ciencias dios materiais, unidade 2

Prévia do material em texto

05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 1/45
CIÊNCIAS DOS MATERIAISCIÊNCIAS DOS MATERIAIS
POLÍMEROS E CERÂMICOSPOLÍMEROS E CERÂMICOS
Autor: Dr. Gabriel Alves Gomes
Revisor : Luc iano Gald ino
IN IC IAR
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 2/45
introdução
Introdução
Nesta unidade, centralizaremos os esforços no estudo dos polímeros e
cerâmicos, entendendo os principais aspectos que tornam esses produtos
amplamente utilizados e alinhados à tecnologia. Começaremos a estudar os
materiais poliméricos (como os plásticos simples e borrachas, por exemplo),
descrevendo-os em função do seu importante histórico e das suas
características fundamentais que os distinguem dos metais, classe
anteriormente estudada na disciplina.
Abordaremos brevemente as con�gurações das estruturas cristalinas dos
polímeros, fazendo uma releitura do que aprendemos previamente. Veremos
as suas principais classi�cações, debatendo alguns aspectos que
proporcionam a materiais parecidos serem aplicados em campos
completamente distintos da indústria e tecnologia.
Em seguida, trataremos dos materiais cerâmicos com abordagem parecida,
distinguindo as suas características físicas e químicas, explorando as
diversidades de produtos para diferentes con�gurações cristalinas e
entendendo como estes materiais se diferenciam dos anteriores em relação
ao custo de produção e às possibilidades de aplicações.
Por �m, o leitor poderá ter acesso aos novos sistemas de alta tecnologia
construídos com o uso de materiais cerâmicos avançados, como os
nanotubos de carbono e o grafeno, entendendo o motivo destes materiais
serem tão promissores para o futuro próximo.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 3/45
A história da utilização dos materiais poliméricos pelas mãos do ser humano,
principalmente daqueles derivados de plantas e animais, como lã, madeira,
couro e seda, remonta há muitos séculos. Contudo, a partir da segunda
metade do século XIX, diversos materiais baseados em polímeros naturais ou
modi�cados foram desenvolvidos, em geral com o objetivo de substituir
materiais tradicionais.
Segundo Bauer (2019), o início do século XX foi marcado com o que se pode
chamar de o início da “Idade do Plástico”, uma vez que diversas resinas
sintéticas, tais como o PVC, poliestireno, polipropileno, poliuretanos,
poliamidas, dentre outras, foram desenvolvidas a partir de processos de
síntese química e tiveram suas produções em escala industrial iniciadas. A
utilização do PVC na construção civil, na forma de tubos, data da virada da
década de 1930 para a década de 1940.
Assim, desde o término da Segunda Guerra Mundial, o campo dos materiais
foi certamente revolucionado pelo advento dos polímeros sintéticos. Algumas
vantagens dos materiais sintéticos residem no fato destes poderem ser
Introdução aos MateriaisIntrodução aos Materiais
PoliméricosPoliméricos
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 4/45
produzidos a baixo custo, além de suas propriedades poderem ser ajustadas
de forma a tornar muitos destes novos materiais superiores aos seus
análogos naturais.
A seguir, veremos os principais conceitos de polímeros no que concerne à sua
estrutura e cristalinidade.
Estrutura Polimérica
De acordo com Agnelli (2000 apud Bauer, 2019, p. 440), polímeros são
materiais de origem natural, arti�cial (polímeros naturais modi�cados) ou
sintética, de natureza orgânica ou inorgânica, constituídos por muitas
macromoléculas, sendo que cada uma dessas macromoléculas possui uma
estrutura interna em que há a repetição de pequenas unidades ou meros . A
própria palavra polímero já indica a principal forma de arranjo molecular
nesses materiais, do grego poli (muitas) e meros (pequenas partes ou
unidades de repetição).
A utilização de materiais poliméricos na indústria é uma tendência crescente
no Brasil, seja em substituição a materiais tradicionais (como metais, madeira,
cerâmica, dentre outros) ou em conformidade com novos produtos. Dados da
Associação Brasileira da Indústria do Plástico (ABIPLAST, 2019) mostram que
das mais de 6,2 milhões de toneladas de plásticos consumidas no Brasil no
ano de 2018, cerca de 24% foram destinadas a aplicações ligadas à
construção civil. Ainda de acordo com a pesquisa, este é o segundo setor de
maior consumo de resinas termoplásticas no Brasil, atrás somente do setor
de embalagens, que detém cerca de 26% do total de consumo de resinas.
Quanto à forma �nal de utilização, os polímeros podem ser divididos em
plásticos, �bras poliméricas, borrachas ou elastômeros, espumas, tintas e
adesivos. Embora cada polímero, individualmente, apresente características
muito especí�cas que os diferenciam dos demais, é possível apresentar como
principais vantagens dos materiais poliméricos características como: baixo
custo de fabricação, ótima performance como isolantes elétricos,
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 5/45
possibilidades de coloração e simples conformação, imunidade à corrosão e
longa durabilidade (BAUER, 2019, p. 440).
Moléculas Poliméricas
A composição estrutural da maioria dos polímeros decorre de moléculas
orgânicas de hidrocarbonetos , compostos por hidrogênio e carbono. Essas
são estruturas mais simples, em que cada átomo de carbono possui quatro
elétrons elegíveis para ligações covalentes simples, duplas ou triplas, onde
ocorre o compartilhamento de um, dois ou três pares de elétrons,
respectivamente.
O etileno ( ), por exemplo, possui dois átomos de carbono ligados um ao
outro por meio de uma ligação dupla, onde cada um destes também se liga a
dois átomos de hidrogênio por ligação simples. Como exemplo de molécula
com ligação tripla temos o acetileno ( ). Na Figura 2.1 vemos as
representações químicas estruturais do etileno e do acetileno,
respectivamente.
Nos polímeros, as moléculas são muito maiores quando comparadas às dos
hidrocarbonetos, o que faz com que estas sejam chamadas de
macromoléculas. Para os polímeros com cadeias de carbono, por exemplo, a
estrutura de cada cadeia é uma série de átomos de carbono que se ligam, por
ligações simples, a dois átomos de carbono adjacentes.
Monômeros
C2H4
C2H4
Figura 2.1 - Fórmulas estruturais do (a) etileno e (b) acetileno 
Fonte: Elaborada pelo autor.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 6/45
Segundo Askeland e Wright (2014, p. 510), essas longas moléculas são
compostas por entidades estruturais chamadas unidades repetidas ou meros ,
que se repetem sucessivamente ao longo da cadeia. Associados aos meros,
temos ainda os monômeros, a pequena molécula a partir da qual um
polímero é sintetizado. Nesse aspecto, os monômeros são as matérias-primas
utilizadas para obtenção de cada polímero.
De acordo com Bauer (2019, p. 441), o monômero é uma molécula simples,
capaz de reagir por pelo menos duas de suas terminações, que, em condições
adequadas, origina a unidade de repetição (mero) das muitas cadeias
poliméricas que formam o polímero. Como exemplo, temos que o monômero
utilizado na formação do poliestireno (PS) é o estireno (de fórmula estrutural
), assim como no caso do policloreto de vinila (PVC) o monômero
utilizado é o cloreto de vinila (com fórmula química ).
Polimerização
Podemos de�nir como polimerização o conjunto de processos e reações
químicas que conduzem os monômeros a formar polímeros.   Durante o
processo de polimerização, nem todas as cadeias dos polímeros crescem até
um mesmo comprimento, o que resulta em uma distribuição de
comprimentos de cadeias ou de pesos moleculares.
Do ponto de vista tecnológico, dois dos principais processos de polimerização
são: a polimerização em cadeia (duplas ligações de carbono) e a polimerização
em etapas (reações entre os monômeros, que podem ou não formar
subprodutos de baixopeso molecular).
O grau de polimerização (GP) expressa o número médio de unidades
repetidas que formam a cadeia polimérica. Um parâmetro importante a ser
considerado é a distribuição de pesos moleculares do polímero, ou seja, o
grau de diversidade de tamanhos das macromoléculas, também denominado
de coe�ciente de polidispersividade (BAUER, 2019, p. 443).
Dessa forma, polímeros monodispersos ideais (com um único tamanho de
macromolécula) possuem coe�ciente de polidispersividade igual à unidade,
C8H8
ClC2H3
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 7/45
enquanto polímeros comerciais exibem polidispersividade superior a 1.  Este
valor é variável e depende diretamente do processo de síntese.
Homopolímeros e Copolímeros
Quando todas as unidades estruturais repetidas ao longo de uma cadeia são
do mesmo tipo, o polímero resultante é chamado homopolímero. Nesse
aspecto, podemos dizer também que os polímeros deste tipo possuem
macromoléculas formadas por um único padrão de mero. Por outro lado, os
copolímeros são formados por macromoléculas que possuem cadeias
compostas por duas ou mais unidades repetidas diferentes.
Em relação à formação das macromoléculas, os copolímeros podem ser
subdivididos em: aleatórios (duas unidades diferentes �cam dispersas
aleatoriamente ao longo da cadeia), alternados (duas unidades repetidas
alternam posições ao longo da cadeia), em bloco (as unidades repetidas
idênticas �cam aglomeradas, em blocos, ao longo da cadeia) e enxertados (ou
saiba mais
Saiba mais
Os processos de polimerização e síntese de
polímeros de maneira arti�cial não são
experimentos novos, remontando desde a
descoberta moderna das reações em química
orgânica. Ainda assim, os polímeros naturais
vêm sendo utilizados desde os primórdios da
humanidade contemporânea. Acesse o site a
seguir para ter acesso à linha do tempo dos
materiais poliméricos e suas principais
utilizações a cada época, desde 1.000 A.C. até
a década de 2000.
ACESSAR
http://www.gorni.eng.br/hist_pol.html
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 8/45
graftizados). Alguns exemplos de homopolímeros e copolímeros são,
respectivamente, o PVC e o ABS, copolímero de acrolonitrila ( ),
butadieno ( ) e estireno ( ), de fórmula química geral ( •
• )n, em que n representa o número de meros ou unidades
fundamentais da cadeia polimérica.
Polímeros Termoplásticos e Termorrígidos
É possível classi�car um polímero em duas categorias predominantes de
acordo com o seu comportamento sob condições de processamento: os
termoplásticos e os termorrígidos (ou termo�xos).
Os polímeros chamados de termoplásticos apresentam a interessante
capacidade de poderem ser submetidos a processos reversíveis e repetitivos,
sendo amolecidos (ou liquefeitos, eventualmente) com o aumento da
temperatura durante o seu processamento e endurecidos quando resfriados.
A essa possibilidade de reversão se dá o nome de reciclagem mecânica,
fazendo com que os termoplásticos sejam polímeros recicláveis por natureza.
Embora os termoplásticos sejam extremamente macios e moldáveis, uma
eventual degradação irreversível pode ocorrer quando a temperatura de um
polímero termoplástico fundido é aumentada excessivamente. Peças desses
materiais são fabricadas, geralmente, com aplicação simultânea de calor e
pressão. Alguns exemplos de polímeros que exibem essas características
termoplásticas são o polietileno (PE), o poliestireno (PS) e o polietileno
tereftalato (PET), com respectivas fórmulas estruturais ( )n, ( )n e (
)n.
NC3H3
C4H6 C8H8 C8H8
C4H6 NC3H3
C2H4 C8H8
C10H8O4
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 9/45
Os polímeros termorrígidos são materiais plásticos que, ao serem
processados para a formação das cadeias poliméricas, tornam-se
permanentemente rígidos, não amolecendo quando submetidos a condições
de aquecimento. Segundo Callister e Rethwisch (2018, p. 514), as ligações
covalentes cruzadas entre cadeias moleculares, durante os tratamentos
térmicos, prendem essas cadeias umas às outras, de forma a criar uma
resistência aos movimentos de vibração e rotação da cadeia em temperaturas
elevadas.
reflita
Re�ita
Alguns polímeros possuem uso especial em construção civil
ou aplicações relacionadas. O plástico que chamamos de
acrílico (em geral o polimetilmetacrilato, obtido a partir da
polimerização do metil metacrilato) apresenta como
características elevadíssima transparência e brilho, assim
como baixa densidade, sendo amplamente utilizado em
aplicações com papel decorativo na construção civil, tal como
no revestimento de banheiras, aparelhos de iluminação,
paredes divisórias, domos, tapa-vistas e em substituição ao
vidro. Você consegue imaginar a quantidade de material
acrílico que existe agora no seu ambiente de estudos?
Fonte: Adaptado de Bauer (2019).
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 10/45
Figura 2.2 - Um tubo de polietileno tereftalato (PET) 
Fonte: Frank Murmann / Wikimedia Commons .
Assim, somente um aquecimento até temperaturas excessivas poderá levar
ao rompimento dessas ligações cruzadas e a consequente degradação do
polímero. Os polímeros termorrígidos são, em geral, mais rígidos e mais
resistentes do que os termoplásticos, e também possuem melhor estabilidade
dimensional. Alguns exemplos de polímeros termorrígidos são as borrachas
vulcanizadas, epóxis e   algumas resinas poliéster, como o PRFV (plástico
reforçado com �bras de vidro, também conhecido como �berglass ).
Figura 2.3 - Um piso feito com aplicação de resina epóxi, chamado também
de porcelanato líquido 
Fonte: Leoborbaaa / Wikimedia Commons .
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 11/45
praticar
Vamos Praticar
Segundo Manrich (2013, p. 232), podemos considerar como plásticos os materiais
arti�ciais formados pela combinação do carbono com oxigênio, hidrogênio,
nitrogênio e outros elementos orgânicos ou inorgânicos, que, embora sólidos no
seu estado �nal, em alguma fase de sua fabricação apresentam-se sob a condição
líquida, podendo, então, ser moldados nas formas desejadas.
MANRICH, S. Processamento de termoplásticos . 2. ed. São Paulo: Artliber, 2013.
Sobre os polímeros, é possível a�rmar que:
a) Durante o processo de polimerização, as cadeias poliméricas dos
polímeros necessariamente crescem até atingirem o mesmo comprimento.
b) Os copolímeros são formados por macromoléculas que possuem cadeias
compostas por duas ou mais unidades repetidas diferentes.
c) Todos os processos de processamento e conformação de polímeros são
reversíveis.
d) Os termoplásticos não podem ser facilmente moldados por processos
térmicos.
e) Os termo�xos podem ser facilmente modelados por tratamentos térmicos.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 12/45
Nos polímeros, como as reações envolvem moléculas inteiras em vez de
apenas átomos, os arranjos atômicos que de�nem os estados cristalinos são
bem mais complexos que nos metais. Podemos dizer que a cristalinidade de
um polímero se relaciona com o estado de compactação das cadeias
moleculares a �m de produzir um arranjo atômico ordenado, em que as
estruturas cristalinas podem ser descritas em termos de células unitárias
mais complexas.
De acordo com Callister e Rethwisch (2018), considerando substâncias
moleculares, tais como o metano e a água, que possuem moléculas muito
pequenas, geralmente são totalmente amorfas - como é o caso dos líquidos -,
ou totalmente cristalinas, como é o caso dos sólidos. Por consequência do seu
tamanho e de sua frequente complexidade, as moléculas que compõem os
polímeros são, normalmente, apenas parcialmente cristalinas (ou
semicristalinas), com regiões cristalinas dispersas no material amorfo
restante.
Cristalinidade dosCristalinidade dos
Polímeros e AplicaçõesPolímeros e Aplicações
05/06/22,16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 13/45
Grau de Cristalinidade
As propriedades físicas (mecânicas e térmicas) dos materiais poliméricos são
in�uenciadas, em certo aspecto, pelo seu grau de cristalinidade. Os polímeros
cristalinos, considerando aspectos gerais, são mais resistentes
mecanicamente e, também,  mais resistentes à dissolução e ao amolecimento
pelo calor.
Fusão e Transição Vítrea
A fusão de um cristal polimérico corresponde à transformação de um material
sólido, que contém uma estrutura ordenada de cadeias moleculares
alinhadas, em um líquido viscoso no qual a estrutura é altamente aleatória.
Normalmente, esse fenômeno ocorre, sob aquecimento, na temperatura de
fusão ( ). Existem várias características distintas na fusão dos polímeros que
normalmente não são observadas nos metais e nos materiais cerâmicos que
estudaremos mais adiante. Essas características próprias são consequência
das estruturas moleculares dos polímeros e da sua morfologia cristalina.
A fusão dos polímeros ocorre ao longo de uma faixa bem de�nida de
temperaturas, onde o comportamento do processo de fusão depende do
histórico da amostra, em particular da temperatura na qual ela foi
cristalizada. O comportamento aparente da fusão é uma função da taxa de
aquecimento: o aumento dessa taxa resulta em uma elevação da temperatura
de fusão.
Em contrapartida, a transição vítrea ocorre devido a uma redução no
movimento de grandes segmentos de cadeias moleculares causada pelo
resfriamento dos polímeros amorfos ou semicristalinos. Nesse aspecto, a
transição vítrea corresponde a uma transformação gradual de um líquido em
um material “borrachoso” e, �nalmente, em um sólido rígido (CALLISTER;
RETHWISCH,  2018, p. 550).
De acordo com Shackelford (2008, p. 293), a temperatura de transição vítrea (
) corresponde à temperatura na qual o polímero apresenta a transição do
Tf
Tv
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 14/45
estado “borrachoso” para o estado sólido rígido. Segundo Callister e
Rethwisch (2018, p. 551), essa sequência de eventos ocorre na ordem inversa
quando um vidro rígido em uma temperatura abaixo da temperatura de
transição vítrea é aquecido.
As temperaturas de fusão e de transição vítrea são parâmetros cruciais
relacionados com as aplicações em serviço dos polímeros. A temperatura de
transição vítrea pode de�nir a temperatura superior para o uso de materiais
amorfos vítreos ou polímeros semicristalinos. Além disso, os valores de e
de também in�uenciam os procedimentos de fabricação e de
processamento para os polímeros e os compósitos de matriz polimérica.
Principais classes de polímeros
Existem muitos tipos diferentes de materiais poliméricos que nos são
familiares e para os quais existe uma grande variedade de aplicações. Uma
maneira de classi�car esses materiais é de acordo com sua aplicação �nal.
Segundo Callister e Rethwisch (2018, p. 531), os vários tipos de polímeros
podem ser subdivididos em classes, que   compreendem os plásticos, os
elastômeros (ou borrachas), as �bras, os revestimentos, os adesivos, as
espumas e os �lmes. Dependendo de suas propriedades, um polímero
especí�co pode ser usado em duas ou mais dessas categorias de aplicação.
Um plástico, por exemplo, em condições favoráveis pode constituir-se em um
elastômero satisfatório, assim como algumas �bras poliméricas podem ser
usadas como um plástico se não estiverem distribuídas em �lamentos.
A seguir, de�niremos algumas dessas classes de polímeros com exemplos de
algumas aplicações.
Plásticos e Elastômeros
Os materiais plásticos constituem a maior parte dos produtos a partir de
polímeros, sendo aplicados nos mais diversos usos. Por serem tão versáteis e
Tf
Tv
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 15/45
diversos em aplicações, muitas vezes são interpretados erroneamente como
sinônimos de polímeros, e não uma classe dentro desses materiais.
Entretanto, para serem considerados plásticos, os polímeros devem ser
usados abaixo de sua temperatura de transição vítrea (caso amorfos) ou
abaixo de sua temperatura de fusão (se apresentarem algum grau de
cristalinidade). Com efeito, os materiais plásticos podem ser subclassi�cados
em termoplásticos ou termorrígidos e vários destes exibem propriedades
excepcionais. Como exemplo, para aplicações nas quais o produto tenha
alguma transparência ótica, o poliestireno (PS) e o polimetacrilato de metila
(PMMA) são especialmente bem adequados. Os �uorocarbonos (te�on) são
usados como revestimentos não aderentes em utensílios de cozinha, em
mancais e buchas, e em componentes eletrônicos que operam em
temperaturas elevadas. 
No caso dos materiais elastoméricos, uma das propriedades fascinantes
destes é sua elasticidade, semelhante à de uma borracha. De acordo com
Callister e Rethwisch (2018, p. 546), esses materiais possuem a capacidade de
serem deformados até níveis de deformação bastante grandes e então
retornarem elasticamente, como uma mola, à sua forma original. Isso resulta
reflita
Re�ita
Com esses exemplos que vimos de plásticos e materiais
elastoméricos, você conseguiria elaborar uma lista com todos
os itens do ambiente onde está agora que possam apresentar
em sua composição alguma parte feita de polímeros? Re�ita
um pouco mais e tente elaborar alguma justi�cativa para o uso
desses materiais nos produtos que você anotou.
Fonte: Elaborado pelo autor.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 16/45
de ligações cruzadas no polímero, as quais proporcionam uma força para
retornar as cadeias à sua conformação não deformada.
Figura 2.4 - Rolos de te�on, material plástico usado em revestimentos de
canos e juntas 
Fonte: Cjp24 / Wikimedia Commons .
Em muitos elastômeros a formação das ligações cruzadas é realizada por um
processo chamado vulcanização, que é realizado por meio de uma reação
química irreversível, conduzida normalmente em uma temperatura bastante
Figura 2.5 - A superfície de um pneu de borracha, material elastomérico
moldável 
Fonte: Spone / Wikimedia Commons .
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 17/45
elevada. As propriedades e aplicações dos elastômeros são típicas e
dependem do grau de vulcanização e do reforço utilizado.
Como exemplo, temos a borracha natural que ainda é muito utilizada, pois
apresenta uma combinação muito favorável de propriedades desejáveis,
como boa resistência a cortes e entalhes, além de ótimas propriedades de
isolamento elétrico.
Fibras
A maioria das �bras poliméricas comerciais é usada na indústria têxtil, sendo
tecidas ou costuradas em panos ou tecidos. A grande característica desses
materiais é a ampla capacidade de serem estirados na forma de longos
�lamentos, que podem ter comprimento de até cem vezes o seu diâmetro.
A conveniência em lavar e manter tecidos depende principalmente das
propriedades térmicas da �bra polimérica. Além disso, segundo Callister e
Rethwisch (2018, p. 558), as �bras poliméricas devem exibir estabilidade
química em uma variedade considerável de ambientes, incluindo meios
ácidos e básicos, alvejantes, solventes de lavagem a seco e à luz do sol, além
de serem relativamente não in�amáveis e suscetíveis à secagem.
Revestimentos, Filmes e Espumas
Frequentemente, revestimentos são aplicados às superfícies de materiais com
a função de proteger o item de uma condição como corrosão ou deterioração,
proporcionar isolamento elétrico ou   mesmo melhorar a aparência do
produto. Muitos dos componentes presentes nos materiais usados como
revestimentos são polímeros e a maioria desses são de origem orgânica.
Esses revestimentos orgânicos enquadram-se em várias classi�cações
diferentes, como tintas, vernizes e esmaltes.
Uma ampla aplicação dos materiais poliméricos se dá na forma de �lmes
delgados (com espessuras entre 0,025 mm e 0,125mm), que são fabricados e
usados largamente como sacos para embalagem de produtos alimentícios e
outros artigos, como produtos têxteis, além de uma gama de outras
�nalidades. Os materiais produzidos e usados como �lmes exibem
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 18/45
características importantes que incluem baixa densidade, alto grau de
�exibilidade, elevados limites de resistência ao rasgo, resistência ao ataque
pela umidade e por outros produtos químicos, entre outros. Alguns dos
polímeros que atendem a esses critérios e que são fabricados na forma de
�lmes são o polietileno (PE), o polipropileno (PP), o celofane e o acetato de
celulose.
As espumas são materiais plásticos que contêm uma porcentagem
volumétrica relativamente elevada de pequenos poros e bolhas de gás
aprisionadas. Tanto os materiais termoplásticos quanto os termorrígidos
podem ser empregados como espumas, e incluem o poliuretano (PU), a
borracha, o poliestireno (PS) e o policloreto de vinila (PVC). As espumas são
usadas geralmente como almofadas em automóveis e móveis, assim como
em embalagens e como isolamento térmico.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 19/45
Polímeros Avançados
Uma ampla variedade de novos materiais poliméricos com combinações
únicas e desejáveis de propriedades tem sido alvo de pesquisas e
desenvolvimento ao longo dos últimos anos. Esses novos polímeros, muitas
vezes, encontraram nichos em novas tecnologias ou funcionam como
substitutivos de outros materiais.
Como exemplo,  temos o polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE),
que exibe características impressionantes não disponíveis no polietileno (PE)
comum, como resistência ao impacto extremamente elevada, assim como ao
desgaste e abrasão, e excelentes propriedades a baixas temperaturas. Essa
saiba mais
Saiba mais
Nas espumas, a densidade é um fator crucial
para determinar a amplitude de suas
aplicações. Normalmente vem indicado pela
letra “D” seguida do número que relaciona a
quantidade de matéria-prima (geralmente
poliuretano) no produto. Indiretamente,
fornece uma leitura do quanto de massa
aquele material suporta sem sofrer
deformações permanentes. As espumas
viscoelásticas, por exemplo, possuem uma
lenta recuperação e baixa densidade,
exibindo propriedades de alta elasticidade,
absorção de impacto e de vibrações (como o
som). Por essas características, são utilizadas
em travesseiros de alto conforto, camas
hospitalares, assentos etc. Veja algumas
classi�cações de espumas �exíveis no vídeo
recomendado abaixo.
ACESSAR
https://www.poliuretanos.com.br/Cap3/35propriedades.htm
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 20/45
combinação não usual de propriedades leva a numerosas e diversas
aplicações para esse material, que incluem, entre outras, coletes à prova de
balas, capacetes militares balísticos, linhas de pesca, superfícies de pistas de
boliche e de rinques de patinação no gelo, próteses biomédicas e �ltros para
sangue.
Outro interessante produto desta categoria são os cristais líquidos
poliméricos (LCP), um grupo de materiais quimicamente complexos e
estruturalmente distintos que possuem propriedades únicas e são utilizados
em diversas aplicações tecnológicas. Esses materiais exibem comportamentos
importantes, tais como excelente estabilidade térmica, podendo ser usados
em temperaturas tão elevadas quanto 230°C, alta rigidez e elevada resistência
a impactos, que é conservada mesmo quando o material é resfriado até
temperaturas relativamente baixas.
Os LCPs são empregados extensivamente pela indústria de componentes
eletrônicos (como em dispositivos de interconexão, carcaças de relés e de
capacitores, suportes etc.), pela indústria de equipamentos médicos (em
componentes que devem ser esterilizados repetidamente) e em
fotocopiadoras e componentes de �bras ópticas. O principal uso dos cristais
líquidos poliméricos é em mostradores de cristal líquido (LCD - liquid crystal
display ) de relógios digitais, monitores de computador e televisores de tela
plana, entre outros mostradores digitais.
praticar
Vamos Praticar
A cristalinidade de um polímero está intimamente relacionada com o estado de
compactação das cadeias moleculares, com intuito de produzir um arranjo atômico
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 21/45
ordenado, de forma semelhante ao que ocorre nos metais. A diferença aqui é que
os átomos que compõem os sítios cristalinos residem em uma estrutura molecular
complexa, o que pode produzir substâncias totalmente amorfas ou totalmente
cristalinas. Sobre a cristalinidade dos polímeros e suas aplicações, pode-se dizer
que:
a) O grau de cristalinidade de um polímero pode variar desde
completamente amorfo (0% de cristalinidade) até quase totalmente cristalino.
b) A temperatura de fusão é uma característica que corresponde à maior
temperatura possível em um polímero, não podendo ser aumentada.
c) A temperatura de transição vítrea corresponde à temperatura na qual o
polímero apresenta a transição do estado sólido rígido para o estado
“borrachoso”.
d) A vulcanização é o principal processo utilizado na fabricação de espumas,
sendo normalmente conduzido em temperatura ambiente.
e) Os �lmes exibem características como alta densidade, baixo grau de
�exibilidade e alta fragilidade.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 22/45
A indústria da cerâmica é uma das mais antigas do mundo em vista da
facilidade de fabricação e abundância de matéria-prima a partir do barro (ou
argilas). Sua utilização data desde o período neolítico, com a descoberta do
endurecimento do barro por meio de um processo de aquecimento chamado
de cozimento . Posteriormente, com o uso de barros diversos, provavelmente
pelo uso de argilas com mais baixo ponto de fusão, surgiram os materiais
vidrados e vitri�cados. O desenvolvimento das cerâmicas de forma mais
extensiva remonta à China do século VII, com a fabricação da porcelana, até a
Inglaterra em XVIII, com o surgimento da louça branca.
A partir daí houve grande desenvolvimento dessa indústria, sobretudo
baseada em estudos de laboratórios especializados, que permitiram criar
tipos especiais de fornos, moldagem a seco, porcelanas de alta resistência etc.
De acordo com Bauer (2019), dentre os materiais cerâmicos podem-se citar:
os comuns (de cerâmica vermelha, cerâmica branca, cerâmica de
revestimento, entre outros), os refratários (materiais refratários conformados,
Introdução aos MateriaisIntrodução aos Materiais
CerâmicosCerâmicos
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 23/45
especiais densos, básicos, para uso geral, entre outros) e os abrasivos (grãos
abrasivos, abrasivos aglomerados, abrasivos aplicados em lixas, entre outros).
Estrutura das Cerâmicas
De modo geral, os materiais cerâmicos são compostos por pelo menos dois
elementos e suas estruturas cristalinas são frequentemente mais complexas
que as dos metais. Segundo Callister e Rethwisch (2018), a ligação atômica
nesses materiais varia desde puramente iônica até totalmente covalente, com
uma porcentagem da natureza iônica que varia desde 89% para o �uoreto de
cálcio ( ), a 12% para o carbeto de silício (SiC).  Muitas cerâmicas exibem
uma combinação desses dois tipos de ligação, sendo o grau da natureza
iônica dependente das eletronegatividades dos átomos.
Estruturas cristalinas cerâmicas estáveis são formadas quando os ânions que
envolvem um cátion estão todos em contato com este. Segundo Callister e
Rethwisch (2018, p. 429), o número de coordenação (número de ânions
vizinhos mais próximos para um cátion) está relacionado com a razão entre
os raios do cátion e do ânion.
Essa é uma das premissas da primeira regra de Pauling: para um número de
coordenação especí�co, existe uma razão mínima para a qual essecontato
cátion-ânion é estabelecido. Se o raio do cátion for menor que um limite de
estabilidade (onde os ânions se tocam), este não estará mais em contato com
os ânions, resultando em instabilidade e, consequentemente, em um número
de coordenação baixo. A Figura 2.6 ilustra as con�gurações estável e instável
da relação ânion-cátion. 
CaF2
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 24/45
As diferentes estruturas cristalinas dos cerâmicos obedecem tanto à relação
dos raios iônicos quanto à distribuição geométrica cátion-ânion em uma
célula unitária. Veremos a seguir os três principais tipos de estruturas
encontrados nas cerâmicas.
Estruturas cristalinas do tipo AX
Os materiais cerâmicos mais comuns são aqueles em que os números de
cátions e de ânions são exatamente iguais. Esses materiais são
frequentemente designados como compostos AX, em que A representa o
cátion e X representa o ânion. A estrutura mais comum dessa classe é a do
cloreto de sódio (NaCl), conhecido cotidianamente como sal de cozinha. Nesta
estrutura, o número de coordenação tanto para os cátions quanto para os
ânions é 6, deixando a razão dos raios do cátion e do ânion na faixa entre
0,414 e 0,732 (CALLISTER; RETHWISCH, 2018, p. 432).
Na Figura 2.7 é possível ver uma célula unitária para essa estrutura cristalina,
gerada a partir de um arranjo entre duas redes CFC que se interpenetram:
uma para os ânions, com um cátion localizado no centro do cubo, e outra
para os cátions, com um cátion no centro de cada uma das 12 arestas do
cubo.
Figura 2.6 - Con�gurações de coordenação ânion-cátion estável e instável. No
limite de estabilidade, a razão =0,414 
Fonte: Adaptado de Matthew Rollings / Wikimedia Commons .
/rC rA
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 25/45
Além do cloreto de sódio, alguns dos materiais cerâmicos comuns formados
com essa estrutura cristalina são o óxido de magnésio (MgO), �uoreto de lítio
(LiF) e o óxido de ferro (FeO).
Estruturas cristalinas do tipo 
Se as cargas dos cátions e dos ânions não forem as mesmas, poderá existir
um composto com a fórmula química , como no caso do composto
. Na �gura 2.8 é ilustrada uma estrutura cristalina típica dessa classe, a
�uorita ( ).
Figura 2.7 - Célula unitária para a estrutura cristalina CFC do cloreto de sódio
(NaCl), com os íons Cl- (azuis) e Na+ (verdes) 
Fonte: Benjah-bmm27 / Wikimedia Commons .
AmXp
AmXp
AX2
CaF2
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 26/45
Como é possível ver na �gura, os íons cálcio estão posicionados nos centros
de cubos, enquanto os íons de �úor estão nos vértices, onde existe apenas
metade do número de íons em relação ao número de íons . No
caso da �uorita, o número de coordenação é igual a 8 devido à razão entre os
raios iônicos ser próxima de 0,8.
Estruturas Cristalinas do tipo 
É possível ainda que os compostos cerâmicos possuam mais de um tipo de
cátion, nestes casos, as fórmulas químicas do tipo designam os
dois tipos de cátions (A e B) relacionados ao ânion X. Um exemplo de
composto com essa estrutura é o titanato de bário ( ), que possui os
cátions e .
Na Figura 2.9 podemos observar uma célula unitária dessa estrutura e na
Figura 2.10 a aparência de um disco fabricado com esse material. Perceba que
os íons estão localizados em todos os oito vértices do cubo, enquanto
um único íon está no centro do cubo, com os íons localizados no
centro de cada uma das seis faces. Neste material, a estrutura cristalina será
cúbica em temperaturas acima de 120°C.
Figura 2.8 - Célula unitária para a estrutura cristalina da �uorita ( ) 
Fonte: Benjah-bmm27 / Wikimedia Commons .
CaF2
Ca2+ F −
AmBnXp
AmBnXp
BaT iO3
Ba2+ T i4+
Ba2+
T i4+ O2−
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 27/45
Algumas estruturas cristalinas podem ser descritas em termos   do
empilhamento dos planos compactos de íons, criando pequenos sítios
intersticiais (regiões entre ânions) a partir desses empilhamentos, gerando
redes cristalinas diferentes para cada região. Uma estrutura cristalina
cerâmica do tipo que pode ser ilustrada desta forma é a estrutura
de espinélio, encontrada comumente no aluminato de magnésio ( ).
Figura 2.9 - Estrutura cristalina do titanato de bário ( ) 
Fonte: Groer / Wikimedia Commons .
BaT iO3
Figura 2.10 - Um disco cerâmico do titanato de bário 
Fonte: Materialscientist / Wikimedia Commons .
AmBnXp
MgAl2O4
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 28/45
Figura 2.11 - Célula unitária para a estrutura cristalina de espinélio da
magnetita ( ) e o minério em seu estado natural 
Fonte: David Schrupp / Wikimedia Commons .
Nessa estrutura, os íons formam uma rede CFC, enquanto os íons
 preenchem sítios tetraédricos e os íons alojam-se em posições
octaédricas. As cerâmicas magnéticas, ou ferritas, apresentam uma estrutura
cristalina que é uma ligeira variação dessa estrutura do espinélio, e as
características magnéticas são afetadas pela ocupação das posições
tetraédricas e octaédricas (CALLISTER; RETHWISCH, 2018, p. 434).
Cerâmicas à Base de Silicatos
A de�nição básica dos silicatos é de que são materiais compostos
principalmente por silício e oxigênio. Como estes são os dois elementos mais
abundantes na crosta terrestre, a maior parte dos solos, rochas, argilas e
areia enquadra-se nesta classi�cação de silicatos.
De acordo com Callister e Rethwisch (2018, p. 436-437), em vez de caracterizar
as estruturas cristalinas desses materiais em termos de células unitárias, é
mais conveniente usar vários arranjos de um tetraedro de . A Figura
2.12 ilustra uma con�guração da rede tetraédrica silício-oxigênio. É possível
perceber que átomo de silício ( ), posicionado no centro do tetraedro,
está ligado a quatro átomos de oxigênio ( ), localizados nos vértices do
tetraedro.
Fe3O4
O2−
Mg2+ Al3+
SiO4
Si4+
O2−
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 29/45
A sílica, ou dióxido de silício (representada quimicamente por ), é o
silicato que possui estrutura química mais simples. A con�guração desse
material é uma rede tridimensional gerada pelo compartilhamento dos
átomos de oxigênio (localizados nos vértices de cada tetraedro) por
tetraedros adjacentes. Nessa estrutura, o material se forma eletricamente
neutro, em que todos os átomos têm estruturas eletrônicas estáveis.
A sílica também pode existir como um sólido cristalino quando o arranjo
tetraédrico ocorre de maneira ordenada, ou vidro não cristalino, chamado de
sílica vítrea, com alto grau de aleatoriedade atômica. Outros óxidos também
podem formar estruturas vítreas e amorfas, os quais são chamados de
formadores de rede.
Em contrapartida, os vidros inorgânicos comuns (usados para recipientes e
janelas) são vidros à base de sílica, aos quais foram incorporados outros
óxidos aditivos (tais como CaO e ) na rede do . Esses óxidos
modi�cam a estrutura cristalina e são chamados de modi�cadores de rede. A
adição desses modi�cadores tende a reduzir o ponto de fusão e a viscosidade
de um vidro, tornando mais fácil sua conformação em temperaturas mais
baixas.
Estruturas à Base de Carbono
Ainda que não seja o elemento mais recorrente encontrado na Terra, o
carbono é o quarto elemento mais abundante no universo, atrás do
Figura 2.12 - Representação do tetraedro silício-oxigênio 
Fonte: Michel Bakni / Wikimedia Commons .
SiO2
N Oa2 SiO4
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 30/45
hidrogênio, hélio e oxigênio. A importância do carbono para a vida terrestre é
fundamental, sendo o segundo elemento mais abundante em massa no corpo
humano, e constitui um elemento básico para todas as formas de vida. Este
mineral existe na natureza em sua forma bruta elementar e tem sido usado
pelas civilizações desde ostempos pré-históricos remotos.
Atualmente, o número de pesquisas e desenvolvimento de produtos
envolvendo as diferentes formas de carbono crescem a cada dia,
capitaneadas pelas combinações únicas das propriedades deste material,
tornando-o importante em diversos setores industriais.
Alotropia do Carbono: Diamante e Gra�ita
O carbono é um elemento que existe em duas formas alotrópicas: o diamante
e a gra�ta, assim como no estado amorfo. De acordo com as estruturas
desses materiais baseados em carbono, algumas vezes a gra�ta é
referenciada como um material cerâmico (embora esta não seja uma regra, já
que este grupo de materiais não se enquadra realmente em qualquer um dos
esquemas de classi�cação tradicionais para metais, cerâmicas e polímeros).
O diamante é um polimorfo metaestável do carbono à temperatura ambiente
e sob pressão atmosférica normal, podendo degradar-se nestas condições ao
longo do tempo. Além disso, os diamantes podem ser sintetizados
industrialmente (transformação da gra�te a pressões elevadas) ou formados
naturalmente. Sua estrutura cristalina é do tipo AX, sendo representada pela
sua cristalização no sistema cúbico, em que cada átomo de carbono se liga a
outros quatro outros átomos de carbono por ligações covalentes
extremamente fortes. De acordo com Bauer (2019, p. 163), é o material mais
duro de ocorrência natural conhecido, sendo frequentemente utilizado para
testes de resistência ao risco, em que o diamante é classi�cado no valor mais
alto da escala de Mohs.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 31/45
Figura 2.13 - Uma pedra de diamante no seu estado bruto (natural) e sua
estrutura cristalina cúbica, com sítios tetraédricos formados pelo carbono 
Fonte: Pieter Kuiper  / Wikimedia Commons .
A gra�ta, ou gra�te, é outro polimorfo do carbono, estável à temperatura e
pressão ambientes, que apresenta estrutura cristalina hexagonal e,
diferentemente do diamante, é um condutor elétrico. Na estrutura da gra�ta,
os átomos de carbono estão localizados nos vértices de hexágonos regulares
que se interconectam e que �cam em planos paralelos na base do hexágono.
Por suas ótimas propriedades elétricas, a gra�ta possui amplas aplicações
tecnológicas, sendo utilizada na fabricação de motores e peças eletrônicas,
como eletrodos e baterias.
Figura 2.14 - Um minério de gra�ta em seu estado bruto e sua estrutura
cristalina hexagonal 
Fonte: Anton e Karelj  / Wikimedia Commons .
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 32/45
praticar
Vamos Praticar
Os materiais cerâmicos podem se apresentar de diferentes formas e níveis de
cristalinidade, o que os torna versáteis nas mais diversas aplicações industriais. De
acordo com o que foi estudado, analise as informações abaixo e julgue a que estiver
correta.
a) Os materiais cerâmicos não podem ser compostos por mais de um
elemento.
b) As estruturas cristalinas cerâmicas são sempre estáveis.
c) As ferritas são cerâmicas magnéticas que apresentam estrutura hexagonal.
d) Os silicatos são materiais compostos principalmente por silício e carbono.
e) O diamante e a gra�ta são formas alotrópicas ou polimór�cas do carbono.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 33/45
A maioria dos materiais cerâmicos enquadra-se em um esquema de
classi�cação que inclui aplicações dos seguintes grupos: vidros, produtos
estruturais à base de argila, louças brancas, refratários, abrasivos, cimentos,
carbonos, e as cerâmicas avançadas recentemente desenvolvidas. Vamos
desenvolver ao longo deste tópico as principais características e aplicações de
quatro destes grupos, os principais usualmente utilizados como produtos
pessoais e em projetos de Engenharia.
Materiais Vitrocerâmicos
Os vidros são um grupo familiar de cerâmicas, com as mais diversas
aplicações, como na fabricação de recipientes, nas lentes e na �bra de vidro.
Eles consistem em silicatos não cristalinos que contêm outros óxidos e
possuem características como transparência óptica e facilidade de fabricação.
O processo térmico de cristalização é usualmente empregado na maioria dos
vidros inorgânicos visando sua transformação do estado amorfo para um
Processamento eProcessamento e
Aplicações das CerâmicasAplicações das Cerâmicas
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 34/45
estado cristalino. Esse processo é conduzido em altas temperaturas, em que o
produto �nal é um material policristalino chamado de vitrocerâmico
De acordo com Callister e Rethwisch (2018, p. 481), os materiais
vitrocerâmicos comumente apresentam características como resistência
mecânica relativamente elevada, baixo coe�ciente de expansão térmica (para
evitar choques térmicos), propriedades para utilização em temperaturas
relativamente elevadas, boas propriedades dielétricas (para aplicações em
encapsulamento de componentes eletrônicos), e boa compatibilidade
biológica.
Esses materiais são comumente usados em produtos que devam ser
resistentes a impactos e a trocas térmicas, como peças para serem
submetidas ao forno, janelas de fornos e tampas de panelas e fogões. Eles
também servem como isolantes elétricos e como substratos para placas de
circuitos impressos, e podem ser utilizados também em trocadores de calor e
como revestimentos em arquitetura, podendo ser fabricados opticamente
transparentes ou opacos.
Materiais Refratários
Os materiais refratários são comercializados de diversas formas, sendo os
tijolos a forma mais comum e utilizada em larga escala. As propriedades que
distinguem esses materiais incluem a capacidade de se manterem íntegros
mesmo em altas temperaturas, proporcionar isolamento térmico satisfatório
e serem altamente resistentes à corrosão.
São utilizados também nos revestimentos de fornos, fabricação de vidros,
tratamentos térmicos em metalurgia e geração de energia. As composições
desses materiais incluem diversos óxidos, entre os quais se destacam o óxido
de alumínio (alumina, ), dióxido de silício (sílica, ) e o óxido de
ferro ( ).
É possível a�rmar, segundo critérios de projeto, que o desempenho de um
material refratário obedece algumas classi�cações, geralmente de acordo
Al2O3 SiO2
Fe2O3
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 35/45
com a sua composição, dentre as quais podemos citar:
Refratários silicoaluminosos: argilas refratárias de alta pureza
contendo alumina e sílica (em torno de 25 a 45% em peso de
alumina), muito resistentes termicamente (até temperaturas em
torno de 1500°C), sendo empregados na construção de fornos;
Refratários à base de sílica: capacidade de suportar cargas em
temperaturas elevadas, podem ser utilizados em temperaturas tão
elevadas quanto 1650°C e costumam ser utilizados em tetos de
fornos para a fabricação de aços e vidros;
Refratários básicos: materiais ricos em magnésia (MgO), são
especialmente resistentes ao ataque por escórias, contendo
concentrações elevadas de MgO e de CaO, e encontram extensa
aplicação em alguns fornos de produção e re�no de aços;
Refratários especiais: são os óxidos utilizados para aplicações
especí�cas e possuem coe�cientes de pureza extremamente
elevados. Entre outros elementos (como alumina, sílica, magnésia,
berília e zircônia), o carbeto de silício tem sido usado em elementos
de aquecimento por resistência elétrica e em componentes internos
de fornos. O carbono e gra�ta também são refratários, mas possuem
aplicação limitada, já que podem oxidar em temperaturas próximas a
800°C.
A seguir, estudaremos brevemente outra importante categoria de materiais
cerâmicos, os cimentos, largamente empregados em ações estruturais.
Cimentos
Vários materiais cerâmicos familiares são classi�cados como cimentos
inorgânicos, entre eles o cimento, gesso de paris e cal, os quais, como um
grupo, são produzidos em quantidades extremamente grandes. Para Callistere Rethwisch (2018, p. 492), a característica especial desses materiais é que,
quando misturados com água, formam uma pasta que, em sequência, reage e
endurece. Esse comportamento é especialmente útil no sentido de que
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 36/45
estruturas sólidas e rígidas com praticamente qualquer forma podem ser
moldadas com rapidez.
Além disso, alguns desses materiais atuam como uma fase de união, que
aglutina quimicamente agregados particulados para formar uma única
estrutura coesa. Sob tais circunstâncias, o papel do cimento é semelhante ao
da fase vítrea de união que se forma quando produtos à base de argila e
alguns tijolos refratários são cozidos. Uma diferença importante, no entanto,
é o fato de que no cimento a ligação se desenvolve à temperatura ambiente
(CALLISTER; RETHWISCH, 2018, p. 472).
Entre esse grupo de materiais, o cimento portland é o consumido em maior
quantidade, sendo empregado principalmente em argamassa e em concreto
para aglutinar agregados de partículas de areia e/ou cascalho. As
propriedades do cimento portland, como sua resistência �nal, dependem em
grande parte da sua composição (SHACKELFORD, 2008).
O cimento portland é denominado cimento hidráulico, pois sua dureza se
desenvolve por reações químicas com a água. Outros cimentos, como a cal
(CaO), não são hidráulicos, já que outros compostos que não a água (por
exemplo, o ) estão envolvidos na reação de endurecimento.
Cerâmicas Avançadas
Embora as cerâmicas tradicionais discutidas anteriormente correspondam à
maior parte da produção, o desenvolvimento de novas cerâmicas,
denominadas cerâmicas avançadas, continuará a estabelecer nichos
proeminentes em nossas tecnologias de ponta.
As cerâmicas avançadas incluem materiais que são usados em aplicações
inovadoras e tecnológicas de ponta, como os sistemas micromecânicos e os
nanocarbonos. Em particular, as combinações de propriedades exclusivas das
cerâmicas com as excelentes propriedades elétricas, magnéticas e ópticas que
esses novos materiais proporcionam, vêm sendo exploradas em uma gama
de novos produtos que discutiremos brevemente a seguir.
CO2
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 37/45
Sistemas Micromecânicos
Estes são sistemas “inteligentes” em miniatura e consistem em um grande
número de dispositivos mecânicos so�sticados, integrados a grandes
quantidades de elementos elétricos em um substrato de silício.
Podem ser utilizados na fabricação de microssensores, que coletam
informações do ambiente para medição de fenômenos mecânicos, térmicos,
ópticos ou magnéticos, como acelerômetros e mostradores eletrônicos.
Nanocarbonos
Os nanocarbonos constituem uma classe de materiais de carbono
recentemente descoberta, que atualmente está sendo aplicada nos setores
de alta tecnologia e promete desempenhar um papel importante em futuras
aplicações altamente tecnológicas. Um dos nanocarbonos pertencentes a
essa classe, e o mais novo descoberto, é o grafeno, que exibe propriedades
únicas e excepcionais, possuindo um potencial tecnológico su�ciente para
revolucionar muitas indústrias, incluindo as indústrias eletrônica, de energia,
transportes, medicina/biotecnologia e aeronáutica.
Este material em particular exibe alta pureza e não possui lacunas ou defeitos
intersticiais, fazendo do grafeno o material mais resistente conhecido, o de
melhor condutividade térmica e melhor condutor elétrico, além de ser
transparente e quimicamente inerte.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 38/45
Outros materiais incluídos na categoria de nanocarbonos são:
Fullereno: aglomerado esférico oco contendo 60 átomos de carbono
puro (e representado quimicamente por ), com alto potencial de
aplicação na produção de antioxidantes em produtos de higiene
pessoal, biofarmacêuticos, catalisadores, células solares orgânicas,
baterias de vida longa, supercondutores para altas temperaturas e
ímãs moleculares;
Nanotubos de carbono: uma única lâmina de gra�ta enrolada na
forma de um tubo, onde cada nanotubo é uma única molécula
composta por milhões de átomos. Esses materiais possuem
resistência mecânica extraordinariamente alta e têm potencial para
serem usados em aplicações estruturais.
O potencial altamente tecnológico dos materiais cerâmicos avançados ainda
inclui nanopartículas para controle de poluentes e contaminantes na água,
além de servirem como biossensores para mapeamento de DNA devido às
suas reduzidas dimensões e elevada compatibilidade biológica.
saiba mais
Saiba mais
O grafeno é um dos materiais de alta
tecnologia que promete revolucionar
diversos campos da tecnologia, e um dos
seus principais usos poderá ser em
nanochips de armazenamento de dados.
Para entender como este material pode
revolucionar o nosso futuro, assista ao vídeo
no link a seguir:
ASS I ST IR
C60
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 39/45
praticar
Vamos Praticar
A maioria das cerâmicas enquadra-se em um esquema de classi�cação que inclui
aplicações das mais diversas, divididas segundo a sua função em quatro grandes
grupos: os vitrocerâmicos, refratários, cimentos e cerâmicas avançadas.
Dependendo do grupo e da aplicação, o material resultante pode apresentar
características como alta dureza, isolamento térmico e elétrico, resistência térmica,
entre outros. A respeito das classes de materiais cerâmicos e suas aplicações, pode-
se dizer que é correto a�rmar que:
a) Os materiais vitrocerâmicos são normalmente utilizados em temperatura
ambiente, já que não são resistentes a choques térmicos.
b) Os materiais refratários não podem ser utilizados próximos a ácidos, já
que podem se degradar ou corroer facilmente.
c) Cristalização é o processo de transformação de um material cristalino em
um material amorfo, a partir de tratamentos térmicos adequados.
d) Os cimentos são normalmente compostos inorgânicos particulados que
possuem características de endurecimento quando misturados com água.
e) O grafeno é um dos materiais incluídos no grupo de cerâmicas avançadas,
podendo ser utilizado em sistemas micromecânicos.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 40/45
indicações
Material
Complementar
LIVRO
50 ideias de Química que você precisa
conhecer
Hayley Birch
Editora: Planeta
ISBN: 978-85-422-1362-1
Comentário: O livro traz uma coletânea de ideias
desenvolvidas pelo pensamento humano desde a
descoberta do átomo até questões atuais como as
células solares, nanotecnologia, impressões em 3D e
combustíveis futuros.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 41/45
FILME
Diamante de Sangue
Ano: 2006
Comentário: O �lme retrata a relação entre um
mercador e um mercenário de diamantes durante os
con�itos civis que culminaram na Guerra Civil de Serra
Leoa, entre 1990 a 2002. O pano de fundo se refere aos
diamantes de sangue, as pedras de diamante extraídas
em zonas de guerra africanas para �nanciar os con�itos
na região.
Para conhecer mais sobre o �lme, acesse o trailer
disponível em:
TRA ILER
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 42/45
conclusão
Conclusão
Nesta unidade, focamos os esforços em apresentar as principais
características e aplicações de duas classes versáteis e muito importantes em
Ciência dos Materiais: os materiais poliméricos e os cerâmicos. Abordamos
brevemente o histórico desses materiais e sua importância na construção da
sociedade humana, analisando as principais utilizações de produtos
envolvendo os plásticos e argilas, além de estudar algumas vantagens como
custo de fabricação e propriedades físicas e químicas. Desenvolvemos a
interpretação da formação da estrutura cristalina dos polímeros e dos
cerâmicos, observando os tipos de estruturas que podem surgir a partir dos
arranjosatômicos ou moleculares e de�nindo os processos de cristalinidade e
cristalização para cada classe. Ainda foram apresentados os polímeros
avançados e as estruturas à base de carbono, como a gra�ta e o diamante,
abordando brevemente as condições de processamento e características
principais. Por �m, de�nimos as cerâmicas avançadas, materiais de grande
apego tecnológico e promessas futuras de revolucionar as aplicações
industriais em larga escala.
referências
Referências
Bibliográ�cas
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 43/45
AGNELLI, J. A. M. Introdução a materiais poliméricos . São Carlos: Núcleo de
Reologia e Processamento de Polímeros, Departamento de Engenharia de
Materiais, Universidade Federal de São Carlos, 2000.
ASKELAND, D. R.; WRIGHT, W. J. Ciência e engenharia dos materiais . 3 ed.
São Paulo: Cengage Learning, 2014.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA DO PLÁSTICO (ABIPLAST). Indústria
brasileira de transformação de material plástico . São Paulo: Abiplast,
2019.
BAUER, L. A. Materiais de construção . Coord: João Fernando Dias. 6 ed. Rio
de Janeiro: LTC, 2019.
CALLISTER, W. D. Jr.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia dos materiais :
uma introdução. 9 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018.
MANRICH, S. Processamento de termoplásticos . 2. ed. São Paulo: Artliber,
2013.
SHACKELFORD, J. F. Introdução à ciência e engenharia dos materiais para
engenheiros . 6 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 44/45
05/06/22, 16:42 Ead.br
https://ambienteacademico.com.br/course/view.php?id=12240 45/45