TEMA 6 (Materiais sólidos de engenharia)

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DESCRIÇÃO
Apresentação das principais classes de sólidos da Engenharia – metais, polímeros, cerâmicos
e compósitos.
PROPÓSITO
Reconhecer as características, propriedades e potencialidades de aplicação das principais
famílias de materiais da área de Engenharia.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Descrever os principais aspectos relacionados com os materiais metálicos
MÓDULO 2
Identificar os polímeros, suas aplicações e propriedades
MÓDULO 3
Identificar os materiais cerâmicos, suas aplicações e propriedades
MÓDULO 4
Identificar os compósitos, suas aplicações e propriedades
MATERIAIS SÓLIDOS DE ENGENHARIA
O especialista Marco Aurélio Souza de Oliveira fala sobre materiais sólidos de Engenharia
MÓDULO 1
 Descrever os principais aspectos relacionados com os materiais metálicos
MATERIAIS METÁLICOS
O especialista Marco Aurélio Souza de Oliveira fala sobre materiais metálicos
METAIS – DEFINIÇÃO
O metal é um material cuja estrutura é formada por átomos do elemento (se for metal puro) ou
dos elementos (se for liga metálica) dispostos em redes cristalinas, com ligações covalentes
ressonantes, chamadas ligações metálicas.
A ligação metálica é aquela em que os elétrons de valência formam uma nuvem que circunda
todos os átomos, não se fixando diretamente em nenhum deles. Tal estrutura é esboçada na
Figura 1.
 
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 Figura 1: Esquema da estrutura da ligação metálica
Os arranjos dos núcleos dos átomos dos metais, diferentemente do que se pensa, são
importantes e responsáveis por muitas propriedades. A nuvem eletrônica compartilhada é
importantíssima para a condução de calor e eletricidade, bem como responsável pelo brilho
característico desses materiais.
Vejamos, a seguir, alguns arranjos cristalinos de átomos de metais.
 
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 Figura 2: Distribuição dos átomos metálicos em variadas estruturas cristalinas
As células unitárias são as unidades mínimas de distribuição dos átomos em um elemento de
volume (Figura 2). Tais células se sucedem em todas as direções, até um limite, formando
grãos ou cristais. Por sua vez, os grãos ou cristais se unem uns aos outros,
tridimensionalmente, formando a estrutura metálica (Figura 3).
 
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 Figura 3: Exemplos de grãos de metais em diversas geometrias
A estrutura metálica é formada, portanto, por grãos ou cristais. Cada grão possui alinhamento
de seus cristais em direções iguais – sistemas isotrópicos – ou diferentes – sistemas
anisotrópicos. Cada um dos grãos da Figura 3 é formado por milhões de átomos do metal,
arranjados na forma mostrada, por exemplo, na Figura 2.
PROPRIEDADES DOS METAIS
As propriedades dos metais são divididas, em uma visão mais ampla, em físicas e químicas. A
seguir, veremos uma rápida abordagem desses dois grupos.
PROPRIEDADES FÍSICAS
Trata-se das propriedades que não alteram a natureza do metal. As propriedades físicas
podem ser de ordem:
TÉRMICA
Relacionadas a deformações transitórias pelo calor.
ELÁSTICA
Relacionadas a deformações transitórias pela tração, compressão etc.
PLÁSTICA
Relacionadas a deformações permanentes etc.
Vejamos algumas delas a seguir.
PLASTICIDADE
É a propriedade que o metal apresenta de se deixar deformar de maneira permanente.
Distingue-se da propriedade elástica, em que o metal retorna ao estado inicial quando cessa a
causa deformante.
Pode-se dizer que a propriedade elástica é um primeiro grau da plasticidade. Quando o metal é
submetido a uma solicitação – torção, flexão, tração –, até certo ponto, o metal pode retornar à
forma primitiva, quando a causa cessa – elasticidade. Além desse limite, no entanto, a
deformação será permanente – plasticidade.
TENACIDADE
É a resistência apresentada à ruptura, sob a ação de alongamento progressivo. A tração pode
determinar progressivamente a elasticidade, a plasticidade e a ruptura do metal. A tenacidade
é determinada pelo peso capaz de romper um fio metálico de determinado diâmetro a ela
suspenso.
Alguns metais estão classificados na seguinte ordem decrescente de tenacidade: Co, Ni, Fe,
Cu, Pt, Ag, Au, Zn, Sn e Pb. Verifica-se, portanto, que os mais fracamente eletropositivos são
os mais tenazes.
 
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 Figura 4: Teste de tração em fio metálico
DUCTIBILIDADE
É a propriedade dos metais de se deixarem reduzir a fios. Para isso, os metais são passados
através de fieiras – placas de aço com furos, através dos quais o metal é passado
sucessivamente.
A ductibilidade é expressa pelo comprimento de fio que se pode obter com 1 (um) grama do
metal ou pela espessura do fio a que se quer reduzi-lo. Cabe ressaltar que o calor aumenta a
ductibilidade.
 
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 Figura 5: Detalhe da fabricação de fios de cobre
MALEABILIDADE
É a propriedade dos metais de se deixarem reduzir a lâminas. As lâminas podem ser obtidas
pela ação do martelo, da prensa ou de aparelhos especiais – os laminadores. O calor aumenta
a maleabilidade.
DUREZA
Trata-se da resistência que as substâncias opõem à penetração de um corpo mais duro em
sua superfície. A dureza dos metais é classificada pelo uso de várias escalas. A escala mais
amplamente utilizada é a Escala Mohs, que mede a capacidade de um metal riscar outro.
Baseada nessa capacidade de um corpo mais duro riscar a superfície de outro, Mohs
estabeleceu sua escala nos valores de 1 a 10. Nesse caso, os maiores valores riscam
materiais de valores mais baixos.
O diamante é a substância natural de maior dureza que se conhece, pois risca todas as outras.
PROPRIEDADES ELETROMAGNÉTICAS
Os metais, em regra, são bons condutores, não só de eletricidade como de calor. A condução
da eletricidade se deve ao movimento de elétrons. A condutividade nos metais decresce com o
aumento da temperatura.
A propriedade das substâncias em se tornarem magnéticas é denominada suscetibilidade
magnética. Os metais se comportam de maneiras diferentes sob ação de campos magnéticos
e são distribuídos como:
FERROMAGNÉTICOS
Metais que se magnetizam no mesmo sentido que o campo magnético exterior com facilidade.
Entre eles, destacam-se ferro, cobalto e níquel.
PARAMAGNÉTICOS
Substâncias que também se imantam no mesmo sentido que o campo magnético exterior, mas
se distinguem das anteriores pela pequena intensidade de magnetização.
DIAMAGNÉTICOS
Não sofrem magnetização.
 
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 Figura 6: Magnetização de anéis metálicos por eletroímã
PROPRIEDADES QUÍMICAS
Propriedades químicas são intrínsecas das substâncias, ou seja, cada substância tem a sua.
São essas propriedades que definem a natureza da substância e, por sua vez, o tipo de reação
que ela pode sofrer quando combinada com outras substâncias.
Veremos, a seguir, algumas propriedades químicas voltadas para a reação dos metais com os
meios externos.
AÇÃO DO AR E OXIGÊNIO
A maioria dos metais é oxidada em presença do oxigênio ou do ar seco. O ouro, a prata e a
platina são exceções, razão pela qual foram chamados de metais nobres.
O metal em estado de grande divisão – em pó, por exemplo – torna-se muito oxidável, de modo
que esse fenômeno pode ser realizado em temperaturas relativamente baixas. A ação oxidante
do ar úmido é muito mais acentuada do que a do ar seco, sendo reforçada pela presença de
eletrólitos, tais como NaCl, H2SO4, CO2 etc.
AÇÃO DA ÁGUA
A maioria dos metais decompõem a água, formando hidróxidos e liberando hidrogênio. Os
metais alcalinos fazem a decomposição à temperatura ambiente e com grande desprendimento
de calor.
Ferro, níquel e cobalto, extremamente aquecidos ou ao rubro, decompõem a água. O
magnésio e o zinco também o fazem a altas temperaturas, obtendo-se os óxidos
correspondentes e o gás hidrogênio. Por outro lado, ouro, prata, platina, cobre e mercúrio não
decompõem a água a nenhuma temperatura.
AÇÃO DOS ÁCIDOS
O ácido clorídrico gasoso ou em solução ataca todos os metais – à exceção do Ouro e da
Platina –, formando cloretos metálicos.
O ácido sulfúrico concentrado, geralmente,não ataca os metais à temperatura ambiente. A
quente, concentrado, é oxidante:
5H2SO4 + 4ZN→ 4ZNSO4 + 4H2O+H2S
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
O ácido sulfúrico diluído só não ataca o ouro, a platina, a prata e o cobre.
O ácido nítrico concentrado, normalmente, não ataca os metais. Já o diluído só não ataca o
ouro e a platina. Quando reage com os metais, forma nitratos e desprende NO ou NO2, ao
contrário dos ácidos clorídrico e sulfúrico que, geralmente, desprendem hidrogênio. Vejamos:
8HNO3 + 3HG→ 3HG (NO3 ) 2 + 4H2O+ 2NO
4HNO3 +CU→CU (NO3 ) 2 + 2H2O+ 2NO2
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
O ouro e a platina somente são atacados pela água régia – mistura de ácidos nítrico e
clorídrico na proporção de 1:3.
METALURGIA
Vamos relembrar, a seguir, algumas informações importantes que serão úteis no entendimento
de alguns aspectos dos metais.
MINÉRIO
Alguns metais são encontrados em estado nativo – isolados ou misturados. É o caso dos
metais nobres – ouro, platina e prata – e de alguns outros, em raras ocorrências, como o cobre.
O que se espera, normalmente, é que os metais se apresentem na forma de compostos, como
óxidos e sulfetos metálicos. Em ambos os casos, puros ou em compostos, os metais aparecem
acompanhados de impurezas em grau mais ou menos considerável – argila, cascalho, terra
etc.
Um agregado de compostos naturais diversos recebe o nome de mineral. Quando um mineral
possui um metal – em estado livre ou combinado – como um de seus compostos, ele passa a
se chamar minério daquele metal específico.
 EXEMPLO
O minério de ferro, por exemplo, é um composto mineral que possui ferro em estado
combinado, como é o caso da Hematita (Fe2O3). Nesse caso, pode-se dizer que minério é um
mineral que permite a extração econômica de um ou mais metais.
A seguir, veremos como se dá o processo de extração de metais dos minérios.
EXTRAÇÃO DE METAIS
Os compostos metálicos têm conteúdo de energia inferior ao dos metais puros, de modo que
são, normalmente, mais estáveis. Como consequência do estado energético inferior dos
compostos, a extração dos metais a partir dos seus minérios exige fornecimento de energia.
O conjunto de processos metalúrgicos de obtenção dos metais é chamado de metalurgia.
Quando se trata, especificamente, do ferro e de seus derivados, o processo de obtenção tem o
nome de siderurgia.
 
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 Figura 7: Flagrante de uma das operações da metalurgia
REDUÇÃO
Alguns processos metalúrgicos costumam ser necessários ao tratamento do minério. Entre
eles, abordaremos mais especificamente o processo químico da redução.
A redução é utilizada principalmente para os minérios que possuem compostos metálicos na
forma de óxidos. Os minérios quem contêm sulfetos e carbonatos são submetidos previamente
à operação de ustulação e calcinação para serem transformados em óxidos. Vejamos os
exemplos:
javascript:void(0)
javascript:void(0)
USTULAÇÃO
Processo químico utilizado na metalurgia que consiste em aquecer um sulfeto na
presença de oxigênio.
CALCINAÇÃO
Processo térmico em sólidos com o intuito de eliminar substâncias voláteis por meio de
transformações físico-químicas.
 EXEMPLO
Ustulação
2ZNS+ 3O2 → 2ZNO+ 2SO2
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Calcinação
ZNCO3 →ZNO+CO2
FECO3 →FEO+CO2
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
O carbono é o agente redutor mais amplamente utilizado. Nesse caso, o minério é colocado no
forno, juntamente com o carvão ou coque – tipo de combustível derivado de carvão mineral. A
combustão do carvão forma CO, que é o verdadeiro agente redutor. Por sua vez, o CO retira o
oxigênio do minério e forma CO2, deixando o metal em liberdade (reduzido).
PRODUTOS
Os produtos resultantes das operações metalúrgicas podem ser classificados como produtos
intermediários. Tais produtos intermediários ainda devem sofrer uma ou mais operações para
a obtenção do metal. É o caso do ferro gusa, por exemplo. Na siderurgia, ele sofrerá operações
posteriores para ser transformado em Aço.
Existem os produtos finais, que são constituídos pelos metais brutos, ou refinados, e pelas
ligas. Além desses, temos os produtos residuais – escórias, gases e poeiras –, que não são
aproveitados em muitos casos.
SIDERURGIA – OBTENÇÃO DO AÇO
PROCESSO
O ferro gusa, como já visto, é obtido pela redução dos minérios de ferro (óxidos) pelo carbono,
sob temperaturas elevadas, em fornos especiais – os altos-fornos. Os materiais necessários
para tal fim são: minério, carbono na forma de coque, fundente e oxigênio.
O minério, que é o material-fonte de ferro, pode ter várias origens. Vejamos alguns exemplos
das origens do ferro:
Nome do
Mineral
Nomes comuns do
minério
Fórmula
química
Teor de
Ferro (%)
Cor do mineral
Hematita
Especular, oolítico,
fóssil ou riniforme
Fe2O3 70,0
Vermelho ou cinza
de aço preto
Magnetita
Magnetita ou
Loadstone
Fe3O4 72,4 Preto
Limonita
Limonita ou ocre-
amarelo
Fe2O3
. xH2O
59,9 Amarelo castanho
Siderita
Blackband ou minério
de ferro estático
FeCO3 48,2 Cinza
Wustita FeO
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
 Tabela 1: Minérios fontes de ferro
Elaborada por Marco Aurélio Souza de Oliveira
 
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 Figura 8: Alto-forno
O alto-forno é carregado com minério de ferro, coque e fundente. Essa carga é introduzida pela
abertura superior do alto-forno e, à medida que desce em seu interior, encontra zonas com
temperaturas cada vez mais elevadas, participando de diversas reações químicas.
Na parte inferior, encontram-se orifícios de saída da escória, cujos constituintes principais são
silicatos de cálcio, de alumínio e de ferro. Tais silicatos são empregados em pavimentação e na
fabricação de cimentos especiais.
O coque (C) desempenha o papel de combustível e de redutor. Trata-se do produto do
aquecimento seco do carvão mineral em uma unidade denominada coqueria.
O carvão mineral nacional contém alto teor de cinzas ricas em pirita (FeS2). O enxofre é um
verdadeiro “veneno” para o aço a ser obtido, pois diminui o poder calorífico do coque e
impurifica o gusa.
Já os fundentes correspondem às matérias introduzidas no alto-forno com o fim de eliminar as
impurezas do minério. A combinação dos fundentes com as impurezas forma as escórias, que
sobrenadam no ferro liquefeito e são escoadas por um orifício acima do orifício de escoamento
do Gusa. Usualmente, o fundente é o calcário (CaCO3):
CACO3 →CAO+CO2
(A 900 °C)
CO2 +C→ 2CO
(SUBSTÂNCIA REDUTORA)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
O óxido de Cálcio (CaO) reagirá com as impurezas do minério e do coque, formando a escória,
que é uma mistura de silicatos.
CAO+SIO2 →CASIO3
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
 
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 Figura 9: Ferro gusa fundido e a escória, em coloração mais escura
ALTO-FORNO
Um alto-forno típico tem cerca de 30 (trinta) metros de altura e 7 (sete) metros de diâmetro
máximo. Apresenta uma pequena variação de diâmetro interno, necessária para compensar a
variação do volume (expansão) dos gases, em função da temperatura.
Um alto-forno típico pode produzir de 2.000 a 3.000 toneladas/dia de ferro gusa, conforme a
tabela a seguir:
Material de Entrada Ton/dia % Material de Saída Ton/dia %
Minério (50% Fe) 4.000 28,5 Ferro Gusa (90%) 2.000 14,0
Fundente 500 3,5 Escória 1.500 11,0
Coque 1.500 11,0 Poeira 500 3,5
Ar (1000°C) 8.000 57,0 Gases ( 300°C) 10.000 71,5
Total 14.000 100 Total 14.000 100
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 Tabela 2: Porcentagem de produção de Ferro Gusa
Elaborada por Marco Aurélio Souza de Oliveira
 Figura 10: Processo em um alto-forno
FERROS FUNDIDOS
Os ferros fundidos constituem umadas classes de produtos mais comuns da indústria
siderúrgica. São ligas de ferro-carbono com percentagens normais de carbono de 2,5 a 4,0%.
Possuem outros elementos – Si, P, Mn e S – nos percentuais normais dos aços comuns.
As ligas de ferro-carbono podem ser de vários tipos, dependendo de sua composição e
estrutura. Vejamos:
FERRO FUNDIDO CINZENTO OU COMUM
Possui mais de 2% de carbono (2,5 < %C < 3,5), e de 1% a 3% de silício. O carbono se
apresenta, em parte, livre e, em parte, combinado com ferro. A parte livre forma veios de grafita
descontínuos na massa do metal, o que facilita a sua fratura. Daí vem o aspecto cinzento de
sua fratura e sua pouca resistência.
O ferro fundido tem grande fusibilidade, preenchendo facilmente moldes complicados, além de
apresentar muito boa capacidade de ser usinado – cortado, lixado etc.
FERRO FUNDIDO BRANCO
É obtido por resfriamento rápido do ferro fundido. Todo o carbono é mantido combinado com o
ferro, na forma de Fe3C (carboneto de ferro de nome cementita).
O ferro fundido branco é extremamente duro e sua fratura apresenta aspecto esbranquiçado.
FERRO FUNDIDO MALEÁVEL
Resulta da mudança de textura do ferro fundido branco, após tratamento térmico prolongado. A
grafita fica concentrada em nódulos, cercada pela massa metálica de ferro com pouco carbono
– semelhante ao aço. Possui de 2,0 a 2,6% de C, de 1,8 a 2,8% de Si e de 0,3 a 0,5% de Mn.
FERRO FUNDIDO NODULAR
É obtido por um processo especial, com adição de cerca de 0,05% de Mg, no qual o carbono
se apresenta sob a forma de nódulos. A sua composição química é semelhante à do ferro
fundido cinzento.
O ferro fundido nodular permite a obtenção de peças extremamente resistentes. Trata-se de
um dos processos de confecção de peças fundidas mais utilizados atualmente.
FERRO FORJADO
É um material constituído de Ferro quase puro, com um teor muito baixo de carbono (0,02%) e
cerca de 0,12% de Silício. O ferro forjado se apresenta em forma de produtos trabalhados,
especialmente tubos e, também, barras e chapas laminadas.
O emprego do ferro forjado na indústria é pequeno atualmente, mas foi o produto siderúrgico
mais importante até cerca de 150 anos atrás. A causa de ter sido quase suplantado pelos aços
se deve à sua resistência mecânica baixa.
AÇOS
Aços-carbono
Os principais produtos finais da siderurgia são, sem dúvida, os aços-carbono. Na metalurgia, o
aço-carbono é definido como uma liga de ferro e carbono, que contém, teoricamente, entre
0,02 e 2,0% de carbono.
Os aços usuais, no entanto, nunca apresentam quantidade de carbono superior a 1,7% na
prática. Além do ferro e do carbono, esses aços contêm:
Silício – 0,1 a 0,3%;
Manganês – 0,3 a 1,5%;
Fósforo – 0,04%;
Enxofre – 0,05%.
Os aços-carbono são divididos em:
AÇOS DE BAIXO CARBONO
Carbono até 0,30%, manganês até 0,90% e silício até 0,10%; os aços de muito baixo carbono
(C < 0,10%) são conhecidos como aço doce.
AÇOS DE MÉDIO CARBONO
Carbono até 0,6% e Manganês até 1%.
AÇOS DE ALTO CARBONO
Acima de 0,6% de carbono.
Aços inoxidáveis
Os aços inoxidáveis (Stainless Steel) também são muito conhecidos. Genericamente, são
chamados de aços inoxidáveis aqueles aços que têm dificuldade de oxidar, mesmo pela
exposição prolongada à atmosfera normal. Essa propriedade é conseguida pela adição de,
pelo menos, 12% de Cromo.
O cromo é o elemento de liga básico dos aços inoxidáveis, promovendo a formação de uma
película de óxidos de cromo na superfície do metal. Os aços inoxidáveis são, portanto, aços
que contém de 12 a 26% de cromo, até 22% de níquel e, frequentemente, pequenas
quantidades de outros elementos de liga.
Concentração dos elementos
As propriedades dos aços e, portanto, suas aplicações práticas são estritamente condicionadas
pelo teor de carbono. Em uma mesma aplicação, pequenas variações no teor de carbono e de
elementos de liga determinam o desempenho da peça.
A fabricação do aço a partir do ferro gusa consiste, essencialmente, na redução controlada da
concentração de diversos elementos que entram em sua composição inicial. Vejamos um
exemplo na tabela a seguir:
Elemento Ferro gusa (%) Aço doce (%)
C 3 –4 0,02 – 0,1
Si 1 –3 0,02 – 0,1
Mn 0,5 –1,5 0 –0,02
S 0,01 – 0,2 0,01 – 0,1
P 0,05 – 2 0,05 – 0,2
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 Tabela 3: Porcentagem de impurezas em ferro gusa e aço doce
Elaborada por Marco Aurélio Souza de Oliveira
DIAGRAMA DE FASES
Os diagramas de fase – ou de equilíbrio – mostram alterações na estrutura de misturas ou ligas
metálicas de acordo com a variação da temperatura.
 VOCÊ SABIA?
Com relação às ligas metálicas, o diagrama ferro-carbono é o mais estudado entre todas as
ligas metálicas presentes na atualidade. Isso se deve ao fato de os aços-carbono, além de
serem uma das classes de materiais metálicos mais utilizados pelo homem, apresentarem
variadas e interessantes transformações no estado sólido.
O estudo do diagrama de fases da liga de ferro-carbono permite compreender como variações
do teor de carbono nos aços resultam na obtenção de diferentes materiais e propriedades, e
dessa maneira, possibilitam a obtenção de aços de acordo com as aplicações desejadas.
A Figura 11 mostra um complexo diagrama da liga Fe-C. Não se preocupe com sua
complexidade, já que o importante é saber que, por meio do diagrama, podemos obter as
informações da composição da liga que desejamos.
 
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 Figura 11: Diagrama Fe-C
LIGAS NÃO FERROSAS
Apesar de o ferro ser, ainda nos dias atuais, o principal metal de utilização em projetos de
Engenharia, outras ligas metálicas apresentam importante valor econômico e de projeto.
As ligas não ferrosas são caracterizadas por uma baixa densidade, o que as torna leves. Além
disso, apresentam alta condutividade térmica e elétrica – característica dos metais em geral – e
mais resistência à corrosão do que as ligas metálicas ferrosas, mesmo em se tratando do aço.
As ligas não ferrosas são obtidas a partir dos mais diversos tipos de minérios. Vejamos a tabela
a seguir:
Metal Minério Compostos
Cu
Calcopirita CuFeS2
Cuprita Cu2O
Calcosita Cu2S
Sn Cassiterita SnO2
Pb Galena PbS
Cr Cromita Cr2O3
Mn Pirolusita MnO2
Zn
Blenda ZnS
Zincita ZnO
Smitsonita ZnCO3
Al Bauxita Al2O3 . 2H2O
Ti Anastasio TiO2
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 Tabela 4: Minérios dos quais os metais são extraídos
Elaborada por Marco Aurélio Souza de Oliveira
 ATENÇÃO
As ligas metálicas, como o nome sugere, são uma combinação de vários metais que interagem
em uma rede cristalina. Desse modo, categorizar as ligas como se fossem formadas por um
metal específico é incoerente, uma vez que elas podem ser formadas de uma grande
variedade de metais.
O que utilizamos para classificar as ligas é o metal presente com o maior percentual. Nesse
caso, esse será o regulador do tipo de liga com a qual estamos tratando.
Nome Composição Algumas aplicações
Bronze
Alumínio
Cu 90% Al 10% Emprego antioxidante
Bronze “de
canhão”
Cu 90% Sn 10%
Instrumentos musicais, armamentos
e engrenagens.
Constatan Cu 60% Ni 40% Peças térmicas
Latão Cu 67% Zn 33% Tubos, lâminas e cartuchos.
Duralumínio
Al 95,5% Cu 3% Mn1% e
Mg 0,5%
Aeronaves
Magnalium Al 90% Mg 10% Equipamentos leves e náuticos
Solda Al 90% Si 10% Varetas de solda
Nome Composição Algumas aplicações
Down D
Al 85% Cu 2%Cd 1% Zn
5% Mg 7%
Resistência a tração
Monel Ni 72% Cu 25% Fe3% Hélices, lâminas e tubos.
Hastelloy B2 Ni 80% Mo 20% Resistência térmica
Inconel 600
Composição variável de
Ni-Cr-Fe
Resistência a meios oxidantes e de
carbono
Inconel 625
Composição variável de
Ni-Cr-Mo
Resistência a meio aquoso em alta
temperatura
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
 Tabela 5: Composição de ligas metálicas
Elaborada por Marco Aurélio Souza de Oliveira
Vejamos, a seguir, as características de algumas das ligas mencionadasna tabela.
LIGAS DE COBRE
Destacam-se nesta categoria, pois são as mais famosas e de importantes aplicações.
 EXEMPLO
Podemos destacar o bronze – uma liga de cobre e estanho com alta resistência mecânica e à
corrosão, além de ser de fácil fundição. Trata-se de uma liga muito utilizada em instrumentos
musicais devido à sua capacidade de gerar ondas específicas.
Outro exemplo é o latão, que é obtido da combinação do cobre com o zinco, e é utilizado
desde a pré-história. Dependendo da porcentagem dos metais que a compõe, a liga de latão
pode ter diversos tipos. Suas aplicações compreendem vários segmentos, por exemplo: a
fabricação de armas, peças automobilísticas, parafusos, entre outros.
LIGAS DE ALUMÍNIO
São amplamente utilizadas em aplicações estruturais que exijam leveza, já que a densidade
das ligas de alumínio equivale a, aproximadamente, 1/3 da do aço. Sua aplicação inclui, por
exemplo, a indústria aeroespacial. O alumínio confere às suas ligas características de bom
condutor termoelétrico e anticorrosivo – uma camada de óxido protetora que se forma na
superfície desse material.
 
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 Figura 12: Fundição para a formação de uma liga de alumínio
O alumínio, por ter um relativamente baixo ponto de fusão (660°C), pode receber, em sua fase
líquida, o acréscimo dos metais que formarão a liga. Isso confere à liga, principalmente,
resistência mecânica, mantendo a característica de metal leve.
LIGAS DE NÍQUEL
Estão entre os exemplos mais representativos de ligas metálicas não ferrosas.
Aproximadamente, 14% do níquel produzido no mundo são destinados para a confecção de
suas ligas.
O metal puro apresenta excelente resistência a atmosferas agressivas para a corrosão – meios
ácidos, salinos e cáusticos – à alta temperatura. Tal propriedade é, invariavelmente, transmitida
para suas ligas. Para o aumento da resistência mecânica e suas aplicações específicas, outros
metais são adicionados à sua rede cristalina.
 
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 Figura 13: Moeda de euro confeccionada em uma liga Ni-Cu
LIGA MONEL
Como mostrado na tabela, além de resistência antioxidante à ácidos utilizados para esse fim –
como o ácido sulfúrico –, apresenta alta resistência a trincas e desgastes físicos pela corrosão
em ambientes salinos. Por essa razão, essa liga possui ampla aplicação na indústria náutica.
Com o molibdênio, o níquel é utilizado como resistente aos meios redutores e de eleveda
temperatura.
LIGAS TERNÁRIAS DE NÍQUEL
Mesma linha de resistência à corrosão, principalmente os sistemas Ni-Cr-Fe e Ni-Cr-Mo.
Também são empregadas em ambientes de atmosfera rica em carbono e redutora, bem como
maios aquosos e de alta temperatura.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
A ETAPA DENOMINADA REDUÇÃO É NECESSÁRIA NA FABRICAÇÃO DE
METAIS, UMA VEZ QUE:
A) Os metais encontram-se em estado combinado nos seus respectivos minérios.
B) Costuma-se gerar camadas de óxidos protetores nas superfícies dos materiais.
C) As impurezas são transformadas em compostos mais aceitáveis de associação com o
metal.
D) Os componentes do minérios devem ser transformados em diferentes formas de compostos
para posterior tratamento no alto forno.
E) É vital que o volume de metal seja reduzido para que porções pequenas dele possam ser
beneficiadas nas metalúrgicas.
UMA LIGA METÁLICA NÃO FERROSA É DEFINIDA COMO:
A) Metais, diferentes do ferro, que formam ligas com o carbono.
B) Metais, diferentes do ferro, que formam ligas entre si nos mais variados percentuais de
composição.
C) Aços que contenham, em sua composição, pequenas percentagens de outros metais.
D) Liga de metais com silício que, na composição da liga, adquire propriedades metálicas.
E) Produto da indústria siderúrgica obtido em altos-fornos pela redução com carvão mineral.
GABARITO
A etapa denominada redução é necessária na fabricação de metais, uma vez que:
A alternativa "A " está correta.
A redução é a etapa crucial em que os compostos metálicos são transformados em metais
puros nos alto-fornos.
Uma liga metálica não ferrosa é definida como:
A alternativa "B " está correta.
Como o próprio nome remete, essas ligas não contêm ferro em sua composição, mas
representam a combinação de diversas espécies metálicas, formando um material útil para
aplicações.
MÓDULO 2
 Identificar os polímeros, suas aplicações e propriedades
POLÍMEROS
O especialista Marco Aurélio Souza de Oliveira fala sobre polímeros.
POLÍMEROS – DEFINIÇÃO
Os polímeros são substâncias de elevada massa molecular, obtidas pela repetição, em longas
e teoricamente infinitas cadeias, de uma mesma unidade molecular denominada monômero.
Os monômeros são moléculas que, quando reagem adequadamente, combinam-se e formam
as longas cadeias, que são os polímeros propriamente ditos.
Quando, no entanto, analisamos o polímero em si e identificamos essas unidades que se
repetem, elas não são mais denominadas moléculas ou monômeros, mas sim meros.
 EXEMPLO
Os materiais orgânicos, ou seja, aqueles formados por uma estrutura básica de cadeias de
carbono, são materiais muito propensos a se polimerizar. Entre os polímeros naturais, temos o
látex (poliisopreno) e a celulose, que constitui elemento básico na fabricação do papel.
Muitas macromoléculas encontradas nos seres vivos são polímeros, entre as quais estão as
proteínas, os ácidos nucleicos – DNA e RNA – e os lipídios. Os monômeros das proteínas são
os aminoácidos.
 
Imagem: Shutterstock.com
 Figura 14: Representação da cadeia polimérica da celulose (Entre colchetes, está indicado
o mero do polímero)
MACROMOLÉCULAS
É importante diferenciarmos os polímeros das macromoléculas. As macromoléculas são
moléculas de alta massa molecular, mas que não apresentam a característica de repetição de
uma mesma unidade básica – os monômeros – e são de tamanho finito.
 RESUMINDO
Trata-se de moléculas grandes que não apresentam a característica do polímero de ser uma
cadeia, teoricamente, infinita.
Existem os materiais naturais, nos quais essas moléculas são formadas pela natureza, como a
madeira, o látex, entre outros. Além dos naturais, há os materiais artificiais, em que as
macromoléculas são obtidas pela junção deliberada de pequenas moléculas. Nesse caso, o
homem não se limitou a melhorar os materiais orgânicos naturais, mas desenvolveu
substâncias sintéticas.
 EXEMPLO
O desenvolvimento de substâncias sintéticas coloca a copolimerização em um lugar de
destaque na indústria dos plásticos, por exemplo. Alterando as proporções dos monômeros e
sua distribuição, conseguem-se plásticos com maior ou menor resistência aos agentes
químicos, resistência mecânica, rigidez e outras alterações qualitativas.
Os plásticos que contêm moléculas grandes, em geral, são mais resistentes às tensões
mecânicas e térmicas do que aqueles compostos por moléculas pequenas. Nos plásticos
comerciais, o grau de polimerização, normalmente, encontra-se na faixa de 75 a 750 meros por
molécula.
A polimerização, nos processos industriais, costuma ser conseguida por aquecimento dos
monômeros em alta pressão, na presença de catalisadores – substâncias adicionadas aos
reatores para acelerar o processo reacional.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 15: Fabricação de sacos plásticos
FORMAÇÃO DOS POLÍMEROS
Os mecanismos segundo os quais ocorre a polimerização podem ser classificados em duas
categorias – adição e condensação. A seguir, veremos cada uma delas.
POLIMERIZAÇÃO POR ADIÇÃO
Na polimerização por adição, os meros sucessivos são adicionados à molécula, por meio de
reações entre si, a fim de aumentá-la. Dessa forma, cada monômero deve ter dois ou mais
pontos de reação nos quais possam ser feitas as ligações.
 EXEMPLO
Vamos considerar, por exemplo, o etileno, que é matéria-prima para os plásticos. Quando sua
ligação dupla é rompida, duas ligações simples se tornam disponíveis para ligações. Portanto,
o etileno é considerado bifuncional.
Vejamos:
 
Imagem adaptada por Renato Teixeira
A moléculaforma seus pontos de reação pela ruptura de duplas ligações e formação de duas
ligações simples. Desse modo, a polimerização ocorre sem a formação de subprodutos.
O processo de polimerização, em teoria, continua indefinidamente. Na prática, no entanto, isso
não acontece devido à necessidade das moléculas de estarem próximas às extremidades da
cadeia, para haver ligação. Se isso não ocorrer, é necessário encaminhá-las para as
extremidades, o que vai se tornando difícil com o desenvolvimento da polimerização.
Quando verificamos, no processo de adição, que apenas uma espécie de mero foi usada,
geramos os homopolímeros.
 EXEMPLO
Como exemplo, temos a polimerização do butadieno, na borracha. Nesse caso, apenas uma
espécie de mero é usada no processo de adição.
Vejamos:
 
Imagem adaptada por Renato Teixeira
Copolímeros
Um avanço importante na tecnologia de plásticos ocorreu quando se percebeu que polímeros
de adição contendo dois ou mais meros diferentes, frequentemente, apresentavam
propriedades físicas e mecânicas melhores. Trata-se dos copolímeros, que têm, como
exemplo, os copolímeros de cloreto e acetato de vinila.
 
Imagem adaptada por Renato Teixeira
 
Imagem adaptada por Renato Teixeira
Vejamos as aplicações dos copolímeros citados:
ACETATO DE VINILA
Adesivos.
CLORETO DE VINILA
Substituto da borracha quando plastificado externamente.
COPOLÍMEROS DE CLORETO E ACETATO DE VINILA
Plásticos de boa resistência mecânica e resistência a solventes, e substituto da borracha no
revestimento de condutores.
É possível ter controle da arrumação das moléculas no caso dos copolímeros.
 EXEMPLO
Suponha que estamos fazendo um copolímero de dois compostos A e B. Na copolimerização
comum, não há uma ordem na cadeia, que está sujeita ao acaso. No entanto, sob controle das
condições de reação e com determinados catalisadores, podemos obter uma copolimerização
ordenada. Vejamos:
Ao acaso – AABBBABABAAAABBAB.....
Ordenada – AABBAABB....
 RESUMINDO
Um copolímero, portanto, pode ter propriedades muito diferentes daquelas de qualquer um dos
componentes, e a faixa de variação indica que podemos obter plásticos sob medida para uma
grande variedade de aplicações. A copolimerização tem sido muito usada no campo das
borrachas sintéticas.
POLIMERIZAÇÃO POR CONDENSAÇÃO
A polimerização por condensação forma uma segunda molécula não polimerizável como
subproduto. Usualmente, o subproduto é água ou alguma molécula simples, como o HCl,
CH3OH ou NH3. Vejamos um exemplo, a seguir, com fenol e formaldeído:
 
Imagem adaptada por Renato Teixeira
Na temperatura ambiente, o formaldeído é um gás, e o fenol é um sólido de baixo ponto de
fusão. A reação pode ocorrer em vários pontos ao redor da molécula de fenol. Em virtude
dessa polifuncionalidade, forma-se um esqueleto molecular tridimensional em vez de uma
simples cadeia linear.
 RESUMINDO
Os polímeros de condensação, portanto, podem ou não ser lineares. A composição química e a
forma pela qual os átomos se distribuem nas cadeias têm grande influência nas propriedades
finais.
ESTRUTURA DOS POLÍMEROS
A estrutura de um polímero afeta seu comportamento de várias formas.
MONÔMEROS BIFUNCIONAIS
Só produzem polímeros lineares.

MONÔMEROS POLIFUNCIONAIS
Podem gerar arranjos tridimensionais.
No caso dos monômeros bifuncionais, observa-se apenas forças de Van der Waals – força
característica atuante entre moléculas apolares – nas moléculas adjacentes. Nesse caso, pode
ocorrer escorregamento entre moléculas e observa-se que cadeias adjacentes podem
estabelecer uma cristalização local. Já na estrutura tridimensional, esse escorregamento não é
tão fácil de ocorrer.
No caso das estruturas lineares, pode-se estabelecer uma variação que crie dificuldades ao
movimento entre cadeias adjacentes, alterando-se as propriedades mecânicas profundamente.
CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL
Podemos classificar os polímeros quanto à sua estrutura em:
TERMOPLÁSTICOS - ESTRUTURA LINEAR
São termoplásticos os polímeros que permitem pós-moldagem por aquecimento.

TERMOFIXOS - ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL
São termofixos os polímeros que não admitem a pós-moldagem por aquecimento.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 16: Tiras de borracha termofixa para selagem de portas à prova d’água
CLASSIFICAÇÃO INDUSTRIAL DOS
POLÍMEROS
A classificação industrial diz respeito às aplicações práticas dos polímeros. Em uma
classificação bastante ampla, os polímeros se dividem em elastômeros, plásticos e fibras.
Conheceremos, a seguir, cada um dos tipos citados.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 17: Processo de fabricação de borracha sintética
ELASTÔMEROS
Os elastômeros apresentam propriedades elásticas acentuadas. É o caso das borrachas
sintéticas, como o neopreno, isopreno, poliisobuteno, etc. De maneira geral, qualquer polímero
linear originado de reação de adição constitui um elastômero sintético.
Uma etapa determinante na preparação dos artigos de borracha é a vulcanização. Esse
processo consiste na inclusão de átomos de enxofre na cadeia polimérica, com o intuito de
diminuir o grau de deformação permanente da borracha. O processo confere resistência
mecânica e mais características termofixas à borracha.
 
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 Figura 18: Colocação de piso laminado de plástico (PVC)
PLÁSTICOS
Os plásticos se apresentam no estado sólido, mais ou menos rígido. É o caso do polietileno, do
poliestireno, do policloreto de vinil(a) (PVC), entre outros. Também existem muitos plásticos,
em menor grau de polimerização, que se prestam muito bem à produção de tintas, vernizes,
lacas etc., como o acetato de polivinil(a) (PVA).
A tecnologia moderna também oferece os chamados plásticos reforçados. Por exemplo, temos
os plásticos que contam com a adição de lã de vidro a uma resina, formando a chamada fibra
de vidro. Tal processo aumenta a resistência do plástico.
Há também o caso dos plásticos expandidos, por exemplo, o poliestireno. Nesse caso, são
adicionados gases que se expandem por aquecimento, gerando um “inchaço” no plástico. O
resultado disso é o isopor, que é extremamente leve e um ótimo isolante térmico.
 
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 Figura 19: Monômeros do nylon 66, o nylon comum
FIBRAS
As fibras são polímeros com grande resistência à tração mecânica e, em consequência,
prestam-se muito bem à fabricação de fios. É o caso no nylon, do poliéster, entre outros.
As fibras podem ser obtidas, quanto à reação de preparação, na forma de adição ou
condensação.
APLICAÇÕES DE POLÍMEROS NA
ENGENHARIA
Com o advento dos polímeros, desde a confecção de carrocerias, peças industriais, refratários,
tintas e outros elementos estruturais, não houve setor do saber humano que não sofresse
transformação considerável.
Os materiais poliméricos possuem propriedades peculiares e bastante diferentes dos materiais
metálicos. Entre as numerosas aplicações na Engenharia, podemos citar:
Protetores à base de silicone, para altas temperaturas.
Óleos e graxas para baixas temperaturas, em que materiais tradicionais apresentam
comportamento inaceitável.
Isolamento elétrico – os materiais plásticos têm grande aplicação como isolantes elétricos, e
certos desenvolvimentos da eletrônica só se tornaram possíveis com o advento desses
materiais.
Guias, buchas e tintas antiaderentes à base de politetrafluoretileno.
Elementos estruturais de fibra de vidro com resina poliéster ou epóxi (plásticos reforçados), que
apresentam peso reduzido e elevada resistência mecânica. Suas aplicações são,
principalmente, para a engenharia aeronáutica e química, para as quais são confeccionadas
cubas, dutos etc.
Alguns polímeros específicos têm ampla aplicação nos mais diversos ramos industriais e de
engenharia. Vejamos alguns homopolímeros termoplásticos, a seguir.
 
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 Figura 20: Estrutura molecular do polietileno (PET)
POLIETILENO
Trata-se de um material de grande flexibilidade pela presença de moléculas que se sucedem
emuma forma simples. É muito empregado em artigos plásticos em geral, principalmente nas
exigências mecânicas mais brandas, como em embalagens e garrafas de bebibas.
 
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 Figura 21: Estrutura molecular do polietireno
POLIESTIRENO
Os poliestirenos são os isopores. Por aquecimento, os gases adicionados ao material se
expandem, e ele infla. São os polímeros expandidos, como vimos.
Comparado ao polietileno, o poliestireno apresenta menor flexibilidade (maior rigidez), em
virtude do grande volume do anel benzênico. A diminuição da rigidez é conseguida com a
adição de agentes conhecidos como plastificantes, que aumentam ou diminuem a rigidez.
 
Imagem adaptada por Renato Teixeira
 Figura 22: Estrutura molecular do poliacrilonitrila
POLIACRILONITRILA – ACRÍLICO
Trata-se de um material muito utilizado em vidros acrílicos e recobrimentos.
 
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 Figura 23: Estrutura molecular do Teflon
TEFLON
Constitui um material extremamente resistente a agentes químicos e muito utilizado em
revestimentos superficiais, válvulas cardíacas e vedantes.
Exemplo de Poliacrilonitrila – acrílico:
 
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 Figura 24: Tinta acrílica de revestimento
VERIFICANDO O APRENDIZADO
PODEMOS DIFERENCIAR POLÍMEROS DE MACROMOLÉCULAS PELO
SEGUINTE ASPECTO:
A) Os polímeros são moléculas constituídas, unicamente, por carbono e hidrogênio,
diferentemente das macromoléculas.
B) Macromoléculas são compostos de baixo peso molecular, bem menores do que os
polímeros.
C) As macromoléculas, diferentemente dos polímeros, são formadas por repetições de porções
idênticas, chamadas meros.
D) Os polímeros são sintetizados industrialmente, já as macromoléculas são produtos naturais.
E) Os polímeros são constituídos por infinitas cadeias fruto de repetições de porções iguais
denominadas meros.
AS BORRACHAS SÃO EXEMPLOS DE POLÍMEROS DO TIPO:
A) Fibras
B) Plásticos
C) Elastômeros
D) Condensados
E) Ligantes
GABARITO
Podemos diferenciar polímeros de macromoléculas pelo seguinte aspecto:
A alternativa "E " está correta.
Os polímeros recebem esse nome exatamente por serem o encadeamento de porções
menores oriundas dos monômeros. As macromoléculas também são moléculas de alto peso
molecular, mas não apresentar uma repetição de unidades estruturais.
As borrachas são exemplos de polímeros do tipo:
A alternativa "C " está correta.
As borrachas são os representantes clássicos de uma família de polímeros termofixos
denominados elastômeros, em virtude de sua propriedade de deformação acentuada.
MÓDULO 3
 Identificar os materiais cerâmicos, suas aplicações e propriedades
CERÂMICOS
O especialista Marco Aurélio Souza de Oliveira fala sobre cerâmicos
CERÂMICOS – DEFINIÇÃO
A palavra cerâmica tem origem em keramos, do grego, que significa oleiro ou olaria. Keramos,
por sua vez, deriva do sânscrito e quer dizer queimar. Desse modo, os antigos gregos usavam
esse termo para se referir a um material queimado ou barro (argila) queimado.
A palavra cerâmica, portanto, provavelmente designava os primeiros objetos cerâmicos
produzidos – jarros, pratos, tijolos e artefatos diversos – feitos de barro. Tais objetos
necessitam ser submetidos a intenso calor, por um período controlado, para a obtenção de
uma forma moldada permanente.
Os cerâmicos modernos são materiais formados, na sua maioria, por interações entre metais e
não metais. Com isso, são compostos predominantemente iônicos, embora haja materiais
dessa classe com caráter de ligação eminentemente covalente – o que representa a minoria
deles.
 
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 Figura 25: Disco de freio de material cerâmico
Todos os materiais cerâmicos são obtidos a partir de tratamento térmico (queima),
principalmente em fornos, a altíssimas temperaturas. Tal tratamento permite o surgimento das
propriedades desejadas para cada tipo de material.
MATERIAIS CERÂMICOS AVANÇADOS –
MCA
Quando mencionávamos a palavra cerâmica, até cerca de meio século atrás, vinham à mente
os materiais cerâmicos tradicionais, tais como pratos, vasos e porcelanas em geral. São
objetos oriundos da argila comum, amplamente utilizados até os dias atuais.
A partir do fim da Segunda Guerra Mundial, no entanto, entraram em cena novos materiais
obtidos pelo mesmo processo das cerâmicas usuais, mas utilizando matéria-prima mais
refinada e seleta.
Essa nova classe de compostos, conhecida como materiais cerâmicos avançados (MCA),
revolucionou a indústria de ponta em todas as áreas – da eletrônica à mecânica. Os MCA
trouxeram vantagens que seus concorrentes – principalmente os metais – não conseguiam
superar.
A leveza, a alta resistência a temperatura, choques mecânicos e corrosão, bem como a
facilidade de fabricação, utilizando matéria-prima barata e abundante, foram fatores decisivos
para o estabelecimento dos MCA no rol da pesquisa e indústria de alta tecnologia.
PREPARAÇÃO
Os cerâmicos são, mais frequentemente, óxidos, nitretos e carbetos, embora a imensa gama
de compostos inorgânicos iônicos possa se enquadrar nessa classificação. Incluem-se aqui,
também, materiais derivados de minerais, cimentos e vidros.
Os cerâmicos são tipicamente isolantes à passagem de eletricidade e calor, salvo as cerâmicas
supercondutoras. Geralmente, cerâmicos são muito mais resistentes aos ambientes agressivos
– corrosivos e de exigências mecânicas fortes – do que os metais ou os polímeros.
Possuem a vantagem de ser facilmente fabricados em formas variadas, já que são
consolidados a partir de pós em fôrmas para prensagem, e a partir de materiais baratos e
acessíveis. Dependendo da aplicação, podem ser feitos com matéria-prima de baixo grau de
pureza.
 EXEMPLO
Podemos citar como representantes típicos dessa classe de materiais: SiC (carbeto de silício),
Si3N4 (nitreto de silício), os óxidos de ferro (FeO, Fe2O3 e Fe3O4), zinco (ZnO), zircônio (ZrO2),
alumínio (Al2O3) e silício (SiO2) e suas combinações.
OBTENÇÃO DO PÓ
A preparação de dispositivos cerâmicos, de maneira geral, começa com a preparação do pó. A
obtenção do cerâmico propriamente dito é realizada por técnicas de síntese química usuais,
que gerem o sólido pretendido como produto.
 
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 Figura 26: Pós químicos cerâmicos precursores
Pode-se utilizar métodos químicos, tais como:
COPRECIPITAÇÃO A PARTIR DE SOLUÇÕES OU
SÍNTESE DO TIPO SOL-GEL
Esses métodos são preferidos por se tratarem de reações químicas, pois geram produtos mais
bem definidos e homogêneos em virtude das interações íntimas – em nível atômico – entre as
partículas componentes.

METODOLOGIA CONHECIDA COMO: MISTURA DE PÓS
Caracteriza-se por uma simples mistura física, em moinhos, de componentes precursores do
material final. O método gera produtos menos homogêneos e de microestrutura não muito bem
definida.
 DICA
Outra importante diferença entre os dois métodos de síntese de pós é o custo. O método
químico, por requerer materiais de alta pureza e equipamentos adequados, tem seu custo mais
elevado. Já a mistura de pós se mostra um método muito mais acessível do ponto de vista
financeiro, e não exige equipamentos caros e sofisticados na sua execução.
TRATAMENTO TÉRMICO
Uma vez que o pó foi obtido, ele deve receber uma série de tratamentos para chegar ao
dispositivo final. Inicialmente, ele deve receber um tratamento térmico a fim de se formarem
as fases cristalinas e a microestrutura desejadas para o material.
A taxa de aumento da temperatura de aquecimento, a temperatura final, o tempo de
permanência do material no forno e a atmosfera de aquecimento são parâmetros importantes a
serem controlados nessa etapa.
 ATENÇÃO
É uma fase importante, já que vai definir as propriedades que o produto final demonstrará.
PRENSAGEM
O pó, já cristalino após o primeiro tratamento térmico, deve ser moldado na forma em que o
dispositivo será utilizado. A técnica, conhecida como prensagem, é simples. Para realizar a
técnica, deve-se preencher uma matriz (fôrma)com as especificações da peça final com o pó e
submeter o sistema à ação de uma prensa hidráulica para a conformação da peça. Nessa fase,
o tempo de prensagem e a pressão a ser exercida pela prensa são parâmetros importantes.
Alguns aditivos podem ser utilizados para facilitar o processo de prensagem. Vejamos alguns
exemplos:
LUBRIFICANTE
Para facilitar o deslizamento das partes da matriz e posterior retirada da peça “verde”.
PLASTIFICANTE
Para melhorar a conformação da peça.
LIGANTE
Para aumentar a resistência da peça e evitar que ela trinque ou se esfarele, entre outros.
Outras características podem ser imputadas, se houver necessidade. Prensagens a seco ou a
úmido podem ser realizadas, ou prensagem acompanhada de aquecimento, para melhor
conformação da peça.
 
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 Figura 27: Prensa hidráulica
Ainda pode ser realizada a prensagem sob campo magnético, muito utilizada quando do
processamento de cerâmicas magnéticas. Para isso, é necessário o alinhamento dos domínios
magnéticos do material em uma mesma direção e sentido.
 
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 Figura 28: Forno de sinterização e tratamento térmico
SINTERIZAÇÃO
Uma vez que o pó já foi prensado na forma desejada, ele deve ser submetido a um novo
tratamento térmico, chamado de sinterização. Esse tratamento tem como objetivo estabelecer
a microestrutura definitiva do material cerâmico.
Serão definidos, nessa fase, a consolidação do material macroscopicamente, o aumento na
resistência a fraturas, a definição mais apurada de suas propriedades, bem como a definição
do formato e tamanho de grãos microscópicos.
Os parâmetros a serem controlados na fase de sinterização são os mesmos do tratamento
térmico do pó. Isso significa que devem ser controlados a taxa de aquecimento e resfriamento
da peça, o tempo de permanência da peça na temperatura de sinterização, o valor dessa
temperatura, a atmosfera de trabalho etc.
INFLUÊNCIA DA MICROESTRUTURA
A estrutura interna dos materiais é determinada pelos seus átomos constituintes e seu arranjo
tridimensional em um estado de ordem definido. Muitos materiais inorgânicos são cristalinos e
consistem de uma multiplicidade irregular de cristais de empacotamento denso.
As estruturas dos materiais cerâmicos são muito mais complexas do que as dos metais, por
serem compostos de, pelo menos, dois elementos – geralmente mais. As ligações atômicas
nesses materiais vão de puramente iônica à totalmente covalente.
Muitos cerâmicos exibem uma combinação desses dois tipos de ligação – iônica e covalente –,
sendo o grau do caráter iônico dependente da eletronegatividade dos átomos. Confira na
tabela a seguir:
Material Percentual de caráter iônico
CaF2 89
MgO 73
Material Percentual de caráter iônico
NaCl 67
Al2O3 63
SiO2 51
Si3N4 30
ZnS 18
SiC 12
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
 Tabela 6: Percentual iônico das ligações químicas nos cerâmicos
Elaborada por Marco Aurélio Souza de Oliveira
PROPRIEDADES
As propriedades dos materiais cerâmicos são consequências de sua microestrutura – tipo de
rede cristalina, defeitos, tamanho da célula, disposição espacial dos componentes, alinhamento
dos cristais etc. O tipo, o tamanho, a forma e o arranjo dos defeitos de rede de um material
também compõem a chamada microestrutura dos materiais.
Propriedades afetadas pela microestrutura do material:
TEMPERATURA DE FUSÃO
ELASTICIDADE
DUREZA
PLASTICIDADE
PROPRIEDADES TÉRMICAS
PROPRIEDADES ELÉTRICAS
PROPRIEDADES MAGNÉTICAS
PROPRIEDADES ÓTICAS
Desse modo, tais propriedades podem ser majoradas ou inibidas por uma simples modificação
estrutural, fruto de um processamento adequado na fabricação do cerâmico.
Quanto maior a exigência feita sobre um material, mais exatas são as especificações da
microestrutura. Isso pode, inclusive, levar a que certas substâncias não se tornem,
efetivamente, materiais para aplicação prática, até que sua microestrutura seja muito bem
definida.
 EXEMPLO
Podemos citar os boretos, carbetos, nitretos e óxidos como exemplos materiais que precisam
ter sua microestrutura muito bem definida para aplicação prática. Esses compostos são
conhecidos há muito tempo, mas só recentemente se tornaram materiais cerâmicos
avançados, com propriedades úteis. O pré-requisito para isso foi o desenvolvimento de uma
microestrutura bem-definida de grãos ultrafinos.
Em materiais lubrificantes, por exemplo, é ideal que haja camadas planas alinhadas
paralelamente entre si e ligadas fracamente. Desse modo, haverá melhor deslizamento entre
essas lamelas – estruturas lamelares – e se evitará a aderência das partes lubrificadas.
 
Imagem: Shutterstock.com
 Figura 29: Estruturas da grafite (esquerda) e nitreto de boro (direita)
 DICA
A disposição microscópica desses materiais em camadas paralelas facilita o deslizamento.
Materiais magnéticos também têm suas propriedades melhoradas com um arranjo adequado
de seus cristais.
 EXEMPLO
As ferritas (óxidos de ferro) são amplamente utilizadas em sistemas eletrônicos de gravação ou
como ímãs permanentes. Um perfeito alinhamento dos momentos magnéticos dos íons ferro de
suas estruturas garante excelentes propriedades magnéticas na direção do alinhamento.
 
Imagem: Shutterstock.com
 Figura 30: Domínios magnéticos microscópicos não alinhados de um material (esquerda) e
alinhados após sofrer influência de um campo externo (direita)
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
CERÂMICOS
Existe uma gama de compostos cerâmicos que podem ser classificados tomando por base
suas características mais marcantes. Em geral, podemos identificá-los em duas categorias:
cerâmicos estruturais e cerâmicos eletrônicos.
CERÂMICOS ESTRUTURAIS
Os cerâmicos estruturais ou covalentes, entre as classes dos materiais cerâmicos avançados,
têm sido alvo de grandes pesquisas e desenvolvimentos. Isso ocorre devido à série de
propriedades atraentes desses materiais, que abrem um leque de aplicações.
Graças às suas peculiaridades de ligações interatômicas e de estruturas de redes, os
cerâmicos estruturais apresentam características que superam em desempenho materiais
concorrentes – aços, metais e ligas metálicas. Tais características são, principalmente,
mecânicas, embora seus usos não estejam restritos às aplicações mecânicas, como pode ser
constatado pela tabela a seguir.
Funções Propriedades Aplicações
Mecânicas
Altas resistências
mecânicas a altas
temperaturas e baixo
coeficiente de
expansão térmica.
Blindagens, coletes, ferramentas,
abrasivos, turbinas de aviões,
lubrificantes sólidos, partes de
instrumentos de precisão etc.
Térmicas
Refratariedade,
isolamento e
condutividade térmica.
Linhas de fornecimento industrial
de alta temperatura,material de
eletrodo, encolhimento por calor
para componentes eletrônicos etc.
Nucleares
Resistência à
radiação,
refratariedade, e
resistência a altas
temperaturas.
Combustível nuclear, revestimento
de reatores, material de controle,
material de moderação e linhas do
reator.
Eletromagnéticas
Isolamento ou
condutividade elétrica,
piezoeletricidade e
dieletricidade.
Elemento de resistência térmico,
varistores, sensores, elemento de
memória etc.
Funções Propriedades Aplicações
Químicas e
biológicas
Compatibilidade
biológica, adsorção,
catálise e resistência à
corrosão.
Ossos e dentes artificiais, bases de
catalisadores, trocador de calor,
equipamentos químicos etc.
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
 Tabela 7: Aplicações dos materiais cerâmicos
Elaborada por Marco Aurélio Souza de Oliveira
Os materiais cerâmicos – de forma global e, em especial, os estruturais – são quase tão duros
quanto o diamante e bem mais leves do que os metais. Devido à estupenda força de suas
interações, são extremamente resistentes à ataques químicos e oxidação atmosférica. Além
disso, possuem maior resistência mecânica em altas temperaturas do que os aços
denominadosde alta resistência.
Exemplos de aplicação
Todas as características de excelente potencial de uso dos materiais cerâmicos em aplicações
de engenharia têm sido postas à prova.
 EXEMPLO
Atualmente, as indústrias bélicas, aeronáuticas e automobilísticas já contam com componentes
cerâmicos em blindagens, turbinas auxiliares de aviões e motores de automóveis.
Os motores de cerâmica, por serem projetadas para desempenhar funções a altíssimas
temperaturas, dispensam sistemas de refrigeração e diminuem o peso do próprio motor. Aviões
mais leves consomem menor quantidade de combustível, e cada dez quilos de peso poupados
em uma aeronave representa dois quilômetros a mais de autonomia de voo.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 31: O caça americano F22 Raptor apresenta componentes de cerâmicos estruturais
em seu revestimento e componentes do motor
 VOCÊ SABIA?
Caminhões protótipos com seus motores a diesel totalmente revestidos por material cerâmico,
após dez mil quilômetros de teste, mostraram ser de 30% a 50% mais econômicos do que os
motores metálicos comuns. Além disso, dispensam o radiador e outras 360 peças do sistema
de refrigeração – 190 quilos a menos.
Nitreto de silício (Si3N4), Carbeto de Silício (SiC), Óxido de Alumínio (Al2O3) e Óxido de
Zircônio (ZrO2) são os representantes típicos e mais amplamente utilizados dessa classe de
materiais. Outros cerâmicos estruturais têm sido menos utilizados, e suas potenciais aplicações
nas diversas áreas – militares, industriais, de engenharia ou de pesquisa – ainda estão sob
intenso estudo científico.
 SAIBA MAIS
Os boretos – compostos covalentes binários de Boro –, por exemplo, fazem parte dos
cerâmicos estruturais e despontam como um promissor ponto de partida para dispositivos de
alto desempenho.
CERÂMICOS ELETRÔNICOS
Alguns materiais utilizados atualmente em componentes eletroeletrônicos dos mais avançados
são materiais cerâmicos. Nessa categoria, assim como na área de materiais estruturais vista
anteriormente, o maior e mais tradicional concorrente dos cerâmicos são os metais e suas
ligas.
Os metais ainda superam os cerâmicos em muitas propriedades finais para uso, atingindo
valores úteis muito superiores aos de seus concorrentes. Por outro lado, por ser uma classe de
materiais relativamente nova em comparação aos metais, as cerâmicas ainda possuem um
vasto campo para pesquisa. Nesse sentido, possuem um potencial muito grande quanto ao
aperfeiçoamento de suas características e propriedades de trabalho, o que poderia torná-las
exclusivas em diversas aplicações.
As vantagens atuais dos materiais cerâmicos para a área de eletrônica se encontra na leveza
de seus componentes, na resistência ao calor e na inércia frente aos processos corrosivos. A
tabela, a seguir, traz um comparativo entre alguns cerâmicos eletrônicos.
Material Aplicação Propriedades
Alumina
(Al2O3) e
óxido de
berílio
Isolantes substratos e componentes
estruturais
Altas forças mecânica,
térmica e resistividade
elétrica e alta estabilidade
térmica
Ferritas
duras
Alto-falantes, ímãs, cartões
magnéticos, discos rígidos para
computadores, geradores e motores
elétricos
Alta magnetização e boa
resistência mecânica
Material Aplicação Propriedades
Ferritas
macias
Aparelhos de alta frequência
Baixas perdas magnéticas,
alta permeabilidade
magnética
Titanato
de Bário
Capacitores, sensores, elementos de
aquecimento, equipamentos óticos e
sonares
Propriedades óticas
específicas e propriedades
eletromecânicas especiais
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
 Tabela 8: Aplicação de cerâmicos em eletrônica
Elaborada por Marco Aurélio Souza de Oliveira
As cerâmicas eletrônicas também podem ser subdivididas em diversos outros grupos, cada um
englobando materiais com propriedades eletrônicas específicas. No grupo das cerâmicas
elétricas, destacam-se os isolantes, representados pelos óxidos de alumínio, silício e
magnésio, principalmente.
 Figura 32: Processador de computador a base de material cerâmico eletrônico
CERÂMICAS PIEZOELÉTRICAS
As cerâmicas piezoelétricas representam uma classe bastante peculiar de cerâmicas
eletrônicas. Elas apresentam a característica de transformar um estímulo elétrico em resposta
mecânica, e vice-versa.
Os titanatos – principalmente o de bário e de chumbo/zircônio – são representantes clássicos
dessa classe de materiais. Este último, o titanato zirconato de chumbo, é conhecido por sua
sigla inglesa PZT (PbZrTiO3).
 EXEMPLO
As cerâmicas piezoelétricas são amplamente utilizadas em equipamentos sonares, em que as
ondas mecânicas do som do alvo são captadas e transformadas em sinais elétricos, traduzidos
nos indicadores dos equipamentos. De modo contrário, nos aparelhos de telefonia celular, tais
cerâmicas são empregadas para fazer vibrar o aparelho, quando acionadas mediante o sinal
elétrico da chegada de uma chamada.
CERÂMICAS MAGNÉTICAS
O subgrupo mais significativo das cerâmicas eletrônicas, talvez, seja o de cerâmicas
magnéticas. Tais cerâmicas substituem enormemente os metais na função de transmitir ou
transformar energia magnética, armazená-la ou gerá-la.
 EXEMPLO
Os exemplares mais clássicos de cerâmicas magnéticas são as chamadas ferritas – compostos
conjugados de óxido de ferro com diversos outros óxidos metálicos. Sua fórmula geral, e de
acordo com as proporções estequimétricas, é:
MEO .FE2O3
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
No caso, MeO significa óxido de metal, geralmente, de valência 2+.
Existem, basicamente, dois tipos de ferritas:
FERRITAS MACIAS
Apresentam magnetização não permanente, ou seja, magnetizam-se somente mediante a
aplicação de um campo magnético externo a elas. Uma vez que cessa a influência desse
campo, elas perdem sua magnetização.
São muito utilizadas em circuitos eletrônicos, em geral, e de alta frequência. Seus principais
exemplos são as ferritas de zinco, manganês, níquel e de outros metais de transição mais
raros.
FERRITAS DURAS
São os ímãs cerâmicos, materiais de magnetização permanente. Desse modo, mantêm sua
magnetização natural permanentemente, independentemente da ação de um campo externo
atuante. Possuem ampla aplicação em sistemas de gravação magnéticos, tais como
componentes de computadores.
VEÍCULOS INVISÍVEIS
Uma aplicação especial das cerâmicas eletrônicas é na tecnologia de veículos invisíveis (ou
stealth).
Vários fatores são levados em consideração para tornar uma aeronave “invisível”. Entre eles, o
formato da fuselagem, a redução da emissão de calor pelos motores e o revestimento da
superfície com material absorvedor de radiação, RAM – Radiation-Absorbant Material ou
material absorvedor de radiação, em português.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 33: Bombardeiro invisível B2 americano. Aeronave revestida com material cerâmico
absorvedor de radiação.
O RAM magnético usa derivados do ferro, como o óxido de ferro (ferritas). O ferro absorve as
ondas de radar e pode ser usado em tintas, dissipando a energia antes de reemitir. A energia é
absorvida pelos elétrons da cobertura magnética, sendo muito efetivo contra radares de alta
frequência usados nos caça modernos.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
A SINTERIZAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS É CARACTERIZADA POR:
A) Tratamento térmico da peça prensada para consolidação de sua estrutura.
B) Agregação das partículas do pó cerâmico em prensa para a conformação de peças.
C) Tratamento térmico inicial recebido pelo pó cerâmico.
D) Reação química que gera o material sólido precursor.
E) Eliminação dos solventes, via tratamento térmico, que formaram o meio durante as reações
químicas.
TRATA-SE DE MATERIAL EXTREMAMENTE RESISTENTE A EXIGÊNCIAS
MECÂNICAS DEVIDO, EM GRANDE PARTE, À SUA MICROESTRUTURA E
AO CARÁTER COVALENTE DE SEUS COMPONENTES. ESSA DEFINIÇÃO
CARACTERIZA BEM:
A) Os cerâmicos iônicos.
B) Os cerâmicos magnéticos.
C) Os pós-cerâmicos em geral.
D) Os cerâmicosestruturais.
E) Os moldes em que são prensadas as peças.
GABARITO
A sinterização de materiais cerâmicos é caracterizada por:
A alternativa "A " está correta.
Para formar a microestrutura cristalina do material cerâmico, é necessário um tratamento
térmico denominado sinterização, após a peça já estar finalizada na prensa.
Trata-se de material extremamente resistente a exigências mecânicas devido, em grande
parte, à sua microestrutura e ao caráter covalente de seus componentes. Essa definição
caracteriza bem:
A alternativa "D " está correta.
Os cerâmicos estruturais são considerados materiais avançados de engenharia, pois possuem
sua microestrutura especialmente projetada para resistir a grandes esforços mecânicos e
térmicos.
MÓDULO 4
 Identificar os compósitos, suas aplicações e propriedades
COMPÓSITOS
O especialista Marco Aurélio Souza de Oliveira fala sobre compósitos.
COMPÓSITOS – DEFINIÇÃO
São denominados compósitos os materiais formados pela combinação de diversos tipos de
materiais a fim de se obter um produto final com uma combinação de propriedades adequada.
Essas propriedades podem ser a soma das propriedades apresentadas pelos materiais
constituintes ou as propriedades intermediárias.
Muitas exigências modernas requerem materiais que apresentem certas propriedades que não
são encontradas apenas em uma classe de compostos. A combinação de materiais induz a
combinação de propriedade, e foi essa lacuna que os compósitos vieram preencher.
 ATENÇÃO
A escolha dos materiais que constituem o compósito também é algo de grande relevância
atualmente. Em termos ecológicos, essa escolha deve ser criteriosa para que seu uso e
posterior descarte não representem ameaças à vida e ao ecossistema em que esse material
será inserido.
COMPOSIÇÃO E PROPRIEDADES
O material compósito tem como característica ser um material multifásico, uma vez que a
combinação de seus componentes pode não ser homogênea. Na realidade, os compósitos são
homogêneos somente macroscopicamente. No nível microscópico, percebe-se a
heterogeneidade do material.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 34: O concreto é um bom exemplo de material compósito
As fases que compõem os materiais compósito são denominadas matriz e reforço.
MATRIZ
A matriz pode ser um composto cerâmico, metálico ou polimérico cuja principal função é ser
responsável pelo perfil de resposta mecânica do material. Normalmente, opta-se por um
polímero, ou até mesmo um metal, para compor a matriz, pois é necessário um bom grau de
ductibilidade dessa fase. Isso significa que a matriz deve ser capaz de se deformar
adequadamente para evitar a fratura do compósito.
A matriz, por ser o meio de dispersão do compósito, tem a finalidade de unir as fibras – ou
partículas – da fase de reforço, transmitindo o estímulo mecânico externo sofrido entre as
partículas que são mais resistentes mecanicamente. A matriz é responsável, apenas em parte,
pela absorção da carga mecânica sofrida pelo material inteiro.
A matriz tem uma segunda finalidade, que é proteger a fase de reforço de abrasão e ataques
químicos externos, que podem representar danos superficiais e trazer fragilidade ao material
como um todo. Por fim, a matriz serve de separação entre as partículas dispersas, evitando
que trincas se propaguem por longas extensões ao longo do material.
REFORÇO
A fase de reforço é descontínua, pois é de origem fibrosa ou de partículas, sendo mais
resistente do que a matriz. A fibra de vidro é um exemplo de material de reforço de compósitos.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 35: Fibra de vidro
O reforço é o principal responsável pela resistência do material compósito, conferindo a ele
suas conhecidas propriedades de resistência térmica e mecânica. Sem dúvida, embora o
reforço possa ser um conjunto de partículas multiformes, o grande destaque dessa fase são as
fibras.
Como já citamos, a fibra de vidro foi uma das mais utilizadas fibras para este fim. No entanto,
atualmente, as fibras cerâmicas ganham destaque, em especial as de carbono e titânio.
ORGANIZAÇÃO DAS FIBRAS
O arranjo das fibras ao longo da fase de reforço influencia a aplicação do material, uma vez
que esse arranjo determina as propriedades das fibras. Isso ocorre na medida em que o
alinhamento, a forma, a orientação e a composição das fibras variam para cada material.
É possível perceber que existem, basicamente, duas maneiras de organização das fibras: de
forma totalmente aleatória, ou paralelas e alinhadas entre si, ao longo de um mesmo eixo.
 ATENÇÃO
Vale lembrar, aqui, que existem propriedades que se manifestam de acordo com um eixo
tomado como referência dentro do material. Nesse sentido, considera-se uma propriedade
anisotrópica aquela que só é observada em determinada direção ao longo do material.
 EXEMPLO
Um clássico exemplo de propriedade anisotrópica são os alinhamentos dos domínios
magnéticos dentro dos cerâmicos, como vimos anteriormente. Nesse caso, a propriedade
magnética é mostrada somente ao longo da direção de alinhamento desses domínios.
Uma propriedade isotrópica, por outro lado, é aquela que se mostra em qualquer direção,
independentemente do eixo de observação que se tome dentro de determinado material. Com
isso, entendemos que o arranjo das fibras é importante na determinação do tipo de propriedade
apresentada pelo compósito.
FIBRAS CONTÍNUAS E FIBRAS
DESCONTÍNUAS
No universo dos compósitos reforçados por fibras, tem-se a fase de fibras contínuas e a fase
de fibras descontínuas:
FIBRAS CONTÍNUAS
Fibras que atravessam a matriz de ponta a ponta, continuamente, e ficam dispostas de forma
paralela.
FIBRAS DESCONTÍNUAS
Pequenos pedaços de fibras que ficam alinhados ou desalinhados no interior da matriz,
dependendo do objetivo de sua aplicação.
Muito embora fibras mais curtas, como o pó de fibra de vidro, confiram menor resistência ao
material que as contêm, elas encontram muitas aplicações no cenário atual.
O material de fibra total ou contínua, por sua vez, representa um reforço mais robusto nas
propriedades mecânicas do compósito final.
 
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 Figura 36: Material compósito fibroso à base de fibra de carbono para componente
automobilístico
PARTÍCULAS
Ao lado das fibras, as partículas utilizadas em compósitos são multiformes, mas alguns perfis
se sobressaem.
PARTÍCULAS ESFÉRICAS
São utilizadas, mas sem expectativa de ganhos em propriedades. São exemplos dessa classe
a sílica (SiO2), o carbonato de cálcio (CaCO3) e a titânia (TiO2). Essas partículas nem sempre
têm muita afinidade com a matriz.

PARTÍCULAS COM FORMA DE BASTÃO OU
TUBULARES
Têm os nanotubos de carbono como principal expoente. São as partículas mais pesquisadas
atualmente, juntamente com os nanotubos de titanato e nanofibras de carbono, por exemplo.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 37: Micrografia real de emaranhado de nanotubos de carbono
Os nanotubos de carbono nem sempre apresentam uma boa interface. Diferentemente das
partículas esféricas, que são essencialmente inorgânicas, as de bastão são covalentes. Essa
característica destaca sua performance como material de boa resistência mecânica. Sua
interação com matrizes poliméricas também pode ser melhorada com alterações de sua
estrutura.
Por fim, as partículas podem ser do tipo lamelares ou em camadas, que são folhas de
arranjos de átomos dispostas paralelamente. Algumas argilas se enquadram nessa classe,
como a argila mineral montmorilonita. Essa argila possui estrutura cristalina formada por duas
folhas de tetraedros de silicatos, que partilham um dos vértices com uma folha octaédrica de
hidróxido de alumínio.
INTERFACE
Sabemos que o material compósito é uma combinação de materiais, de forma que é
necessário que haja uma afinidade química entre as fases presentes, já que as propriedades
do material final será consequência direta dessa interação. Em virtude disso, surge uma
terceira fase nos compósitos, que é denominada interface.
A interfaceé a região de contato ou interação entre a matriz e o disperso, e representa as
propriedades intermediárias do compósito.
A interface e a boa interação entre as fases do compósito são bem marcantes nos chamados
nanocompósitos – materiais nos quais a fase de reforço apresenta suas partículas na escala
nanométrica. Isso faz com que haja uma melhoria nas propriedades mecânicas, elétricas,
óticas ou térmicas.
APLICAÇÕES
Os tipos de materiais compósitos e as proporções de combinações entre eles são diversos, de
forma que é igualmente extenso o campo de aplicação de tais materiais. Vejamos algumas de
suas potencialidades e realidades de aplicação.
 EXEMPLO
A área militar é uma grande consumidora de materiais compósitos. Propelentes de foguetes
são exemplos disso. O veículo lançador de satélites (VLS) brasileiro, por exemplo, apresentava
seu combustível como uma matriz polimérica de polibutadieno incrustrada de partículas de
comburente – perclorato de amônio – e alumínio.
Ainda na indústria aeronáutica, peças estruturais de aeronaves – flaps, pás dos motores, freios
aerodinâmicos – são fabricadas com esses materiais, além de bocais de propulsores de
mísseis, peças de motores, entre outras.
A blindagem pessoal e de viaturas também é um exemplo de aplicação dos materiais
compósitos, como coletes e capacetes. Em se tratando de blindagem, destaca-se o Kevlar,
material polimérico que serve como fase de materiais compósitos destinados a essa aplicação.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 38: Detalhe da produção de fibra de Kevlar
Na indústria automotiva, as propriedades que costumam ser almejadas são resistência à
temperatura, rigidez e fadiga.
Os compósitos se destacam, mais uma vez, tendo como principais usos a fabricação de itens
de interior, como painéis e bancos, bem como na carroceria e em partes do motor, além de
componentes eletroeletrônicos.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 39: Teto veicular e antena a base de compósitos
 
Imagem: Shutterstock.com
 Figura 40: Figura conceitual com as possibilidades de utilização de materiais compósitos
na construção civil
A Engenharia Civil se vale da alta resistência a impactos e tração, leveza, baixa
inflamabilidade, baixa manutenção, entre outras comodidades, para confeccionar painéis,
caixas d’água, fôrmas para concreto – o próprio concreto, como já falamos –, peças de
acabamento, argamassas etc.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
OS COMPÓSITOS SÃO, BASICAMENTE, FORMADOS POR:
A) Matriz, reforço e interface.
B) Ligas, borrachas e fibras.
C) Fibras, partículas e whiskers.
D) Polímeros, fibras e energia.
E) Interface, metais e ametais.
SOBRE O KEVLAR, PODEMOS AFIRMAR QUE:
A) É um plastificante destinado ao processo de fabricação de compósitos.
B) É uma liga metálica de alta resistência.
C) É uma fibra polimérica de alta resistência.
D) É uma mistura de ácidos destinada à nitração de propelentes de foguetes.
E) É um tipo de aço empregado como matriz de compósitos.
GABARITO
Os compósitos são, basicamente, formados por:
A alternativa "A " está correta.
Por ser uma interação entre dois componentes básicos, a estrutura de um material compósito é
constituída de uma matriz, uma fase dispersa ou de reforço, e a região da interface.
Sobre o Kevlar, podemos afirmar que:
A alternativa "C " está correta.
O Kevlar é uma fibra polimérica utilizada como reforço em compósitos de alta resistência
mecânica, sendo aplicado em blindagens.
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Abordamos as grandes classes de materiais de engenharia: os metais, cerâmicos, polímeros e
compósitos. Impossível pensar a Engenharia sem a utilização desses materiais que compõem
a base dos projetos de qualquer área. Conhecer as suas peculiaridades é ferramenta basilar
para a atuação profissional do futuro engenheiro.
As principais características desses materiais foram abordadas e suas relações com a
estrutura química foram estabelecidas. As propriedades foram destacadas e as aplicações que
surgem em virtude delas foram mostradas.
Os ensinamentos aqui abordados, ainda que de forma sintética e ampla, representam o
coroamento de todo o aprendizado adquirido e não um fim em si mesmo. Significa, por outro
lado, um estímulo para que o estudante se aprofunde mais no entendimento dos materiais que
estão a sua disposição e possa ir além, projetando e sintetizando novos materiais para
necessidades que são crescentes no meio tecnológico.
AVALIAÇÃO DO TEMA:
REFERÊNCIAS
ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química – questionando a vida moderna. 3. ed. Porto
Alegre: Bookman Companhia, 2006.
CALLISTER Jr.; WILLIAM, D. Materials Science and Engineering: an introduction. [S.l.]: John
Wiley & Sons, 1996.
CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos: características gerais, tratamentos térmicos,
principais tipos. 7 ed. [S.l.]: Associação Brasileira de Metais, 2002.
SOUZA, S. A. Ensaios mecânicos de materiais metálicos. São Paulo: USP, 1992.
SHACKELFORD, J. F. Introduction to Materials Science for Engineers. [S.l.]: Prentice Hall,
1996.
PADILHA, A. F., Materiais de Engenharia – microestruturas e propriedades. [S.l.]: Hemus,
1997.
WILLIAM, F. S. Structure and Properties of Engineering Alloys. [S.l.]: McGraw-Hill, 1992.
EXPLORE+
Leia o artigo Os compósitos e a sua aplicação na reabilitação de estruturas metálicas, de Ana
Mafalda F. M. Ventura, para explorar um pouco mais sobre essa classe de material, que está
crescendo no mercado devido às suas ótimas propriedades físicas, ao baixo peso e baixo
custo.
CONTEUDISTA
Marco Aurélio Souza de Oliveira
 CURRÍCULO LATTES
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