Materiais Semicondutores 
Os Semicondutores são materiais que apresentam propriedades elétricas intermediárias 
entre os condutores elétricos e os isolantes. São extremamente sensíveis a presença de 
impurezas em sua composição. 
Os materiais Semicondutores são a base da eletrônica contemporânea sendo 
largamente empregados na produção de componentes eletrônicos como diodos, 
transistores, circuitos integrados e chips. A Figura 1.6, a seguir, ilustra um componente 
eletrônico produzido a partir de material semicondutor. 
 
 
 
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Figura 1.6: Componente eletrônico produzido a partir de Material Semicondutor 
 
1.1.5 Materiais Compósitos 
São materiais constituídos por mais de um material desenvolvidos com o objetivo de 
apresentar as melhores características de cada um dos materiais constituintes. Por 
conta da combinação e materiais as propriedades dos materiais compósitos são 
anisotrópicas. A Figura 1.7, ilustra um componente de bicicleta produzido em material 
Compósito. 
 
 
Figura 1.7: Componente de bicicleta produzido a partir de Material Compósito 
 
1.2. Processamento dos Materiais 
Nesse primeiro bloco também são apresentados os diversos tipos de processamento ao 
qual os materiais são submetidos visando sua posterior utilização nas mais diversas 
 
 
 
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aplicações. É fundamental compreender que o comportamento exibido pelos materiais 
durante seu processamento é fruto de sua composição química além da estrutura 
atômica de ligação entre os átomos componentes do material. A Figura 1.8, ilustra o 
processamento de material metálico através de processo siderúrgico. 
 
Figura 1.8: Processamento de Material Metálico 
 
A introdução de energia, muitas vezes na forma de trabalho, nos materiais durante seu 
processamento resultará em mudanças de determinadas propriedades originais do 
material. Tais mudanças em determinadas situações são esperadas para a obtenção de 
propriedades específicas de determinados materiais que servirão a aplicações 
específicas ou desenvolvimento de produtos onde tais propriedades são fundamentais. 
 
Aço 
O Aço é um dos materiais mais utilizados no mundo e seu processamento é oriundo do 
Ferro (Fe) com uma porcentagem de Carbono (C). 
Manipulando quimicamente outros elementos ao Aço, podemos obter resultados 
positivos na concepção da liga de Aço, como dureza, elasticidade, durabilidade etc. 
Para saber mais sobre o Aço, recomendamos o seguinte vídeo: 
Como é feito o aço. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=IC-
81In72YI>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
 
 
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Polímeros 
A família dos polímeros é das mais utilizadas no mercado de produtos em geral e suas 
soluções são diversas, como produção de garrafas PET, vasilhames, brinquedos etc. 
Existe uma grande variedade de processos envolvidos na fabricação de produtos 
advindos de polímeros. Os mais utilizados são extrusão, injeção, rotomoldagem, sopro 
e vacuum forming, ou termoformagem. 
Para saber mais sobre Polímeros, recomendamos o seguinte vídeo: 
Processos de fabricação Termoplásticos. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=7NkdKIRwKUQ>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
Compósitos 
Atualmente muito utilizado para aplicações estruturais, os compósitos têm por 
definição serem a mistura de dois ou mais produtos para obtenção e melhoria de 
desempenho nas propriedades mecânicas, químicas e físicas do material de interesse 
para a aplicação na concepção de produtos. 
Para saber mais sobre Compósitos, recomendamos o seguinte vídeo: 
Processo RTM Light "The best case" em Português Fiberglass. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=bKr91XoSuWA>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
1.3. Seleção de Materiais 
A partir da classificação dos materiais em grupos com propriedades similares em função 
das respectivas estruturas atômicas, pode-se definir critérios técnicos para 
desenvolvimento de novos materiais em função dos objetivos de aplicação propostos 
para o referido material. A partir dessa análise da relação entre materiais e as 
propriedades exibidas surge o conceito da Ciência dos Materiais. 
 
 
 
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A seleção do material mais adequado para determinada aplicação é fator estratégico no 
desenvolvimento de projeto e/ou produtos e, portanto, deve ser baseado em critérios 
técnicos, ou seja, diretamente relacionados as propriedades exibidas por determinados 
materiais. 
 
Conclusão 
Os materiais são classificados em função das propriedades exibidas sendo estas 
decorrentes da composição química e tipo de ligação interatômica. A classificação atual 
de materiais divide-os em cinco grandes grupos a saber: Metálicos, Poliméricos, 
Cerâmicos, Semicondutores e Compósitos. 
A seleção adequada de materiais é fator estratégico na competitividade das 
organizações globalizadas, todavia deve ser considerada em qualquer situação que se 
demanda análise técnica do componente ou projeto em desenvolvimento 
Os tipos de ligações químicas que constituem os diversos tipos de materiais serão 
tratados no bloco 2 desse conteúdo. 
 
 
Referências Bibliográficas 
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2018. 
SHACKELFORD, J. F. Ciências dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2011. 
 
 
 
 
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2 LIGAÇÕES ATÔMICAS 
Apresentação 
As ligações fazem parte do entendimento do profissional introduzido no setor de 
transformação, e a necessidade deste conhecimento está diretamente ligada ao 
desenvolvimento de novos produtos, processos e pesquisas, que trarão o 
desenvolvimento sustentável da empresa. Para entender sobre opções e fontes de 
materiais é preciso compreender sobre ligações atômicas. É o que veremos nesta 
unidade! 
Bons estudos! 
 
2.1 Estrutura Atômica: Forças e Ligações 
As estruturas atômicas partem do conceito individual da estrutura interna dos átomos. 
Para que consigamos compreender melhor esta estrutura, devemos imaginar a 
estrutura interna atômica similar à estrutura dos planetas. 
O estudo sobre a união dos átomos traz a compreensão sobre forças interatômicas e 
propriedades dos materiais. Independentemente do segmento de atuação profissional, 
existirá sempre a necessidade de compreender esta relação atômica. 
O conceito aprendido durante nossa formação básica nas aulas de Ciências mostra o Sol 
como núcleo no sistema planetário e os planetas ao seu redor. Notavelmente é possível 
perceber, através da figura a seguir, que temos planetas mais próximos e planetas mais 
distantes do Sol. 
 
 
 
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Figura 2.1: Planetas ao redor do Sol 
 
Podemos explorar esta analogia para explicar a estrutura atômica. A estrutura atômica 
parte de um núcleo com prótons e nêutrons (neste caso, representado pelo Sol) que fica 
rodeado de elétrons (neste caso, os planetas). A seguir, temos a figura quedemonstra 
como fica a analogia transposta para a estrutura atômica. 
 
Figura 2.2: Estrutura Atômica 
 
A tabela periódica fornece, para cada um dos elementos, dados como peso atômico, 
símbolo e número atômico. 
 
 
 
 
 
 
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Figura 2.3: Tabela periódica 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
Através da informação do número atômico de cada elemento obtido da tabela periódica 
e do diagrama de Linus Pauling é possível determinar a distribuição de elétrons na 
eletrosfera distribuída entre as sete camadas. 
 
Figura 2.4: Demonstração de eletrosfera e suas camadas 
Fonte: elaborada pelo autor. 
 
 
 
 
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Através do diagrama de Linus Pauling é possível determinar a distribuição de elétrons 
na eletrosfera distribuída entre as sete camadas. 
Podemos observar na figura o exemplo do Carbono (C) localizado na tabela periódica e 
sua distribuição de elétrons. 
 
Figura 2.5: Distribuição de elétrons 
Fonte: (adaptado de CALLISTER et al., 2018) 
 
Saiba Mais 
Estes cinco vídeos contribuirão para relembrar as aulas de Química do Ensino Médio, 
priorizando o entendimento da estrutura química, geometria molecular e a distribuição 
eletrônica através do diagrama de Linus Pauling. É importante notar a importância da 
definição do átomo para compreensão da disciplina Ciência dos Materiais. 
Química - Estrutura Atômica - Parte 1/4. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=n6RyHMAKBo0>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
Química - Estrutura Atômica - Parte 2/4. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=femXZofczw0>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
Química - Estrutura Atômica - Parte - 3/4. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=3nsyQ2NUVl4>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
Química - Estrutura Atômica - Parte 4/4: Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=9d7MSz3cdCM>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
Distribuição eletrônica. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=H8Z3PuPbiB8>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
https://www.youtube.com/watch?v=n6RyHMAKBo0
https://www.youtube.com/watch?v=femXZofczw0
https://www.youtube.com/watch?v=3nsyQ2NUVl4
https://www.youtube.com/watch?v=9d7MSz3cdCM
https://www.youtube.com/watch?v=H8Z3PuPbiB8
 
 
 
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2.2 Ligações Interatômicas Primárias 
As ligações interatômicas primárias são divididas em três tipos: 
 Ligações iônicas 
 Ligações covalentes 
 Ligações metálicas 
 
Recomendamos a leitura das páginas 30 a 35 da seguinte obra: 
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2018. p. 30-35. Disponível em: 
<https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632375/cfi/6/26!/4/186/
4/2@0:0>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
2.2.1 Ligações Iônicas 
As ligações, em geral, definem-se por somas e subtrações de elétrons no seu 
compartilhamento. Nesta interação entre átomos (neste caso em específico, entre um 
metal e um ametal, ou entre um metal e um hidrogênio) percebe-se que a participação 
dos elementos metálicos em sua interação atômica é imperativa. 
Os átomos metálicos têm por característica perderem elétrons de valência para 
comporem as últimas camadas dos ametais. Um exemplo clássico utilizado pelas 
literaturas para exemplificar esta situação é o famoso sal de cozinha (Cloreto de sódio – 
NaCl). 
Se notarmos o Sódio (Na) na tabela periódica, veremos que seu número atômico é 11, e 
o Cloro (Cl) tem número atômico 17. Através da distribuição eletrônica, o Sódio tem 
apenas 1 elétron na última camada de valência; ao reagir com o Cloro (Cl), que tem 5 
elétrons na última camada de valência, o Sódio certamente doará este elétron. Assim, 
ambos irão modificar suas estruturas inicias, pois após a doação de elétron, o Sódio (Na) 
ficará com 6 elétrons na última camada de valência, e o Cloro (Cl) passará a ficar com 6 
elétrons na última camada de valência, promovendo o equilíbrio químico da ligação 
iônica. 
 
 
 
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Figura 2.6: Exemplo de ligações iônicas 
Fonte: (adaptado CALLISTER et al., 2018) 
 
Com a perda de elétron do Sódio (Na) para o Cloro (Cl), a nova distribuição eletrônica 
passa a ser como demonstrado a seguir: 
 
 
 
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Figura 2.7: Exemplo de distribuição de elétrons após ligação iônica 
Fonte: elaborada pelo autor. 
 
Saiba Mais 
Este vídeo compartilha de forma prática e direta o conceito das ligações iônicas. 
Ligações Químicas: A Ligação Iônica. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=JJt2UEBSvlw&t=43s>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
2.2.2 Ligações Covalentes 
As ligações covalentes trazem uma particularidade em relação à eletronegatividade 
entre alguns materiais. Esses materiais ficam próximos na tabela periódica e, diferente 
das ligações iônicas, não doam elétrons para buscar estabilidade na última camada de 
valência, pelo contrário, eles compartilham os elétrons para estabilizar a última camada. 
Como exemplo, podemos utilizar o Gás Hidrogênio (H) que, na tabela periódica, 
apresenta como número atômico 1. Para obtermos o produto H2, precisamos de duas 
moléculas de Hidrogênio; quando fazemos esta combinação, os átomos compartilham 
seus elétrons, conforme demonstrado a seguir. 
 
 
 
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Figura 2.8: Exemplo de ligações covalentes 
Fonte: (adaptado CALLISTER et al., 2018) 
 
Saiba Mais 
Este vídeo compartilha de forma pratica e direta o conceito das ligações covalentes. 
Ligações Químicas: A Ligação Covalente. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=3jYy4XhtpxU>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
2.2.3 Ligações Metálicas 
As ligações metálicas concentram-se somente em materiais e ligas metálicas. Para 
entendê-las, no passado, foi proposto um modelo que se caracteriza por chuva ou 
nuvem de elétrons. 
Os elétrons de valência não ficam ligados a nenhum outro átomo; de certa forma, estão 
livres sobre o sólido, podendo se movimentar simultaneamente. Já os elétrons que não 
são de valência são chamados de núcleo iônico, são carregados positivamente e ficam 
espalhados entre os elétrons de valência, como demonstrado na figura a seguir: 
 
 
 
 
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Figura 2.9: Exemplo de ligação metálica 
Fonte: (adaptado CALLISTER et al., 2018) 
 
Os metais são excelentes condutores de calor e eletricidade, e a razão que os fazem 
obter esta característica é justamente os elétrons de valência espalhados sobre o sólido. 
Outras características, como ductibilidade e resistência à fratura, estão relacionados e 
podem ser explicados através das ligações metálicas. 
 
Saiba Mais 
Este vídeo compartilha de forma prática e direta o conceito das ligações metálicas. 
Ligação Metálica. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=xb07lIWFnuE>. 
Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
2.3 Ligações Secundárias (Van der Waals) 
Caracterizadas por serem ligações fracas, as ligações secundárias ou de Van der Waals 
são ligações existentes entre os átomos devido à existência das ligações primárias 
(ligações fortes). As ligações secundárias (ligações fracas) passam a ser imperceptíveis 
quando ligadas ionicamente ou covalentemente. 
Essa ligação acontece através de dipolos atômicos ou moleculares. Devido à atração 
sofrida pelas extremidades positivas e negativas do dipolo e do dipolo adjacente, ocorre 
a ligação secundária ou de Van der Waals. 
 
 
 
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Figura 2.10: Exemplo de ligações secundárias 
Fonte: (adaptado CALLISTER et al., 2018) 
 
Essas ligações podem ser separadas de três formas: 
 Ligações de Dipolo Induzido Flutuantes 
 Ligações entre Moléculas Polares e Dipolos Induzidos 
 Ligações de Dipolos Permanentes 
 
Recomendamos os seguintes vídeos, que tratam sobre os três tipos de ligações 
intermoleculares: 
Aqui, é explicado sobre ligações fracas ou ligações secundárias de Van der Waals: 
Ligações Químicas: Forças Intermoleculares (1/2). Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=yJN6a_mPe6A>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
Aqui é explicado sobre dipolos permanentes: 
Ligações Químicas:Forças Intermoleculares (2/2). Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=Cl7Su7PesCE>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
 
 
 
 
 
23 
 
Saiba Mais 
Neste vídeo, veremos um experimento que exemplifica a ligação secundária ou 
intermolecular. Ele utiliza água e álcool, e a marcação da quantidade utilizada torna-se 
fundamental para a percepção do experimento. O importante é notar que a atração dos 
dipolos positivos com os negativos de ambos os compostos será a reação que nos trará 
o entendimento sobre a teoria. 
Experiência, ligações intermoleculares. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=gQIwuZ-gzEo>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
Conclusão 
Para entendermos a estrutura dos materiais são imperativos o entendimento e a 
compreensão sobre as ligações atômicas. Isso contribuirá futuramente para a pesquisa 
de novos materiais, o desenvolvimento de novos produtos, a resolução de problemas 
existentes e, principalmente, para a proposição de soluções sustentáveis de consumo 
para o mundo. 
As ligações trazem os conceitos de Química do ciclo básico, demonstrando a importância 
das ligações primárias e secundárias. Isso tem implicação direta na compreensão 
atômica de funcionamento dos materiais, como por exemplo a família dos metais que, 
devido as suas ligações metálicas, desenvolvem propriedades de interesse, tais como 
boa condutividade, resistência à fadiga, ductibilidade, entre outros. 
 
Referências Bibliográficas 
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2018. 
SHACKELFORD, J. F. Ciências dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2011. 
 
 
 
 
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3 ESTRUTURA CRISTALINA 
Apresentação 
Neste bloco vamos compreender, através da estrutura cristalina, como se dá a 
construção da estrutura dos materiais. 
Você verá que certas propriedades que determinam a utilização e escolha de materiais 
para determinadas aplicações, como deformação plástica e deformação elástica, são 
constituídas a partir da estrutura destes materiais. 
Bons estudos! 
 
3.1 Estrutura Cristalina: Conceitos Fundamentais, Polimorfismo e Alotropia 
Uma parte importante do desenvolvimento industrial está relacionada ao 
desenvolvimento dos materiais, e só conseguimos compreender sua forma interativa 
quando conhecemos a relação entre os átomos ou íons presentes em seus arranjos. 
A classificação dos materiais sólidos parte da regularidade de como os arranjos atômicos 
estão relacionados a outros arranjos atômicos. Esta relação citada pode ser definida por 
grandes distâncias atômicas, em que a ordem de relação e a posição dos arranjos 
atômicos determinarão os tipos de material que chamamos de material cristalino. 
Muitos materiais formam suas estruturas cristalinas após o processo de solidificação. A 
estrutura cristalina pode ser definida como a forma em que os átomos, íons e moléculas 
estão arranjados no espaço. Podemos afirmar que todos os metais, alguns cerâmicos e 
alguns polímeros formam estruturas cristalinas sob condição de solidificação normal. 
Sob esta condição de análise, podemos classificar as estruturas cristalinas de quatro 
maneiras: 
 Estrutura Cristalina Cúbica de Faces Centradas (CFC) 
 Estrutura Cristalina Cúbica de Corpo Centrado (CCC) 
 
 
 
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 Estrutura Cristalina Célula Cúbica Simples (CS) 
 Estrutura Cristalina Hexagonal Compacta (HC) 
 
3.1.1 Estrutura Cristalina Cúbica de Faces Centradas 
A Estrutura Cristalina Cúbica de Faces Centradas, também conhecida pelas suas inicias - 
CFC, tem a sua geometria em formato de cubo e seus átomos ficam localizados nos 
vértices e no centro das faces do cubo. 
A seguir, temos a figura que ilustra essa estrutura. É importante olharmos para esta 
figura como se todas as faces do cubo fossem rígidas e construídas com vidro 
transparente; isso certamente facilitará a identificação e localização dos átomos na 
Estrutura Cristalina Cúbica de Face Centrada. 
 
 
Figura 3.11: Estrutura Cristalina Cúbica de Face Centrada (CFC) 
 
 
Para calcularmos o número de átomos: 
 
𝑁 = 𝑁𝑖 + 
𝑁𝑓
2
+ 
𝑁𝑣
8
 = 1 +
6
2
+
8
8
= 𝟒 
 
Onde: 
 
 
 
26 
 
Ni = Número de átomos no interior da célula 
Nf = Número de átomos nas faces da célula 
Nv = Número de átomos nos vértices da célula 
 
Para definirmos o comprimento da aresta do cubo a, utilizamos a seguinte fórmula: 
𝑎 = 2. 𝑅. √2 
Onde: 
a = Comprimento da aresta 
R = Raio atômico 
 
Cálculo do volume da célula unitária CFC: 
𝑉𝑐 = 𝑎³ = (2. 𝑅. √2)
3
= 𝟏𝟔. 𝑹³. √𝟐 
Onde: 
a = Comprimento da aresta 
R = raio atômico 
 
Figura 3.12: Demonstração do Raio Atômico e do Comprimento de Aresta para Estrutura 
Cristalina CFC 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
O Fator de Empacotamento define o espaço ocupado pelos átomos em uma estrutura 
cristalina. A fórmula utilizada para calcular o nível de ocupação é: 
Fator de Empacotamento Atômico: 
 
 
 
27 
 
𝐹𝐸𝐴 =
𝑉𝑒
𝑉𝑐
= 
4.
4
3
. 𝜋. 𝑅³
16. 𝑅³. √2
= 𝟎, 𝟕𝟒 
Onde: 
R = raio atômico 
Ve = Volume do átomo (𝑁(𝑛° 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠).
4 
3
 . 𝜋. 𝑅³) 
Vc = Volume total da célula unitária 
 
3.1.2 Estrutura Cristalina Cúbica de Corpo Centrado 
A Estrutura Cristalina Cúbica de Corpo Centrado, também conhecida pelas suas iniciais - 
CCC, assemelha-se em sua estrutura com a Estrutura Cristalina CFC, por ter átomos em 
todos os vértices do cubo, com a diferença de ter um único átomo localizado no centro 
do cubo. Conforme figura a seguir é possível notar a distribuição dos átomos para a 
Estrutura Cristalina Cúbica de Corpo Centrado. 
 
 
Figura 3.13: Para a Estrutura Cristalina Cúbica de Corpo Centrado: (a) representação da célula 
unitária por meio de esferas rígidas, (b) célula unitária segundo esferas reduzidas e (c) agregado 
de muitos átomos 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
 
Para calcularmos o número de átomos: 
 
 
 
28 
 
𝑁 = 𝑁𝑖 + 
𝑁𝑓
2
+ 
𝑁𝑣
8
 = 1 + 0 +
8
8
= 𝟐 
Onde: 
Ni = Número de átomos no interior da célula 
Nf = Número de átomos nas faces da célula 
Nv = Número de átomos nos vértices da célula 
 
Para definirmos o comprimento da aresta do cubo, utilizamos a seguinte formula: 
𝑎 = 
4. 𝑅
√3
 
Onde: 
a = Comprimento da aresta 
R = Raio atômico 
 
Cálculo do volume da célula unitária CCC: 
𝑉𝑐 = 𝑎³ = (
4. 𝑅
√3
) ³ = 
𝟔𝟒. 𝑹³
𝟑. √𝟑
 
Onde: 
a = Comprimento da aresta 
R = Raio atômico 
 
Fator de Empacotamento Atômico: 
 
𝐹𝐸𝐴 =
𝑉𝑒
𝑉𝑐
= 
2.
4
3 . 𝜋. 𝑅³
64. 𝑅³
3. √3
= 𝟎, 𝟔𝟖 
Onde: 
 
 
 
29 
 
R = Raio atômico 
Ve = Volume do átomo (𝑁(𝑛° 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠).
4 
3
 . 𝜋. 𝑅³). 
Vc = Volume total da célula unitária. 
 
3.1.3 Estrutura Cristalina Célula Cúbica Simples 
A Célula Cúbica Simples é formada por quatro átomos distribuídos nas arestas dos 
vértices do cubo. 
 
 
Figura 3.14: Exemplo de formação geométrica da célula unitária 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
Para calcularmos o número de átomos: 
𝑁 = 𝑁𝑖 + 
𝑁𝑓
2
+ 
𝑁𝑣
8
 = 0 + 0 +
8
8
= 𝟏 
Onde: 
Ni = Número de átomos no interior da célula 
Nf = Número de átomos nas faces da célula 
Nv = Número de átomos nos vértices da célula 
 
Para definirmos o comprimento da aresta do cubo, utilizamos a seguinte fórmula: 
 
 
 
30 
 
𝑎 = 2. 𝑅 
Onde: 
a = Comprimento da aresta 
R = Raio atômico 
 
Cálculo do volume da célula unitária CS: 
𝑉𝑐 = 𝑎³ = (2. 𝑅)³ = 𝟖. 𝑹³ 
Onde: 
a = Comprimento da aresta 
R = Raio atômico 
 
Fator de Empacotamento Atômico: 
𝐹𝐸𝐴 =
𝑉𝑒
𝑉𝑐
= 
1.
4
3 . 𝜋. 𝑅³
8. 𝑅³
= 𝟎, 𝟓𝟐 
Onde: 
R = Raio atômico 
Ve = Volume do átomo (𝑁(𝑛° 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠).
4 
3
 . 𝜋. 𝑅³) 
Vc = Volume total da célula unitária 
 
3.1.4 Estrutura Cristalina Hexagonal Compacta 
A Estrutura Cristalina Hexagonal Compacta, também conhecida por Estrutura Cristalina 
HC, tem sua geometria diferente das demais estruturas cristalinas.A simetria cúbica não 
é regra para todos os materiais, logo, existem materiais que, em sua estrutura cristalina, 
possuem a geometria de um hexágono. Suas características de aproximação e formação 
são similares a outras estruturas cristalinas, com a particularidade de compor seis 
átomos na parte superior e inferior, tendo um átomo central em cada uma de suas faces. 
A figura a seguir ilustra a sua forma geométrica e a distribuição dos átomos. 
 
 
 
31 
 
 
Figura 3.15: Para a estrutura cristalina hexagonal compacta: (a) célula unitária com esferas 
reduzidas (a e c representam os comprimentos das arestas menor e maior, respectivamente) e 
(b) agregado de muitos átomos 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
A estrutura HC tem em sua formação dois hexágonos sobrepostos e, em seu plano 
intermediário, existem três átomos; em seus vértices, existem seis átomos e um no 
centro. 
Para calcularmos o número de átomos: 
𝑁 = 𝑁𝑖 + 
𝑁𝑓
2
+ 
𝑁𝑣
6
 = 3 +
2
2
+
12
6
= 𝟔 
Onde: 
Ni = Número de átomos no interior da célula 
Nf = Número de átomos nas faces da célula 
Nv = Número de átomos nos vértices da célula 
 
Cálculo do volume da célula unitária HC: 
𝑉𝑐 = 𝑎³ = 𝟐𝟒. 𝑹³. √𝟐 
 
Onde: 
 
 
 
32 
 
a = Comprimento da aresta 
R = Raio atômico 
 
Fator de Empacotamento Atômico: 
𝐹𝐸𝐴 =
𝑉𝑒
𝑉𝑐
= 
6.
4
3 . 𝜋. 𝑅³
24. 𝑅³. √2
= 𝟎, 𝟕𝟒 
Onde: 
R = Raio atômico 
Ve = Volume do átomo (𝑁(𝑛° 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠).
4 
3
 . 𝜋. 𝑅³) 
Vc = Volume total da célula unitária 
 
Saiba mais 
Neste vídeo veremos a demonstração do cálculo do Fator de Empacotamento Atômico 
para as respectivas estruturas citadas neste bloco. Bons estudos! 
Fator de Empacotamento Atômico – FEA. Disponível: 
<https://www.youtube.com/watch?v=uZemT4YWo48>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
3.1.5 Cálculos da Massa Específica 
A massa especifica é a razão entre a massa de uma de uma substância e o volume por 
ela ocupado. 
Definindo a razão entre a massa e o volume de uma substância, podemos afirmar que, 
após o conhecimento sobre estruturas cristalinas, é possível calcular a sua massa 
especifica teórica. A seguir é demonstrada a fórmula que compreende este cálculo: 
𝜌 = 
𝑛. 𝐴
𝑉𝑐. 𝑁𝑎
 
 
Onde: 
https://www.youtube.com/watch?v=uZemT4YWo48
 
 
 
33 
 
N = Número de átomos associados a cada célula unitária 
A = Peso atômico 
Vc = Volume da célula unitária 
Na = Número de Avogadro (6,022x1023 átomos/mol) 
 
3.1.6 Poliformismo e Alotropia 
O poliformismo nada mais é do que a existência de mais de um tipo de estrutura 
cristalina presente nos metais e ametais. 
 
Figura 3.16: Microestrutura do ferro 
Fonte: (LIVRED.INFO, 2017) 
 
 
 
 
34 
 
Podemos afirmar, por exemplo, que o Ferro (Fe), entre aproximadamente 273°C e 
912°C, possui Estrutura Cristalina CCC; entre aproximadamente 912°C e 1394°C, possui 
Estrutura Cristalina CFC e, entre 1394°C e 1539°C, ele volta a ter Estrutura Cristalina CCC. 
Esta presença de mais de uma estrutura cristalina geralmente é provocada pela 
aplicação de temperatura nos materiais sólidos, o que altera suas propriedades, formas 
e até mesmo características mecânicas de interesse para uma determinada aplicação. 
Quando temos a incidência de temperatura para propiciar estas modificações, 
chamamos de Alotropia. 
 
Figura 3.17: Transformação do estanho Branco em Estanho Cinza através do processo de 
resfriamento 
Fonte: (adaptado de CALLISTER et al., 2018) 
 
Saiba Mais 
Este vídeo trará uma revisão sobre Estruturas Cristalinas CFC, CCC, CS e HC, com 
exemplos ilustrados pelo autor. Bons estudos! 
 
 
 
35 
 
Células unitárias cúbicas CCC, CFC e CS, dedução de arestas e N° de coordenação. 
Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=2s_TjH1teOI>. Acesso em: 21 
mar. 2019. 
 
3.2 Pontos, Direções e Planos Cristalográficos 
Assim como em desenhos técnicos, plantas baixas e especificações de máquinas, nos 
materiais cristalinos também precisamos especificar pontos para determinar posições. 
No plano cristalográfico precisamos identificar os pontos para determinar suas 
respectivas localizações e direções. 
Todas as localizações são orientadas pelos eixos x, y e z, conforme figura a seguir. 
 
Figura 3.18: Definição dos eixos x, y e z 
 
Para melhor compreender sobre Coordenadas dos Pontos, Direções Cristalográficas e 
Planos Cristalográficos recomendamos a leitura das páginas 58 a 71 da obra abaixo. Para 
conseguir visualizar as figuras empregadas durante a leitura, as formas cúbicas estarão 
representadas nas direções x, y e z do plano cartesiano. 
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2018. p. 58-71. Disponível em: 
<https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632375/cfi/6/28!/4/206/
2/4@0:0>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
 
 
 
36 
 
Saiba Mais 
Neste vídeo teremos a visão detalhada e bem explicada sobre Pontos, Direções e Planos 
Cristalográficos, baseados na teoria clássica apresentada nos livros de ciências dos 
materiais. 
Pontos, Direções e Planos Cristalográficos. Disponível: 
<https://www.youtube.com/watch?v=uQF6gJoGA0U>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
3.2.1 Coordenada dos Pontos 
De acordo com Callister (2018), algumas vezes é necessário especificar uma posição na 
rede cristalina dentro de uma célula unitária. Isso é possível usando três índices de 
coordenadas de pontos: q, r e s. Esses índices são múltiplos fracionários dos 
comprimentos da aresta da célula unitária a, b e c, isto é, q é algum comprimento 
fracionário de a ao longo do eixo x, r é algum comprimento fracionário de b ao longo do 
eixo y e, de maneira semelhante, para s; ou: 
 qa = Posição na rede cristalina em referência ao eixo x 
 rb = Posição na rede cristalina em referência ao eixo y 
 sc = Posição na rede cristalina em referência ao eixo z 
 
Para que possamos entender melhor, a figura a seguir demonstra a célula unitária com 
o sistema de coordenadas x, y e z, demonstrando o sistema de coordenadas localizado 
no vértice da célula unitária, partindo do ponto P. 
 
 
 
37 
 
 
Figura 3.19: Maneira segundo a qual são determinadas as coordenadas q, r e s do ponto P no 
interior da célula unitária. A coordenada q (que é uma fração) corresponde à distância qa ao 
longo do eixo x, para a qual a é o comprimento da aresta da célula unitária. As respectivas 
coordenadas r e s para os eixos y e z são determinadas de maneira semelhante. 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
Saiba Mais 
Para fecharmos o entendimento sobre coordenadas, este vídeo apresenta de maneira 
detalhada e exemplificada como devemos representar as coordenadas nos planos 
cristalográficos. 
Posições cristalográficas. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=PDHk2yJfILs>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
3.3 Densidades Linear e Planar: Estruturas Compactas 
Anteriormente foram discutidas as direções nos planos cristalográficos que, de maneira 
relacionada, possuem equivalência direcional para determinados materiais. Esta relação 
para alguns materiais pode ser definida como densidade linear, por possuírem direções 
idênticas e equivalentes. 
 
 
 
38 
 
A densidade linear pode ser definida pelo número de átomos por unidade de 
comprimento, levando em conta o vetor direção para uma determinada direção 
cristalográfica. 
 
𝐷𝐿 = 
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑜 𝑣𝑒𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑟𝑒çã𝑜
𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑣𝑒𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑟𝑒çã𝑜
 
 
Não muito diferente, a densidade planar é definida pelo número de átomos por unidade 
de área que estão centrados sobre um plano cristalográfico particular. 
𝐷𝑃 = 
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑢𝑚 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜
 
 
Para maior entendimento do tema, recomendamos os seguintes vídeos, que explicam 
de maneira detalhada e exemplificada a teoria sobre as densidades em estruturascompactas: 
Densidade Linear. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=aqh5jPFftEg>. 
Acesso em: 21 mar. 2019. 
Densidade Planar. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=a7ZolRlVrH4>. 
Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
Conclusão 
Este bloco demonstra a importância do entendimento sobre a estrutura cristalina dos 
materiais. É comum ouvimos dizer que “determinado material é mais duro, mais frágil 
ou mais resistente”. Estas propriedades estão relacionadas com a estrutura cristalina 
dos materiais e podemos compreender, através da teoria apresentada, como estão 
relacionadas atomicamente. 
Aprofundamos um pouco mais e vimos que o poliformismo e a alotropia começam a nos 
dar o entendimento sobre o processo de transformação dos materiais na vida real. 
 
 
 
39 
 
Podemos perceber que, através da aplicação de temperatura, temos diferentes 
estruturas cristalinas, que resultam em diferentes propriedades dos materiais. 
Ao imergirmos no mundo das estruturas partimos das coordenadas nos planos para 
aprendermos a dimensionar a posição dos átomos de acordo com a estrutura cristalina 
a ser dimensionada. 
 
Referências Bibliográficas 
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2018. 
LIVRED.INFO. Estruturas Cristalinas, 2017. Disponível em: <http://livred.info/estruturas-
cristalinas.html?page=7>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
SHACKELFORD, J. F. Ciências dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2011. 
 
 
 
 
40 
 
 
4 NÃO METÁLICOS 
Apresentação 
Os materiais não metálicos são altamente empregados no mercado de transformação 
de matéria-prima, pois apresentam soluções interessantes para distintas aplicações, 
desde recipientes para produtos líquidos até componentes elétricos, como resistores e 
capacitores. Neste bloco iremos entender os materiais cerâmicos, poliméricos, 
compósitos e semicondutores. 
Bons estudos! 
 
4.1 Cerâmicas 
Formados através da combinação de elementos químicos metálicos e não metálicos, os 
materiais cerâmicos são classificados em: 
 Minerais argilosos 
 Cimento 
 Vidro 
Sua formação inorgânica pode ser feita, por exemplo, por óxidos, nitretos e carbetos; 
este material oferece ao mercado de transformação muitas opções de utilização de 
acordo com propriedades desejadas. Também apresenta excelente resistência a altas 
temperaturas e isolamento a eletricidade, propriedades essas que não são encontradas, 
por exemplo, na família dos metais. 
Suas propriedades mecânicas apresentam-se com grande dureza, porém são muito 
quebradiços para esforços de tração e torção, não sendo muito aconselhados na 
utilização de aplicações que sofrem esforços combinados, torcionais ou simultâneos em 
direções diferentes. Sua propriedade mecânica de resistência à compressão é bastante 
aconselhada. 
 
 
 
41 
 
 
Figura 4.20: Exemplo de esforços combinados em componente retangular 
Fonte: (CURY, 2015) 
 
A fragilidade de um material cerâmico é notável e fácil de ser percebida. Um exemplo 
cotidiano é o que acontece ao deixarmos um copo de vidro cair no chão à altura de um 
metro: logo notamos sua fragilidade à resistência de impacto, uma vez que ele irá se 
despedaçar ao entrar em contato com a superfície do chão. 
Embora os materiais metálicos ainda sejam os mais empregados na indústria de 
transformação por obterem propriedades mecânicas importantes para aplicações 
estruturais, como resistência à tração e elevada tenacidade, os polímeros oferecem 
outras vantagens, como baixa densidade, alta capacidade de moldagem e flexibilidade 
de materiais. De maneira generalizada, a tabela a seguir demonstra o comparativo de 
algumas propriedades de suas propriedades. 
 
 
 
 
42 
 
Tabela 4.1: Comparativo de propriedades gerais 
Fonte: (SANTOS, 2014) 
 
Os produtos mais comumente industrializados utilizando materiais cerâmicos têm sua 
base de argila e são compostos por alumina (Al2O3) e sílica (SiO2), sendo processados a 
uma temperatura acima de 4.000 °C para industrialização de cerâmicas comerciais e 
cerâmicas industriais, o que denota sua grande característica refratária, por ter um 
ponto de fusão tão alto. 
 
4.1.1 Formação da Cerâmica 
Os materiais cerâmicos são definidos por caracterização iônica ou covalente presente 
em suas estruturas. A tendência das estruturas atômicas nos materiais cerâmicos é 
estarem altamente compactadas devido à relação entre os raios iônicos dos íons de sua 
estrutura e também pelo balanço eletrostático reagente entre os átomos envolvidos. 
 
Figura 4.21: Exemplo de ligação iônica na formação do cloreto de sódio por meio de ligação 
iônica 
Fonte: (SANTOS, 2014) 
 
A natureza cristalina dos materiais cerâmicos é influenciada por duas características 
principais: 
 
 
 
43 
 
1. Magnitude da carga elétrica em cada um dos íons componentes. 
2. Relação entre o raio de cátion e o raio de ânion. 
 
4.1.2 Tipos de Cerâmicas 
As pessoas que pouco conhecem os materiais cerâmicos atribuem a industrialização de 
seus produtos somente a xícaras, pisos, azulejos da construção civil ou vasos sanitários. 
Porém, apesar de essas representarem uma grande aplicação deste tipo de material até 
a década de 1990, a família de materiais cerâmicos se expandiu para aplicações mais 
específicas e de grande valor agregado, como aplicação em áreas aeroespaciais, nuclear, 
eletrônica, biomédica etc. 
Para elucidarmos melhor as diversas formas classificáveis dos materiais cerâmicos, os 
dividiremos em quatro tipos principais empregados no mercado de consumo: cerâmica 
tradicional, cerâmica estrutural, cerâmica funcional e cerâmica não cristalina (vidro). 
 
Cerâmica Tradicional 
Tendo como princípio a utilização da argila, a cerâmica tradicional é amplamente 
utilizada, principalmente pela construção civil, pois a argila, além de ser um ingrediente 
barato, existe em abundância na natureza e, após ser misturada com água nas 
proporções corretas, forma uma massa plástica que pode ser facilmente moldada. 
 
Figura 4.22: Exemplo de cerâmica tradicional (azulejo, vasos e utensílios) 
Fonte: (SANTOS, 2014) 
 
 
 
44 
 
 
Cerâmicas Estruturais 
Desenvolvidas para uso em produtos cuja preocupação sejam propriedades como 
resistência ao impacto, dureza e resistência ao desgaste. Devido a sua grande resistência 
ao calor e isolamento elétrico, os produtos desenvolvidos por cerâmicas estruturais são 
utilizados em larga escala por empresas do seguimento da construção civil. Estas 
empresas usam em larga escala produtos como por exemplo, tijolos estruturais, placas 
de alvenaria estrutural etc. 
 
Figura 4.23: Exemplo de cerâmica estrutural (tijolo) 
 
Cerâmicas Funcionais 
As cerâmicas funcionais são predominantemente usadas em aplicações cuja 
preocupação sejam propriedades elétricas, magnéticas, dielétricas e ópticas. Alguns 
exemplos são isoladores elétricos e ignitores para acendimento de queimadores. 
 
 
 
45 
 
 
Figura 4.24: Exemplo de isoladores elétricos e ignitores de queimadores 
Fonte: (SANTOS, 2014) 
 
Cerâmica Não Cristalina (vidro) 
Definidos como amorfos pela ciência dos materiais, os vidros são pertencentes à família 
dos materiais cerâmicos não cristalinos, obtidos comumente do carbonato, de silicatos 
e borosilicato. 
 
Para melhor compreender o que é uma cerâmica e quais os principais tipos de cerâmicas 
empregadas no mercado, recomendamos a leitura dos trechos da seguinte obra: 
SANTOS, Z. I. G. Tecnologia dos materiais não metálicos: classificação, estrutura, 
propriedades, processos de fabricação e aplicações. 1. ed. São Paulo: Érica, 2014. 
Disponível em: 
<https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536520421/cfi/13!/4/4@0.0
0:0.00>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
p. 13-18: “Cerâmica: o que é isso?” até “Como é formada uma cerâmica?” 
p. 24-31: “Quais os tipos de cerâmicas?” até “Vidros” 
 
Saiba Mais 
 
 
 
46 
 
Recomendamoseste vídeo que mostra o processo de fabricação do vidro ilustrado por 
uma das maiores indústrias americanas de vidro. É interessante notarmos sua história, 
aplicação e diversos tipos de produtos ao qual a empresa concentrou esforços ao longo 
do tempo. 
O processo de produção de vidros. Disponível: 
<https://www.youtube.com/watch?v=2TFNYMJuJtI>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
4.2 Polímeros 
Os polímeros são reconhecidos no mercado por seu reprocessamento e 
reaproveitamento da matéria-prima, principalmente no caso dos plásticos. 
Empregados em todo o mercado industrial devido ao fato de serem leves, renováveis, 
fáceis de moldar e apresentarem excelente acabamento superficial. 
Os polímeros há muito tempo são objeto de estudo da Engenharia, e a indústria vem 
cada vez mais estudando e aprimorando suas propriedades com a convicção de 
substituir outros materiais existentes em determinadas aplicações. 
Como podemos perceber ao longo da nossa vida, muitos produtos, antes fabricados pela 
família dos metais e cerâmicos, estão sendo substituídos por produtos poliméricos. 
Alguns exemplos são garrafas de refrigerantes de vidro que foram substituídas por 
garrafas PET, liquidificadores feitos em alumínio ou inox e que hoje são fabricados em 
plástico em quase toda a sua totalidade de componentes etc. 
 
 
 
47 
 
 
Figura 4.25: Exemplo de liquidificador com utilização de polímeros (plásticos) 
 
4.2.1 Formação do Polímero 
Criado por Berzelius em 1832, polímero significa “muitas partes” conforme origem grega 
do termo: 
 Mero – parte ou elemento 
 Poli – vários ou muitas 
Os monômeros são moléculas químicas que, quando expostas a condições processuais 
de temperatura e pressão, reagem dando origem aos meros que, combinados a longas 
e repetidas cadeias, formam os polímeros. 
 
Figura 4.26: Representação esquemática de uma cadeia polimérica 
Fonte: (SANTOS, 2014) 
 
Os monômeros podem ser obtidos naturalmente através da madeira, álcool, carvão e 
do CO2, mas também podem ser obtidos de maneira manipulada através de reações 
 
 
 
48 
 
química a partir do petróleo ou do gás natural. Os monômeros mais baratos são obtidos 
para formação do polímero sintético. 
Segundo Santos (2014), um polímero é obtido a partir de um conjunto das reações 
químicas que provocam a formação dos meros e, a união destes, por ligações 
covalentes, formam cadeias macromoleculares que compõem o material polimérico. 
Esse processo é denominado reação de polimerização. 
 
Figura 4.27: Exemplo de combinação de monômero na formação da cadeia polimérica 
Fonte: (SANTOS, 2014) 
 
4.2.2 Tipos de Polímero 
Devido à grande variedade de polímeros para as mais diversas aplicações, vamos dividir 
dividi-los em três categorias: 
Termoplásticos 
 
 
 
49 
 
Conhecidos por se transformarem novamente no mesmo material em condições de 
reprocessamento, permitem a reciclagem e aproveitamento do material em quase toda 
a sua totalidade. Os termoplásticos se caracterizam por serem compostos por moléculas 
de cadeias longas individuais sem apresentar ligação cruzada entre elas. Após o 
aquecimento do material, chegando ou ultrapassando o ponto de fusão, eles amolecem 
e se transformam em um líquido viscoso através do afastamento das cadeias antes 
ligadas, permitindo o seu reprocessamento (reciclagem). 
 
Figura 4.28: Exemplo de termoplástico (garrafa PET) 
 
Termofixos 
Conhecidos por terem as cadeias ligadas covalentemente, formam materiais que, uma 
vez processados, não mais fundem, mesmo que aplicadas temperaturas que 
ultrapassem o ponto de fusão. Isso não permite seu reprocessamento ao estado inicial 
como matéria-prima. 
Sua reciclagem só é possível através de processos químicos e energéticos, por exemplo, 
as resinas epóxi e poliésteres muito utilizados no mercado da construção civil e indústria 
do tecido. 
 
 
 
50 
 
 
Figura 4.29: Exemplo de camisetas utilizando poliéster em sua composição 
 
 
Elastômeros 
Mais conhecidos como borrachas, pertencem à família dos polímeros e apresentam 
cadeias ligadas na forma de redes tridimensionais mais fracas do que os materiais 
termofixos, isto é, nas ligações cruzadas tem-se uma menor densidade. Quando 
submetidas a forças de tração e compressão, podem retornar a sua forma original, 
caracterizando o comportamento elástico. Como exemplo podemos citar os pneus que 
são industrializados através do processo de vulcanização. 
 
Figura 4.30: Imagem de pneus de borracha 
 
 
 
51 
 
 
Saiba Mais 
No vídeo indicado é possível entender o processo de reciclagem de plásticos utilizados 
novamente pela indústria de transformação. 
Plástico reciclado: conheça como é o processo. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=xA8s6wpTN1A>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
Neste outro vídeo veremos algumas aplicações de materiais poliméricos na vida real. 
Polímeros: definição e classificação. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=IaEgQgbKDe8&t=197s>. Acesso em: 21 mar. 
2019. 
 
4.3 Compósitos e Semicondutores 
Os materiais compósitos e semicondutores possuem aplicações específicas com 
características formadoras de propriedades e controladas pelos interessados. Tanto a 
indústria como os centros de pesquisa conseguem, através desses materiais, criar 
condições e propriedades diversas para produtos diversos. 
Os compósitos estão insistentemente sendo modificados e estudados para possíveis 
substituições de materiais metálicos, e os semicondutores estão totalmente integrados 
em pesquisas e tecnologias para microeletrônica, produtos esses que estão dentro do 
campo de investimentos das empresas de tecnologia. 
 
4.3.1 Formação dos Compósitos 
Os compósitos são constituídos por, no mínimo, dois elementos e uma interface entre 
eles. Os elementos são uma fase contínua chamada de matriz e outra chamada de fase 
dispersa. 
 
 
 
52 
 
A matriz pode ser constituída de materiais metálicos, cerâmicos ou poliméricos, e é a 
grande responsável pela formação da aparência do material compósito e, 
consequentemente, do produto. 
A fase dispersa, geralmente utilizada para reforçar ou preencher o material, é composta 
por materiais sólidos diferentes do material utilizado na matriz e, geralmente, utilizam-
se materiais cerâmicos e poliméricos. Também chamada de carga, a fase dispersa é 
responsável por mudar as propriedades da matriz, como por exemplo, aumento das 
propriedades mecânicas através de utilização de reforços. 
 
Figura 4.31: Classificação da fase dispersa 
Fonte: (SANTOS, 2014) 
 
4.3.2 Tipos de Compósitos 
Para os materiais compósitos existem três classificações: 
1. Fibrosos: constituídos de fase dispersa na forma de fibras dentro de uma matriz. 
2. Particulados: compostos por fase dispersa na forma de partículas numa matriz. 
 
 
 
53 
 
3. Laminados: consistem em fase dispersa na forma de camadas de vários materiais 
dentro de uma matriz. 
Existe a possibilidade de combinação de alguns ou dos três tipos de compósito. 
 
4.3.3 Formação dos Semicondutores 
As características elétricas dos semicondutores são extremamente sensíveis à presença 
de pequenas quantidades de impurezas, cuja concentração pode ser controlada em 
pequenas regiões do material (para formar as junções p-n). Estas características 
permitem desenvolver componentes que conduzem ou isolam a passagem de 
eletricidade. 
Geralmente, os materiais utilizados são Silício (Si) e Germano (Ge); ambos se estabilizam 
quando possuem oito elétrons na camada de valência. Como tudo na natureza tende à 
estabilidade e ao equilíbrio, quando vários átomos de silício ou de germânio são 
colocados juntos, eles formam uma estrutura cristalina onde compartilham seus 
elétrons da camada de valência com os átomos vizinhos (ligação covalente), formando 
um cristal semicondutor. 
 
Saiba Mais 
O vídeo indicado explica a aplicação dos semicondutores na indústria eletroeletrônica. 
É importantenotarmos, durante a explicação, a substituição dos materiais 
semicondutores no decorrer dos anos e a importância da sua aplicação. 
Documentário sobre a Fabricação de Semicondutores. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=uXVrR3Qzml4>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
Conclusão 
Os materiais não metálicos estão presentes há muitos anos em diversas soluções de 
produtos desenvolvidos pela indústria. É importante ressaltarmos que a utilização dos 
 
 
 
54 
 
materiais cerâmicos, poliméricos, compósitos e semicondutores mudaram a história da 
indústria. 
Os materiais cerâmicos apresentam diversas aplicações de mercado, principalmente 
como isolantes térmicos e elétricos, devido as suas propriedades e altíssima 
temperatura para ponto de fusão. 
Os materiais poliméricos já ultrapassaram os metais em quantidade de utilização por 
ano, mostrando ser a grande tendência de aplicações de mercado. São leves, baratos, 
moldáveis e de processos simples. No entanto, para atender às características 
estruturais, ainda não são boas opções, uma vez que suas propriedades mecânicas 
divergem das necessidades para este tipo de aplicação. 
Os materiais compósitos mostram-se uma boa opção para substituir materiais metálicos 
estruturais, pois vimos que podemos combinar dois ou mais materiais para melhorar 
suas propriedades. Portanto, fica evidente que os materiais compósitos podem ser uma 
boa opção de mercado na substituição dos materiais metálicos. 
Os semicondutores são materiais de grande importância para o mercado da eletrônica 
e microeletrônica. Quando manipulados, têm propriedades de condução e isolamento 
elétrico, fazendo parte da grande gama de componentes do mundo eletrônico. 
Compreender as características dos materiais e sua respectiva aplicabilidade aos mais 
diferentes produtos é uma competência técnica a ser desenvolvida para a proposição 
de soluções cada vez mais sustentáveis e de baixo custo para as organizações e para a 
sociedade de modo geral. 
 
Referências Bibliográficas 
ALVES, A. G.; SILVA, A. A. P.; MACIEL, A. M. M. Materiais semicondutores: abordagem 
para o ensino médio. v. 2. Lavras: UFLA, Departamento de Ciências Exatas, 2016. 
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2018. 
 
 
 
55 
 
CURY, A. A. Exemplo - Esforços Combinados. Disciplina de Resistência dos Materiais 2. 
Departamento de Mecânica Aplicada e Computacional. Universidade Federal de Juiz de 
Fora. 2015. Disponível em: 
<http://www.ufjf.br/mac003/files/2015/01/esforcos_combinados.pdf>. Acesso em: 21 
mar. 2019. 
SANTOS, Z. I. G. Tecnologia dos materiais não metálicos: classificação, estrutura, 
propriedades, processos de fabricação e aplicações. 1. ed. São Paulo: Érica, 2014. 
SHACKELFORD, J. F. Ciências dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2011. 
 
 
 
 
56 
 
 
5 ENSAIOS E CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAIS 
Apresentação 
A história mostra um grande empenho na pesquisa de novos materiais. Neste contexto, 
ensaios e métodos de caracterização foram amplamente difundidos ao longo do tempo. 
Neste bloco vamos compreender com um pouco mais de profundidade a teoria sobre 
alguns destes ensaios e caracterizações. 
Bons estudos! 
 
5.1 Difração de Raios X 
Para os estudos das estruturas cristalinas, a Difração de Raio X é extremamente 
importante, pois permitiu a compreensão dos arranjos atômicos e moleculares nos 
sólidos, o que fez toda a diferença na história da ciência dos materiais e resultou em 
diversas investigações. 
 
Difração 
De acordo com Callister et al. (2018), a Difração ocorre quando uma onda encontra uma 
série de obstáculos regularmente separados que: 
 São capazes de dispersar a onda. 
 Possuem espaçamentos comparáveis, em magnitude, ao comprimento de onda. 
Além disso, a difração é uma consequência de relações de fase específicas estabelecidas 
entre duas ou mais ondas que foram dispersas pelos obstáculos. 
 
 
 
 
57 
 
 
Figura 5.32: (a) Demonstração de como duas ondas (identificadas como 1 e 2), que possuem o 
mesmo comprimento de onda λ e que permanecem em fase após um evento de dispersão 
(ondas 1′ e 2′), interferem mutuamente de maneira construtiva. As amplitudes das ondas 
dispersas somam-se na onda resultante. (b) Demonstração de como duas ondas (identificadas 
como 3 e 4), que possuem o mesmo comprimento de onda e que ficam fora de fase após um 
evento de dispersão (ondas 3′ e 4′), interferem mutuamente de maneira destrutiva. As 
amplitudes das duas ondas dispersas cancelam-se mutuamente. 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
Difração de Raios X e a Lei de Bragg 
A ação do feixe emitido pelo Raio X disperso em várias direções é provocada pelos 
elétrons associados aos átomos e íons pertencentes à trajetória desse feixe, que emite 
 
 
 
58 
 
uma radiação eletromagnética com altas energias e comprimento de ondas curto. Para 
compreendermos a condição da Difração do Raio X, utilizamos a lei de Bragg. 
A Lei de Bragg é a relação entre o comprimento de onda do Raio X, o espaçamento 
interatômico e o ângulo de difração para uma interferência construtiva. 
 
 
Figura 5.33: Difração de Raios X por planos de átomos (A-A' e B-B') 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
Técnicas de Difração 
As técnicas de difração estão ligadas aos tipos de difratômetros existentes no mercado. 
Trata-se de um aparelho que determina os ângulos nos quais ocorre difração nas 
amostras pulverizadas. A técnica usual emprega amostras pulverizadas que, através dos 
átomos cristalinos, fazem com que o feixe de Raio X seja difratado em diversas direções. 
 
 
 
 
 
 
59 
 
 
Figura 5.34: Exemplo de técnica de difração do Raio X 
Fonte: (Saber Ciência, s/d) 
 
 
Para melhor compreender sobre o Fenômeno da Difração, Difração de Raios X e a Lei de 
Bragg e Técnicas de Difração, recomendamos a leitura das páginas 79 a 83 da seguinte 
obra: 
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2018. p. 79-83. Disponível em: 
<https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632375/cfi/6/28!/4/504/
14@0:25.1>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
Saiba Mais 
O vídeo indicado explica de maneira detalhada a relação entre a Lei de Bragg e a Difração 
do Raio X. 
Lei de Bragg para cristalografia. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=OInxR2Gu_sI>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632375/cfi/6/28!/4/504/14@0:25.1
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632375/cfi/6/28!/4/504/14@0:25.1
 
 
 
60 
 
5.2 Microscopia 
Com a evolução da Ciência dos Materiais, estudos voltados as suas possíveis falhas e 
defeitos passaram a ser cada vez mais importantes para o avanço da Ciência. Estes 
podem ter dimensões tanto macroscópicas, quanto microscópicas, e precisam ser 
investigados na formação e conformação do material para o entendimento de 
fenômenos como falhas, fraturas, quebras prematuras etc. 
A microscopia pode ser dividida em três principais técnicas. É o que veremos na 
sequência. 
 
Microscopia Óptica 
O uso da microscopia óptica é bastante abundante em laboratórios que realizam a 
análise de superfície em materiais, geralmente chamadas de análises metalográficas. 
Por meio do emprego de uma lente de aumento e iluminação focada é possível observar 
a microestrutura dos materiais através de sua superfície. Alguns cuidados no preparo da 
amostra devem ser tomados como, por exemplo, lixamento da superfície e polimento 
para atingir o acabamento liso e espelhado. 
 
 
 
 
61 
 
 
Figura 5.35: (a) Grãos polidos e atacados quimicamente da forma como podem aparecer quando 
vistos ao microscópio óptico. (b) Seção tomada por meio desses grãos, mostrando como as 
características do ataque químico e a textura superficial resultante variam de grão para grão, 
em razão de diferençasna orientação cristalográfica. (c) Micrografia de uma amostra de latão 
policristalino. A ampliação é de 603. 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
Microscopia Eletrônica 
O microscópio eletrônico surgiu da necessidade de análise de microestruturas de 
materiais muito finos e pequenos, não sendo possível ser observados pelo modelo de 
microscopia óptica. O microscópio eletrônico é capaz de aumentos muito maiores, seu 
feixe de elétrons é focado e a imagem é formada por lentes magnéticas. 
 Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET): formada por um feixe de elétrons 
que passam pela amostra a ser observada; seus contrastes são obtidos pela 
diferença na difração do feixe. 
 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV): atualmente o mais utilizado pelos 
centros tecnológicos de materiais; a superfície do material é varrida por um feixe de 
elétrons e o feixe de elétrons refletido é exibido como resultado em imagens 
parecidas com fotografias. 
 
 
 
62 
 
 
Figura 5.36: Exemplo de análise MEV sobre uma amostra de compósito de poliamida carregado 
com fibra de vidro 
Fonte: (SILVA, 2014) 
 
Microscopia de Varredura por Sonda 
De todas as evoluções ocorridas na tecnologia dos microscópios esta é a mais 
importante. A microscopia de varredura por sonda se distancia dos modelos de 
microscópios ópticos e eletrônicos, pois não utiliza nem luz, nem elétrons para formar 
imagens. Sua tecnologia gera um mapa topográfico, em uma escala atômica, permitindo 
análises nanométricas. 
 
 
 
63 
 
 
Figura 5.37: Exemplo de funcionamento de microscópio de varredura por sonda 
Fonte: (EMBRAPA, 1999) 
 
5.3 Deformações Elástica e Plástica 
As deformações são de extrema importância para caracterizar os materiais, sua 
resistência a forças de tração e as forças de compressão empregadas em situações de 
utilização do produto final. Neste caso é possível compreendermos o comportamento 
dos materiais se entendermos suas deformações elásticas e plásticas. Seguidas da teoria 
e compressão da lei Hooke para o comportamento da tensão e deformação, podemos 
definir: 
Lei de Hooke para o comportamento da tensão e deformação 
𝜎 = 𝐸 . ∈ 
Onde: 
σ = tensão 
E = módulo de elasticidade, ou módulo de Young 
Є = deformação 
 
 
 
64 
 
 
Deformação Elástica 
A deformação elástica, mais conhecida como a “parte reta” da curva de tensão-
deformação de um material, caracteriza-se por ser a parte homogênea da tensão e 
deformação sofridas por um material a partir de um carregamento aplicado no sentido 
de tração ou compressão. Em sua totalidade, assim que retirado o carregamento, o 
material volta ao seu estado inicial, retornando a zero. 
 
 
Figura 5.38: Exemplo de curvas tensão-deformação elástica linear e não linear 
Fonte: (Adaptado de CALLISTER et al., 2018) 
 
O ensaio de tração e compressão costuma caracterizar esta curva de tensão-deformação 
em busca das propriedades elásticas do material a ser analisado. As deformações 
ocorridas nos materiais podem ser determinadas pelo coeficiente de Poisson: 
𝑣 = − 
∈𝑥 𝒐𝒖 𝑦
∈𝑧
 
 
 
 
65 
 
Onde: 
V = coeficiente de Poisson 
Єxou y= deformação perpendicular X ou Y 
Єz= deformação correspondente 
 
Para exemplificar, utilizaremos a imagem a seguir, que ilustra as deformações 
perpendiculares de X e Y referentes a um ensaio de tração de uma amostra no sentido 
do eixo Z. 
 
 
Figura 5.39: Alongamento axial (z) (deformação positiva) e contrações laterais (x e y) 
(deformações negativas) em resposta à imposição de uma tensão de tração. As linhas contínuas 
representam as dimensões após a aplicação da tensão; as linhas tracejadas representam as 
dimensões antes da aplicação da tensão 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
 
 
 
 
66 
 
Deformação Plástica 
A deformação plástica começa no momento em que, após tracionar ou comprimir um 
material, a proporcionalidade de tensão e deformação acabam. Ao contrário da 
deformação elástica, a deformação plástica não é recuperável: o material deformado 
plasticamente permanecerá no estado ao qual foi deformado. 
 
Figura 5.40: Exemplo de material tracionado demonstrando proporção da curva sobre 
deformação Elástica e deformação Plástica 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
Após o limite da deformação plástica ser superado sobre uma condição de tração, 
chegará a fase da ruptura. Ao caracterizarmos o material e chegarmos até esta condição 
citada, é possível descobrir o Limite de Resistência à Tração (LTR), caracterizando-se pela 
tensão no ponto máximo da curva de tensão-deformação. A seguir, demonstramos um 
exemplo. 
 
 
 
 
67 
 
 
Figura 5.41: Comportamento típico da curva tensão-deformação de engenharia até a fratura, 
ponto F. O limite de resistência à tração LRT está indicado pelo ponto M. Os detalhes dentro dos 
círculos representam a geometria do corpo de prova deformado em vários pontos ao longo da 
curva 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
Saiba Mais 
O vídeo mostra o ensaio de tração realizado no laboratório sobre um corpo de provas 
metálico. Podemos perceber que, ao acrescentar forças no sentido axial (Z), o material 
vai se deformando, passando pela deformação elástica, deformação plástica, até chegar 
à ruptura. 
Ensaio Tração em Aço Carbono - Laboratório Tork. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=CMdKW09HWzs>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
Conclusão 
A caracterização dos ensaios dos materiais pode ser decorrente de investigações como 
também pode ser útil para a checagem de suas propriedades. 
 
 
 
68 
 
A caracterização por Difração de Raios X nos mostra a importância e complexidade em 
analisar os materiais. Este método, ainda amplamente utilizado por centros de pesquisa 
e pela indústria, tem um custo relativamente baixo e transpõe resultados rápidos e 
eficazes. 
As microscopias óptica, eletrônica e por sonda demonstram a evolução nas análises de 
superfície do material. Apesar de estas modalidades estarem empregadas no mesmo 
tipo de análise, a diferenciação está altamente relacionada à ampliação das imagens, 
permitindo investigar os materiais de maneira cada vez mais minuciosa. 
As deformações elásticas e plásticas, muito praticadas para a família dos metais, 
caracterizam algo de suma importância para definir a escolha do material: a curva de 
tensão-deformação, em que é possível fazer a leitura sobre as condições de deformação 
elástica, plástica e ruptura. 
 
Referências Bibliográficas 
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2018. 
EMBRAPA. Ministério da Agricultura e do Abastecimento. A potencialidade da 
microscopia de varredura por sonda na pesquisa agropecuária. Circular Técnica n. 
10/99. Agosto, 1999. Disponível em: 
<https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/29647/1/CiT1099.pdf>. 
Acesso em: 21 mar. 2019. 
SABER CIÊNCIA. Átomos e Raios-X: observando o interior de um cristal. Disponível em: 
<https://saberciencia.tecnico.ulisboa.pt/artigos/adn-04.php>. Acesso em: 21 mar. 
2019. 
SHACKELFORD, J. F. Ciências dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2011. 
SILVA, L.C. Substituição do alumínio pelo compósito de poliamida no suporte do coxim 
motor. Dissertação (Mestrado em Engenharia dos Materiais) - Universidade 
Presbiteriana Mackenzie. São Paulo, 2014. 
 
 
 
 
69 
 
 
6 DIAGRAMA DE FASES 
Apresentação 
Podemos dizer, de maneira resumida, que o diagrama de fases consiste em demonstrar, 
através de gráficos, a indicação de temperatura e pressão para obtenção de substâncias 
nos estados físicos sólido, liquido e gasoso. É de extrema importância conhecermos o 
Diagrama de Fases para que o controle dos procedimentos envolvendo tratamentos 
térmicos seja devidamente realizado compreendendo o desenvolvimento e estruturas 
fora do equilíbrio. 
Bons estudos! 
 
6.1 Diagrama de Fases: Ponto de Equilíbrio e Limite de Solubilidade 
O Diagrama de Fasesé a demonstração, por meio de curvas, das três fases familiares 
que conhecemos referentes ao estado de um material: fase sólida, líquida e gasosa. Para 
tanto, considera fatores como pressão, temperatura ou composição química do 
material. 
No exemplo a seguir, temos o Diagrama de Fases da água, demonstrando suas fases em 
relação à temperatura e pressão. 
 
 
 
70 
 
 
Figura 6.42: Diagrama de Fases da água 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
O Diagrama de Fases é grande importância para os materiais a serem utilizados no 
processo de transformação na indústria, pois, ele poderá fornecer diversos parâmetros 
de processo para fabricação de produtos. 
No exemplo notamos que as três curvas se interceptam em um ponto comum (ponto 
O), o que significa que apenas nesse ponto as fases líquida, sólida e gasosa estão em 
equilíbrio. Chamaremos o ponto O de ponto triplo. 
A aplicação de temperatura e pressão causarão variação nesta solução que causará o 
desaparecimento de pelo menos uma dessas fases. A seguir ilustramos o ponto triplo. 
 
 
 
71 
 
 
Figura 6.43: Equilíbrio das fases 
Fonte: (adaptado de CALLISTER et al., 2018) 
 
Nas análises do diagrama de fases, para cada material existe uma temperatura 
específica que concentra a quantidade máxima de átomos de soluto que pode ser 
dissolvida no solvente para formar a solução sólida do material. Este processo se chama 
“limite de solubilidade”. 
Podemos analisar o exemplo a seguir sobre a adição de açúcar em água. Quimicamente, 
teremos a seguinte composição química do sistema açúcar-água: C12H22O11-H2O. O 
gráfico demonstra que, na medida em que é adicionado açúcar à água, uma solução 
xarope açúcar-água se forma e, conforme for adicionado mais açúcar, mais concentrada 
vai ficando a solução. A partir do momento em que esta solução não for mais capaz de 
absorver o açúcar, chegamos ao limite de solubilidade. 
 
 
 
72 
 
 
Figura 6.44: Solubilidade do açúcar (C12H22O11) em um xarope açúcar-água 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
Neste diagrama também é possível notarmos as fases do xarope, onde temos a solução 
líquida (lado esquerdo do gráfico) e a solução sólida ou acima do limite de solubilidade 
(lado direito do gráfico). 
 
6.2 Diagrama de Fases Binário 
O Diagrama de Fases Binário demonstra através dois componentes: Metais Puros e 
Metais Compostos, que compõem uma liga e se caracteriza por demonstrar uma 
temperatura variável com a pressão mantida constante. 
A leitura do Diagrama de Fases Binário permite analisar a relação entre a temperatura e 
a composição verificando as fases em equilíbrio. As microestruturas dos materiais vão 
se alterando conforme o aumento ou diminuição da temperatura, provocando impactos 
importantes na estrutura destes materiais, principalmente em casos de resfriamento. 
 
 
 
73 
 
Para exemplificar, vejamos o exemplo de um sistema isomorfo binário, que é 
caracterizado pelo sistema cobre-níquel. No gráfico a seguir temos a temperatura 
representada no eixo da ordenada e a composição, em porcentagem de peso da liga, 
representada no eixo da abscissa. 
Conforme exemplificado por Callister et al. (2018), a composição varia entre 0 %p Ni 
(100 %p Cu), na extremidade horizontal à esquerda, e 100 %p Ni (0 %p Cu), à direita. 
Três regiões, ou campos, de fases diferentes aparecem no diagrama: um campo alfa (α), 
um campo líquido (L) e um campo bifásico α + L. Cada região é definida pela fase ou 
pelas fases que existem ao longo das faixas de temperaturas e composições delimitadas 
pelas curvas de fronteira entre as fases. O líquido L é uma solução líquida homogênea 
composta tanto por cobre quanto por níquel. A fase α é uma solução sólida 
substitucional, contendo átomos de Cu e de Ni, e possui estrutura cristalina CFC. Em 
temperaturas abaixo de aproximadamente 1080ºC, o cobre e o níquel são mutuamente 
solúveis um no outro no estado sólido para todas as composições. 
 
Figura 6.45: (a) O Diagrama de Fases cobre-níquel. (b) Uma parte do Diagrama de Fases cobre-
níquel no qual as composições e as quantidades das fases estão determinadas para o ponto B. 
Fonte: (CALLISTER et al., 2018) 
 
 
 
 
 
74 
 
A interpretação do diagrama deve levar em consideração três pontos: 
1. As fases que estão presentes: 
o Deve-se localizar o ponto temperatura-composição no diagrama e verificar a 
fase correspondente ao campo de fase identificado. No exemplo a seguir 
(diagrama “a”), localizada no ponto A, apenas a fase alfa (α) estará presente. 
No diagrama “b”, para o ponto B, teremos presentes a fase alfa (α) e a fase 
líquida, como apontado em vermelho. 
 
Figura 6.46: Exemplo de fases presentes no diagrama cobre-níquel 
Fonte: (adaptado de CALLISTER et al., 2018) 
 
2. As composições dessas fases: 
o Devemos considerar duas situações para esta análise: 
i. De acordo com CALLISTER et al (2018) com apenas uma fase estiver 
presente: devemos considerar a mesma composição global da liga; no 
exemplo a seguir, apenas a fase α está presente, tendo uma composição de 
60 %p Ni-40 %p Cu a 1100°C. 
 
 
 
75 
 
 
Figura 6.47: Exemplo de análise de composição de fases - 1 fase 
Fonte: (adaptado de CALLISTER et al., 2018) 
 
ii. Tomando-se uma liga com composição e temperaturas localizadas na região 
bifásica, para estas análises sempre deve-se imaginar linhas horizontais, 
uma para cada temperatura (essas linhas são chamadas de linhas de 
amarração); para isso é necessário seguir os seguintes passos: 
1. Uma linha de amarração é construída pela região bifásica na 
temperatura em que a liga se encontra. 
2. São anotadas as interseções, em ambas as extremidades, da linha de 
amarração com as fronteiras entre as fases. 
 
 
 
76 
 
3. A partir dessas interseções, são traçadas linhas perpendiculares à linha 
de amarração até o eixo horizontal das composições, onde é lida a 
composição de cada uma das respectivas fases. 
Conforme exemplificado por CALLISTER et al. (2018), considere novamente a liga com 
35 %p Ni-65 %p Cu a 1250ºC, localizada no ponto B na figura a seguir, e que está no 
interior da região α + L. Assim, o problema consiste em determinar a composição (em 
%p Ni e %p Cu) tanto para fase α quanto para fase líquida. A linha de amarração foi 
construída pela região das fases α + L, como mostrado na figura a seguir. A linha 
perpendicular traçada a partir da interseção da linha de amarração com a 
fronteira liquidus encontra o eixo das composições em 31,5 %p Ni-68,5 %p Cu, o que 
corresponde à composição da fase líquida, CL. De maneira semelhante, para a 
interseção da linha de amarração com a linha solidus, encontramos uma composição 
para a fase de solução sólida α, Cα, de 42,5 %p Ni-57,5 %p Cu. 
 
Figura 6.48: Exemplo de análise de composição de fases - 2 fases 
Fonte: (adaptado de CALLISTER et al., 2018) 
 
https://jigsaw.vitalsource.com/books/9788521632375/epub/OEBPS/Text/chapter9.html#ch9fig3
https://jigsaw.vitalsource.com/books/9788521632375/epub/OEBPS/Text/chapter9.html#ch9fig3
 
 
 
77 
 
3. Determinação das quantidades de fases: 
o É possível calcular a quantidade de fases para as regiões monofásicas; como 
citado anteriormente no exemplo (a), com apenas uma fase presente a liga 
é composta por esta fase, sendo composta 110% pela fase alfa (α). 
o Se localizada na fase bifásica, conforme exemplo (b) citado anteriormente, 
deve-se usar a regra da alavanca, segundo este procedimento: 
i. A linha de amarração é construída pela região bifásica na 
temperatura em que se encontra a liga. 
ii. A composição global da liga é localizada sobre a linha de amarração. 
iii. A fração de uma fase é calculada tomando-se o comprimento da linha 
de amarração desde a composição global da liga até a fronteira entre 
fases para a outra fase e, então, dividindo esse valor pelo 
comprimento total da linha de amarração. 
iv. A fração da outra fase é determinada de maneira análoga. 
v. Se forem