4 UNIDADE - CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDEDE DOS MATERIAIS

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Unidade 4
Classificação e propriedade dos materiais
Aula 1
Materiais metálicos
Materiais metálicos
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Olá, Estudante! Nessa videoaula você entenderá como os materiais são classificados. E mais,
aprofundaremos os conhecimentos a respeito de uma classe de materiais muito importante para
o desenvolvimento social e científico-tecnológico: os metais. Compreenderemos como esses
materiais são formados, suas propriedades e principais aplicações.
Entender os conceitos que permeiam essa classe de materiais são importantes para sua prática
pessoal e profissional, pois dentre as mais diversas aplicações na ciência e indústria, utilizamos
diversos tipos de materiais metálicos em nosso dia a dia, desde as estruturas metálicas
utilizadas para construir nossas casas aos talheres que utilizamos nas refeições, sempre temos
a presença dos metais.
Vamos juntos analisar os conceitos e propriedades que descrevem os metais?!
Bons estudos!!!
Ponto de Partida
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Olá, Estudante! Nessa aula temos como objetivo descrever os materiais metálicos, entender
como são constituídos e compreender o que são ligas metálicas e para qual finalidade são
utilizadas. E ainda, discutir meios para conhecer um material metálico através da avaliação das
propriedades que apresentam.  
Tudo isso para escolha adequada do material para aplicação em um projeto, atendendo os
requisitos necessários no projeto para sua utilização, garantindo o custo-benefício e às
condições de segurança.
Assim, visando a aplicação desses conceitos, vamos considerar uma situação em que você atua
como estagiário em uma indústria que fabrica peças pré-moldadas de concreto protendido.
Durante a visitação à fábrica, você verificou que, para a fabricação dessas peças, são utilizados
fios de aço carbono com área de seção transversal nominal de 62,9 mm2. E ainda, nessas peças,
a armação de fios de aço é pré tensionada (esforço de tração aplicado) antes de ser imersa na
matriz de concreto. Depois que o concreto é adicionado e endurece, a tensão na armação de aço
é relaxada e o aço sofre recuperação elástica, comprimindo o sistema todo, o que aumenta a
resistência mecânica do conjunto, pois mantém o concreto sob um esforço de compressão.
Curioso com a fabricação do material, você resolveu calcular a força (em newtons) à qual os fios
foram submetidos no processo de pré-tensionamento. Para isso, buscou algumas informações: o
valor do módulo de elasticidade do aço utilizado é de 200 GPa e, para o desenvolvimento dos
cálculos, será necessário assumir que os fios de aço sofreram uma deformação elástica de 1%
quando foram pré tensionados.
Vamos conhecer os conceitos necessários para resolução do problema proposto?!
Bons estudos!
Vamos Começar!
Definição
De maneira geral, os materiais foram agrupados em três categorias quanto sua composição
química e estrutura atômica. Eles podem ser metálicos, cerâmicos e poliméricos. Existe ainda
uma outra classificação, denominada de compósito. Um material compósito é aquele resultante
das combinações dois ou mais materiais diferentes, resultando em propriedades únicas, não
apresentadas pelos materiais separadamente. Outra categoria para os materiais, mais recente, é
denominada de materiais avançados, aqueles utilizados em aplicações de alta tecnologia (eles
podem ser semicondutores, biomateriais, materiais inteligentes e materiais nanomateriais).
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Nesse momento, vamos estender o nosso estudo a respeito dos materiais metálicos,
compreendendo como são constituídos, suas propriedades e principais aplicações.
Os materiais metálicos, também chamados de metais, são compostos por um ou mais
elementos metálicos (por exemplo, ferro, alumínio, cobre, titânio, ouro, níquel) por meio de
ligações metálicas. Contudo, com frequência, podem ser utilizados elementos não metálicos em
sua constituição principal (por exemplo, carbono, nitrogênio, oxigênio), em quantidades
relativamente pequenas, formando ligas metálicas, alterando algumas das propriedades iniciais
do material. 
Nos metais, os átomos apresentam ordenamento de longo alcance, formando estruturas que se
repetem ao longo do material, ou seja, são materiais cristalinos. E ainda, em comparação com as
cerâmicas e os polímeros, são relativamente densos.
Devido ao tipo de ligação que apresentam, os materiais metálicos são rígidos, resistentes  e
dúcteis, podendo sofrer grandes deformações sem sofrer fratura. Por essa razão, apresentam
elevada resistência à fratura, fator responsável pelo seu amplo uso em aplicações estruturais.
Com relação à ligação metálica, os materiais metálicos possuem grandes números de elétrons
não localizados (elétrons livres) que não estão ligados a nenhum átomo em particular, formando
uma nuvem eletrônica. Por essa razão, muitas das propriedades dos metais podem ser
atribuídas diretamente a esses elétrons, como excelentes condutores de eletricidade e de calor e
não transparentes à luz visível. Além disso, quando polida, a superfície de um metal apresenta
aparência brilhosa. Por fim, alguns metais (como Fe, Co e Ni) possuem propriedades magnéticas
desejáveis.
Uma liga metálica é definida como um material metálico que contém adições de um ou mais
metais ou não metais. Elas incluem aços, alumínio, magnésio, zinco, ferro fundido, titânio, cobre,
níquel, entre outros. Tanto os metais, quanto as ligas metálicas, possuem resistência mecânica
relativamente elevada, alta rigidez, ductilidade ou conformabilidade e resistência a choques
mecânicos. Esses materiais são particularmente úteis em aplicações estruturais.
Embora os metais puros sejam raramente utilizados, a combinações de metais (ligas) permitem
melhorar uma propriedade específica desejada ou obter melhor combinação de propriedades.
Um dos melhores exemplos na formação e utilização de ligas metálicas se dá para o ouro: o ouro
puro é um metal muito macio, por isso os joalheiros normalmente adicionam prata ou cobre para
aumentar sua resistência mecânica, de modo que a joia feita de ouro não seja danificada
facilmente.
Propriedades dos materiais metálicos
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Antes de falar das propriedades dos metais, precisamos entender o que são propriedades e o
que elas representam. De maneira geral, todos os materiais são expostos a estímulos externos,
apresentado algum tipo de resposta. Por exemplo, um corpo é submetido à ação de forças e
apresenta deformação, ou uma superfície metálica é polida e reflete a luz. Assim, podemos dizer
que uma propriedade é definida como uma característica de um dado material, em termos do
tipo e da magnitude da sua resposta a um estímulo específico que lhe é imposto. Geralmente, as
definições das propriedades são feitas de modo que elas sejam independentes da forma e do
tamanho do material.
As propriedades de maior importância que podem ser apresentadas pelos materiais sólidos são
agrupadas em seis categorias diferentes, sendo que para cada categoria existe um tipo
característico de estímulo que é capaz de provocar diferentes respostas. Essas categorias são
conhecidas por:
Propriedades mecânicas. Essas propriedades expressam a resposta de um material sob
condição de carregamento, ou seja, quando é aplicado uma força sobre ele. Como exemplo
temos a tensão, módulo de elasticidade (rigidez), a resistência e a tenacidade.
Propriedades elétricas. Essas propriedades dizem respeito ao estímulo que um corpo
apresenta quando colocado em um campo elétrico aplicado. Nesse caso, as propriedades
típicas incluem a condutividade elétrica e a constante dielétrica.
Propriedades térmicas. Essas propriedades estão relacionadas a variações na temperaturamais importância tecnológica. Quando um
material é preparado usando materiais de natureza distinta, é denominado compósito, logo,
podem ser encontrados na natureza ou serem sintetizados.
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Já os materiais avançados, também chamados de novos materiais, definem os materiais que,
devido às propriedades intrínsecas que possuem ou aos processos de fabricação e/ou
preparação, possuem a potencialidade de gerar novos produtos, soluções e processos
inovadores de elevado valor tecnológico, econômico, social e ambiental, de elevar o desempenho,
durabilidade, de agregar valor ou de introduzir novas funcionalidades em produtos e processos
tradicionais.
Sendo assim, como forma de aplicação dos conceitos, vamos considerar uma situação em que
você atua em um laboratório de análise de materiais que presta consultoria para diversos
clientes. Nesse momento, você recebeu uma demanda de uma indústria aeronáutica referência
na fabricação de componentes utilizados em aeronaves comerciais.
A empresa enviou duas amostras de materiais (Figura 1) que foram submetidas a um ensaio de
impacto (dureza). Foi solicitado que você verificasse as propriedades dos dois materiais
ensaiados (Figura 1a e 1b), uma vez que a empresa pretende utilizar o material indicado na
Figura 1b como alternativa ao material indicado na Figura 1a.
Figura 1. Amostra dos materiais (a) e (b). Fonte: KLS Química e Ciência dos Materiais (2019, p. 188).
Assim, considerando os materiais apresentados na Figura 1, a qual classificação eles
pertencem? Quais as propriedades de interesse para a aplicação em componentes de
aeronaves? Esses materiais apresentam propriedades semelhantes? Qual a diferença entre eles?
O material (b) poderá ser utilizado como alternativa à utilização do material (a)?
Para que possamos responder a esses questionamentos, alguns conceitos são necessários.
Vamos a eles?!
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
 Bons estudos!
Vamos Começar!
Definição
O desenvolvimento tecnológico exige materiais com combinações não usuais de propriedades
que não podem ser atendidas apenas pelas ligas metálicas, pelos materiais cerâmicos e pelos
materiais poliméricos convencionais. Exemplo disso são os materiais necessários para a
aplicação aeroespacial, subaquáticas e de transporte.
Devido a essa necessidade, surge uma classe de materiais denominada de materiais
compósitos. Um compósito é definido como a combinação de dois ou mais materiais distintos,
cada um com suas propriedades específicas que, juntas, criam um material com combinações
de propriedades não observadas nos materiais isolados.
Dessa forma, podem ser fabricados por meio da combinação entre metais, cerâmicas e
polímeros. Em sua grande maioria, consistem em uma fase de reforço (fase dispersa) composta
por partículas, fibras ou folhas envolvidas por uma matriz (fase contínua).
Os materiais compósitos podem ser classificados como: reforçados com partículas (partículas
grandes ou reforçados por dispersão), reforçados com fibras (contínuo ou descontínuo, alinhado
ou orientado aleatoriamente), estrutural (laminados ou painéis sanduíche).
Para os compósitos reforçados com partículas, as partículas grandes atuam na restrição do
movimento da matriz, mas não impedem o movimento de defeitos do tipo discordâncias. Já os
compósitos reforçados por dispersão contêm partículas na escala de 10 a 250 nm de diâmetro,
em que a matriz suporta a maior parte da carga aplicada, enquanto as partículas impedem o
movimento das discordâncias, limitando a deformação permanente (plástica).
O concreto é um exemplo de compósito reforçado por partículas grandes, feito de uma matriz de
cimento que une partículas de diferentes tamanhos, como areia e brita. As propriedades do
cimento dissolvido em água, com os materiais particulados, dependem do quão bem os
materiais foram misturados, do tamanho dos materiais particulados e da quantidade de água.
Nesse caso, água demais resulta em uma porosidade excessiva do concreto solidificado, água
de menos resulta em uma superfície porosa e compactação comprometida.
Para os compósitos reforçados por dispersão, o exemplo clássico é o compósito à base de pó de
alumínio sinterizado, no qual a matriz de alumínio é endurecida com até 14% de óxido de
alumínio. Esse compósito é utilizado em reatores nucleares.
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Os compósitos reforçados com fibras possuem como objetivo aumentar a resistência e/ou
rigidez elevadas em relação ao peso do material. Em relação aos compósitos com fibras
contínuas e alinhadas, a resposta mecânica depende de diversos fatores, como os
comportamentos tensão-deformação das fases fibra e matriz, as frações volumétricas das fases
e, além disso, direção na qual a tensão ou carga está sendo aplicada. Já em relação aos
compósitos com fibras descontínuas e alinhadas, estas estão se tornando cada vez mais
comuns no mercado comercial. As fibras de vidro picadas são os reforços desse tipo usados
com maior frequência.
Por fim, os compósitos estruturais são aqueles que apresentam estruturas de alto desempenho e
com baixo peso, favorecendo o desenvolvimento de sistemas estratégicos, como na área de
mísseis, foguetes e aeronaves de geometrias complexas.
 
Propriedades dos compósitos
As propriedades físicas dos materiais compósitos em geral não são isotrópicas (independentes
da direção da força aplicada), mas são tipicamente anisotrópicas (diferentes, dependendo do
sentido da força ou carga aplicada), ou seja, o compósito é mais resistente ao longo da direção
de orientação das fibras e mais fraco na direção perpendicular à fibra.
A rigidez de um painel composto (anisotrópico), por exemplo, além da orientação das forças
e/ou momentos aplicados, também depende do desenho do painel, reforço de fibra, matriz,
método de construção do painel, tipo de tecido e a orientação do eixo da fibra em relação à força
primária. Em contraste, os materiais isotrópicos, como o alumínio e o aço já forjados,
apresentam a mesma rigidez independentemente da orientação e direção das forças ou dos
momentos aplicados.
As propriedades dos compósitos dependem da natureza dos materiais que são utilizados, ou
seja, das propriedades da fase matriz e da fase de reforço, da geometria da fase dispersa e do
grau de ligação entre as interfaces. Nos compósitos, as funções da matriz são: absorver as
deformações, dar suporte às fibras, partículas ou folhas e conferir resistência mecânica quando
submetidas à compressão.
Nos materiais compósitos termoendurecíveis são utilizadas resinas em forma de reagentes, que
são inseridas no molde e posteriormente curadas. Além dos compósitos de matriz polimérica,
temos os compósitos de matriz cerâmica: estes materiais são leves, apresentam boa resistência
e dureza. Nos compósitos cerâmicos são utilizadas como fases de reforço fibras de carbono,
fibras de vidro, fibras de carbeto de silício, entre outros.
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Por fim, temos os compósitos de matriz metálica, nos quais são utilizadas como matrizes ligas
metálicas de baixa densidade à base de alumínio, titânio e magnésio. Nesse tipo de compósito, a
maior parte dos materiais de reforço empregados é cerâmica, como partículas de alumina, fibras
de grafita e filamentos de boro.
A fibra de vidro é um exemplo muito comum de materiais compósitos. Essa fibra é feita com
pequenas fibras de vidro que são envolvidas por uma resina polimérica. É um material de baixa
densidade, reciclável, apresenta pouca condutividade térmica, boa resistência à corrosão e é um
bom isolante elétrico. Apesar de não serem tão resistentes e duras como os compósitos de fibra
de carbono, as matérias-primas da fibra de vidro são baratas e, quando comparada com alguns
metais, esse compósito, apresenta melhores propriedades em termos de peso em massa,
resistência mecânica e facilidade de ser moldado em formas complexas.
A fibra de vidro pode estar disposta de forma aleatória, achatada para formar uma folha ou em
tecidoe a matriz polimérica pode ser um polímero termoendurecível. Na maioria das vezes, são
utilizadas resinas epóxi, de poliéster ou um termoplástico.
Outro tipo de compósito muito importante é aquele que possui como fase de reforço fibras ou
mantas de carbono, como o compósito carbono/epóxi que é classificado como um compósito
estrutural. Nesse tipo de compósito, além das propriedades dos materiais, o projeto geométrico
dos elementos estruturais é extremamente importante.
Os materiais compósitos podem ser classificados em duas categorias de acordo com a
construção do material: laminados, que possuem camadas ligadas em conjunto com orientações
específicas da disposição das fibras (Figura 2) e painéis sanduíche, que são materiais estruturais
de múltiplas camadas contendo um núcleo de baixa densidade entre camadas finas de materiais
compósitos.
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Figura 2. Compósito laminado. Fonte: Askeland (2019, p. 569).
 Os compósitos reforçados com fibras de carbono são resistentes e podem ser utilizados em
ambientes com altas temperaturas. A Figura 3 apresenta um laminado carbono/epóxi utilizado
na indústria aeronáutica e produzido a partir de camadas sobrepostas de mantas de fibra de
carbono envolvidas em resina epóxi.
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Figura 3. Laminado carbono/epóxi. Fonte: KLS Química e Ciência dos Materiais (2019, p. 197).
Na indústria, os laminados compósitos são importantes na substituição de ligas metálicas e
exibem excelentes características, como rigidez, resistência mecânica, resistência a elevadas
temperaturas em condições de trabalho, além de exibir um bom desempenho sob fadiga. 
Já os painéis consistem basicamente em duas placas finas de um material resistente
intercaladas por um outro material (núcleo), apresentando baixa densidade e baixo módulo de
elasticidade. Normalmente, para o material do núcleo, são utilizadas espumas poliméricas
rígidas, madeira balsa e colmeias. A Figura 4a apresenta um esquema de painel sanduíche do
tipo honeycomb (colmeia) e a Figura 4b mostra um painel sanduíche do tipo honeycomb
desenvolvido pela NASA.
 
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
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Figura 4. Painéis sanduíche (honeycomb). Fonte: KLS Química e Ciência dos Materiais (2019, p. 198)
A Figura 4a apresenta um painel que está estruturado por: (1) representa um esquema do painel
sanduíche, (2) corresponde às placas de um determinado material, ou seja, a face da lâmina,
enquanto (3) refere-se ao núcleo (colmeia) que adere às placas por meio de adesivos.
Ao final, o painel sanduíche apresenta, em determinadas condições, resistência à flexão bem
maior que placas maciças dos mesmos materiais e da mesma densidade. Nesse compósito as
faces suportam as tensões normais de compressão, tração ou cisalhamento que estão
associadas à flexão e são fabricadas de materiais relativamente resistentes, como ligas de
alumínio, aços, madeiras compensadas ou plásticos reforçados com fibras. O núcleo deve
manter as faces afastadas em uma determinada espessura, ser suficientemente rígido na
direção perpendicular a elas, a fim de evitar o esmagamento.
Nos materiais compósitos, podemos usar os diferentes tipos de fibras que podem ser orgânicas
naturais (coco, sisal, bambu), sintéticas (carbono, aramida, poliamida) ou inorgânicas (metálicas,
bora, vidro).
Os compósitos estruturais mais avançados utilizam-se de fibra de vidro, carbono/grafite, boro e
outros materiais orgânicos, resultando em materiais leves e que ao mesmo tempo apresentam
elevada resistência e dureza. Além dos diferentes tipos de fibras, na fabricação de um material
compósito vários materiais, como polímeros, metais e não metais podem ser utilizados como
matrizes.
Siga em Frente...
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MATERIAIS
Materiais avançados
Os materiais avançados são aqueles utilizados em aplicações de alta tecnologia (ou high-tech),
incluindo os equipamentos eletrônicos, computadores, sistemas de fibras ópticas, baterias de
alta densidade de energia, sistemas de conversão de energia e aeronaves. Esses materiais
podem ser comuns (com propriedades aprimoradas) e de alto desempenho (recentemente
desenvolvidos).
Justamente por essa razão, os materiais avançados podem pertencer a qualquer tipo de material
(metais, cerâmicas, polímeros), mas de custo elevado devido a tecnologia embutida em seu
processo de fabricação.
Os materiais avançados incluem semicondutores, biomateriais, materiais inteligentes e
nanomateriais. Vejamos cada um separadamente.
Os semicondutores possuem propriedades elétricas que são intermediárias entre aquelas
exibidas pelos condutores elétricos e os isolantes. Eles apresentam condução, ou não,
dependendo das circunstâncias a quais são expostos e/ou devido à quantidade de impureza que
possuem, cujas concentrações podem ser controladas em regiões espaciais muito pequenas do
material. Esse tipo de material tornou possível o desenvolvimento dos circuitos integrados, os
quais revolucionaram totalmente as indústrias de produtos eletrônicos e de computadores ao
longo das quatro últimas décadas.
Os biomateriais são aqueles utilizados, de alguma forma, em aplicações humanas, direta ou
indiretamente. Por exemplo, os implantes de reposição são construídos a partir de biomateriais,
que são implantados no corpo, de modo que eles funcionem de uma maneira confiável, segura e
fisiologicamente satisfatória, enquanto interagem com o tecido vivo. Por essa razão, os
biomateriais devem ser biocompatíveis e não devem causar rejeição, respostas fisiologicamente
inaceitáveis, nem liberar substâncias tóxicas. Os biomateriais podem ser de materiais metálicas,
cerâmicos, poliméricos e materiais compósitos.
Os materiais inteligentes são um grupo de novos materiais de última geração com influência
significativa sobre muitas das nossas tecnologias. O adjetivo inteligente significa que esses
materiais são capazes de sentir mudanças nos seus ambientes e assim responder a essas
mudanças segundo padrões predeterminados. Os componentes de um material (ou sistema)
inteligente incluem algum tipo de sensor (que detecta um sinal de entrada) e um atuador (que
executa uma função de resposta e adaptação). Os atuadores podem provocar mudança de
forma, de posição, da frequência natural ou das características mecânicas em resposta a
mudanças na temperatura, nos campos elétricos e/ou nos campos magnéticos. Quatro tipos de
materiais são utilizados como atuadores: ligas com memória de forma, cerâmicas piezoelétricas,
materiais magnetoconstritivos e fluidos eletrorreológicos/magnetorreológicos.
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MATERIAIS
Os nanomateriais podem ser constituídos de qualquer um dos quatro tipos básicos de materiais,
mas com dimensões das entidades estruturais da ordem do nanômetro (10-9m). Devido às
propriedades únicas e não usuais, os nanomateriais estão encontrando nichos na eletrônica,
biomedicina, esportes, produção de energia e em outras aplicações industriais.
Vamos Exercitar?
Relembrando o problema proposto inicialmente, como analista de um laboratório que trabalha
com análises de amostras de materiais, você recebeu duas amostras de materiais de uma
empresa cliente que atua na fabricação de componentes para aeronaves comerciais. Essas
amostras (Figura 1) são de materiais deformados a partir de um ensaio de impacto (ensaio de
dureza). E foi informado que a empresa pretende substituir o material (a) pelo material (b).
Figura 1. Amostra dos materiais (a) e (b). Fonte: KLS Química e Ciência dos Materiais (2019, p. 188).
Assim, para entender se a substituição do material pode ser realizada, considerando os materiais
apresentados na Figura 1, será necessário responder alguns questionamentos:
a qual classificação esses materiais pertencem?
quais as propriedades de interesse para a aplicação em componentes de aeronaves?
esses materiais apresentam propriedades semelhantes?
qual a diferença entre eles? O material (b) poderá ser utilizado como alternativa à utilização
do material(a)?
Através de suas pesquisas, você concluiu que as amostras recebidas são de materiais
denominados compósitos. Um material compósito pode ser definido como a combinação entre
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
diferentes materiais que, quando juntos, apresentam propriedades características e distintas
daquelas dos materiais isolados. Assim, o material apresentará a combinação das melhores
propriedades daqueles que o compõem.
Existem diversos tipos de compósitos, como o concreto, a fibra de vidro e as fibras de carbono
em que cada um desses materiais apresentará uma determinada propriedade que atenderá a
uma necessidade específica.
Os compósitos podem ser do tipo reforçado por partículas, por fibras e estruturais (painéis e
laminados). Um compósito termoplástico pode ser entendido como um material que utiliza uma
resina termoplástica, isto é, uma resina que quando atinge determinada temperatura apresenta
alta viscosidade e facilidade para ser moldada e conformada, como a poli-éter-éter-cetona
(PEEK), o sulfeto de polifenileno (PPS) e a polieterimida (PEI).
Já um compósito termorrígido utiliza-se de resinas que, uma vez aquecidas, não podem ser mais
remodeladas, como as resinas epóxis. Os compósitos termorrígidos apresentam melhores
propriedades mecânicas e maior resistência à umidade quando comparados aos termoplásticos.
Por fim, os dois materiais apresentados na Figura 1 são compostos por camadas de fibra de
carbono, diferenciando o tipo de resina utilizado. A Figura 1a apresenta um compósito
termorrígido de carbono epóxi enquanto a Figura 1b apresenta um compósito termoplástico
(PPS), ambos foram sujeitos a um ensaio de impacto com mesma energia no centro dos
espécimes.
Pela análise visual das figuras, podemos concluir que o compósito-PPS (Figura 1b) apresenta
uma região de deformação maior quando comparado ao carbono epóxi (Figura 1a), corroborando
a premissa de que os compósitos termorrígidos possuem melhores propriedades mecânicas.
Assim, a partir das características desses materiais, é possível concluir que o material (b) pode
ser utilizado como alternativa ao material (a) em aplicação que requerem uma menor resistência
ao impacto, já que esse material apresenta uma maior área de deformação quando submetidos a
diferentes níveis de energia.
Saiba mais
Olá, Estudante!
Os materiais compósitos são de grande valia para o desenvolvimento científico e tecnológico.
Eles apresentam características únicas, podendo ser utilizados nas mais diversas aplicações,
tornando possível projetos que pareciam inalcançáveis. Por essa razão, aprofunde seu
conhecimento sobre esses materiais lendo a seção 3.7 do livro Comportamento Mecânico dos
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595153493/
Materiais de Norman Dowling. Veja os conceitos, analise os exemplos e faça os exercícios
propostos.
DOWLING, Norman. Comportamento Mecânico dos Materiais. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017.
E-book. ISBN 9788595153493. Disponível em: . Acesso em: 22 abr. 2024.
Bons estudos!
Referências
ASKELAND, Donald R.; WRIGHT, Wendelin J. Ciência e engenharia dos materiais – Tradução da 4a
edição norte-americana. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN
9788522128129. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 21 abr. 2024.
DOWLING, Norman. Comportamento Mecânico dos Materiais. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017.
E-book. ISBN 9788595153493. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595153493/. Acesso em: 22 abr. 2024.
JR., William D C. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução. Rio de Janeiro: Grupo GEN,
2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 21 abr. 2024.
NEWELL, James. Fundamentos da Moderna Engenharia e Ciência dos Materiais. Rio de Janeiro:
Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 21 abr.
2024.
NUNES, Edilene de Cássia D.; LOPES, Fábio Renato S. Polímeros - Conceitos, Estrutura Molecular,
Classificação e Propriedades. Editora Saraiva, 2014. E-book. ISBN 9788536520506. Disponível
em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536520506/. Acesso em: 21 abr.
2024.
PAWLICKA, Agnieszka; FRESQUI, Maíra; TRSIC, Milan. Curso de Química para Engenharia, volume
II: Materiais. São Paulo: Editora Manole, 2013. E-book. ISBN 9788520436646. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788520436646/. Acesso em: 22 abr. 2024.
PINHEIRO, Antônio Carlos da Fonseca B.; CRIVELARO, Marcos. Fundamentos de Resistência dos
Materiais. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2016. E-book. ISBN 9788521632627. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632627/. Acesso em: 21 abr. 2024.
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595153493/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595153493/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536520506/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788520436646/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632627/.
SMITH, William F.; HASHEMI, Javad. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais. Porto
Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 21 abr. 2024.
Aula 5
Encerramento da Unidade
Videoaula de Encerramento
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Aproveite o acesso para baixar os slides do vídeo, isso pode deixar sua
aprendizagem ainda mais completa.
Olá, estudante! Nessa videoaula você irá conhecer os principais conceitos que envolvem os tipos
de materiais existentes, através da classificação que possuem, levando em consideração sua
formação (átomos e ligações químicas) e propriedades que possuem. Conteúdos importantes
para sua prática profissional, já que todos os produtos fabricados, acabados e utilizados são
constituídos de algum tipo de material (ou a junção deles). Ou seja, toda substância, em estado
sólido, se apresenta na forma de um material (seja metal, polímero, cerâmica ou semicondutor,
avançados ou não).
Vamos entender cada classificação dos materiais levando em consideração sua composição,
propriedades e principais aplicações?!!
Bons estudos!
Ponto de Chegada
Olá, estudante! Para desenvolver a competência dessa unidade, que consiste em analisar e
compreender as propriedades dos materiais para seleção, de modo a atender às características
de desempenho e processamento, é necessário entender que há várias formas de classificação
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MATERIAIS
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dos materiais. A mais comum considera quatro categorias: metais e ligas; cerâmicas, vidros e
vitrocerâmicas; polímeros (como os plásticos) e materiais compósitos. A Tabela 1 apresenta
algumas aplicações, propriedades e exemplos para cada categoria.
  Exemplos de aplicações  Propriedades 
Metais e Ligas 
Cobre  Fios elétricos  Alta condutividade elétrica,
boa conformabilidade 
Ferro fundido cinzento  Blocos de motores para
automóveis 
Fundibilidade, usinabilidade,
amortecimento de vibrações 
Aços especiais  Ferramentas, chassis de
automóveis 
Endurecibilidade por
tratamentos térmicos 
Cerâmicas e vidros 
 
,  , 
 
 
Vidro para janelas  Transparência óptica,
isolamento térmico 
 
,  , 
 
 
Refratários (revestimento
resistente ao calor para fornos
de fusão)Isolamento térmico, suporta
altas temperaturas,
relativamente inerte ao metal
fundido 
Titanato de bário  Capacitores para
microeletrônica 
Grande capacidade de
armazenamento de cargas
elétricas 
Sílica  Fibras ópticas para a
tecnologia da informação  Baixas perdas ópticas 
Polímeros 
Polietileno  Embalagens para alimentos 
Facilidade de ser moldado
para produzir filmes finos,
flexibilidade e hermetismo 
Resinas epóxi   Encapsulamento de circuitos
integrados 
Isolante elétrico e resistência
à umidade 
Resinas fenólicas  Adesivos para união de
camadas de compensado 
Resistência mecânica e à
umidade 
SiO2 Na2O CaO
Al2O3 MgO SiO2
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MATERIAIS
Compósitos 
Resina epóxi reforçadas com
fibras de carbono  Componentes para avião  Elevada razão resistência-
peso 
Metal duro (liga de cobalto
reforçada com carbeto de
tungstênio) 
Ferramentas de corte para
usinagem 
Elevada dureza conjugada
com boa resistência a
choques 
Aço revestido com titânio  Vasos para reatores 
Baixo custo e associação de
alta resistência do aço com a
elevada resistência à corrosão
do titânio 
Tabela 1. Aplicações, propriedades e exemplos para cada classe de material. Fonte: elaborada
pela autora.
Os materiais de cada um desses grupos (classes) apresentam estruturas e propriedades
distintas. Contudo, como os materiais metálicos são amplamente usados em aplicações
estruturais, suas propriedades mecânicas são de grande interesse prático. As propriedades
mecânicas são aquelas apresentadas pelos materiais em resposta a uma carga aplicada.
Dentre elas, a mais comum é a tensão, que indica a resposta do material à força aplicada, por
unidade de área. Matematicamente, a tensão é obtida pela força em função da área da seção
transversal 
.
Já a deformação indica mudança de forma do material quando um carregamento é aplicado. Se
a força aplicada for do tipo axial, a deformação é específica (
) dada pela variação de comprimento do material dividida pelo comprimento inicial 
 Caso a deformação desapareça após ser removida a carga ou a tensão aplicada, diz-se que a
deformação é do tipo elástica. Se a deformação permanecer após ser removida a tensão (ou
carregamento), diz-se que a deformação é plástica.  
(σ = F
A )
(σ = F
A
)
ε
(ε ΔL
L0
)
ε
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Para deformações elásticas, a tensão e deformação estão linearmente relacionadas, e o
coeficiente angular da reta tensão-deformação neste trecho é conhecido como módulo de
elasticidade (E) ou módulo de Young. Matematicamente, essa relação é conhecida como Lei de
Hooke, expressa por 
A tensão necessária para iniciar uma deformação plástica é denominada limite de escoamento
(LE). E a deformação percentual máxima que se pode obter é uma medida da ductilidade de um
material metálico.
Essas são apenas algumas das propriedades possíveis para os materiais, existem muitas outras.
Todas elas devem ser sempre avaliadas na análise de um material para escolha adequada para
uma aplicação específica, casando as condições de projeto com as características assertivas do
material escolhido.
Considerando a classificação dos materiais, vamos entender melhor as características e
principais propriedades de cada classe, começando pelos metais e suas ligas.
A classe dos materiais metálicos inclui aços, alumínio, magnésio, zinco, ferro fundido, titânio,
cobre, níquel, dentre outros materiais. Uma liga é um metal que contém adições de um ou mais
elementos metálicos ou elementos não metais. Em geral, os metais apresentam boa
condutividade térmica e elétrica. Tanto os metais quanto as ligas possuem resistência mecânica
relativamente elevada, alta rigidez, ductilidade ou conformabilidade e resistência a choques
mecânicos. Eles são particularmente úteis em aplicações estruturais. Embora metais puros
raramente sejam usados, combinações de metais (legas) permitem melhorar uma propriedade
específica desejada ou obter melhor combinação de propriedades. Por exemplo, o ouro puro é
um metal muito macio, por isso os joalheiros adicionam-lhe cobre para aumentar sua resistência
mecânica, de modo que a joia feita de ouro não seja danificada facilmente.
Com relação aos materiais cerâmicos, é possível definir as cerâmicas como materiais cristalinos
inorgânicos. As cerâmicas podem ser consideradas os materiais mais naturais que existem. De
fato, a areia das praias e as rochas são exemplos de cerâmicas em estado natural. As cerâmicas
avançadas são materiais feitos com o refino de cerâmicas naturais e por outros processos
especiais, empregadas em substratos de chips de computadores, sensores e atuadores,
capacitores, equipamentos para comunicações sem fio, velas de ignição, indutores e isoladores
elétricos. Alguns tipos de cerâmica são utilizados como revestimento de proteção para
substratos metálicos em turbinas. As cerâmicas também são utilizadas em vários produtos de
consumo, como tintas, plásticos e pneus, e em aplicações industriais mais avançadas, como os
(ε ΔL
L0
)
σ = Eε
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sensores de oxigênio para automóveis. Quanto às cerâmicas tradicionais, são utilizadas em
tijolos, louças de cozinha, pias e vasos sanitários, refratários (materiais resistentes ao calor) e
abrasivos. Em geral, as cerâmicas não são boas condutoras de calor. Além disso, devem ser
aquecidas a temperaturas altíssimas antes de fundir. As cerâmicas são também resistentes e
rígidas, mas, ao mesmo tempo, bastante frágeis. Normalmente são preparados pós finos de
cerâmica, que serão então moldados em diferentes formatos. Novas técnicas de processamento
tornaram-nas suficientemente resistentes à fratura, a ponto de serem usadas em aplicações
estruturais (como rotores de turbinas). E ainda, as cerâmicas apresentam excepcional resistência
à compressão.
Os polímeros são materiais orgânicos produzidos por meio de um processo conhecido como
polimerização. Entre os materiais poliméricos, em geral podemos citar as borrachas
(elastômeros) e muitos tipos de adesivos. Os polímeros geralmente são bons isolantes térmicos
e elétricos, apesar de existirem exceções. Embora tenham baixa resistência, possuem boa razão
resistência-peso. Normalmente, não são adequados ao uso em altas temperaturas, entretanto,
vários polímeros são bastante resistentes a produtos químicos corrosivos. Empregam-se os
polímeros em milhares de aplicações, de coletes à prova de bala, discos compactos (CD), cordas
e displays de cristal líquido (LCD) a roupas e xícaras. Os polímeros termoplásticos, nos quais as
longas cadeias moleculares não estão rigidamente conectadas, possuem boa ductilidade e
conformabilidade. Já os polímeros termofixos são mais resistentes e mais frágeis, pois suas
cadeias moleculares apresentam ligações cruzadas. Utilizam-se os polímeros em inúmeras
aplicações, incluindo dispositivos eletrônicos. Os termoplásticos são fabricados por
conformação do material fundido, ao passo que os termofixos são geralmente fundidos e
vazados em moldes. Os plásticos contêm aditivos que aprimoram as propriedades dos
polímeros.
Por fim, os materiais compósitos. Ao desenvolver compósitos, a ideia primordial consiste em
combinar as propriedades de diferentes materiais. Assim, os compósitos são formados por dois
ou mais materiais, dando origem a propriedades que não são encontradas em nenhum dos
materiais individualmente. Concreto, compensado e fibra de vidro são exemplos de materiais
compósitos. O material conhecido como fibra de vidro, por exemplo, é obtido dispersando-se
fibras de vidro em uma matriz polimérica. Essas fibras tornam o polímero mais rígido, sem elevar
significativamente sua densidade. Com o auxílio de compósitos, podemos produzir materiais
leves, tenazes, dúcteis e resistentes a altas temperaturas, ou podemos fabricar ferramentas de
corte duras (e mesmo assim resistentes a choques) que iriam fraturar se fossem feitas com
outros materiais. Aviões e veículos aeroespaciais avançados dependem bastante dos
compósitos. Equipamentos esportivos, comobicicletas, tacos de golfe, raquetes de tênis e
outros, também podem utilizar diferentes tipos de materiais compósitos leves e rígidos.
Os materiais também podem ser classificados com base na função mais importante que
desempenham, ou seja, mecânica (estrutural), biológica, elétrica, magnética ou óptica. Vejamos
cada um desses materiais nessa classificação.
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Biomateriais são materiais naturais ou sintéticos utilizados em contato com sistemas biológicos
cuja finalidade é reparar ou substituir tecidos, órgãos ou funções do organismo, com o objetivo
de manter ou melhorar a qualidade de vida do paciente. Vários órgãos artificiais, implantes
ortopédicos, próteses endovasculares (stents), aparelhos ortodônticos e outros componentes
são feitos utilizando-se diversos tipos de plásticos, ligas de titânio e aços inoxidáveis não
magnéticos.
Semicondutor é todo material que, dependendo das circunstâncias (temperatura, pressão,
radiação e campos magnéticos), pode atuar como condutor, permitindo a passagem de corrente,
ou como isolante, impedindo a passagem de corrente. Os semicondutores feitos de silício, por
exemplo, são utilizados na fabricação de circuitos integrados de computador.
Um material inteligente é capaz de detectar estímulos externos (tais como alterações de
temperatura, de tensão, de umidade ou de um composto químico específico) e de responder a
esses estímulos. Em geral, um sistema que utiliza materiais inteligentes é composto por
sensores e atuadores que percebem mudanças e iniciam determinada reação. O titanato
zirconato de chumbo (PZT) e as ligas com memória de forma são exemplos de materiais
inteligentes. Outro exemplo de materiais inteligentes são os fluidos magneto-reológicos que
respondem a campos magnéticos e são usados nos sistemas de suspensão de automóveis. E
mais, temos os vidros fotocrômicos e os espelhos com regulação automática da intensidade de
luz refletida.
Nanomateriais são materiais com dimensões nanométricas, em que a superfície ou as
propriedades da interface predominam sobre as propriedades intensivas. O uso de
nanomateriais resulta na capacidade tecnológica de gerar materiais de uma maneira particular
para desempenhar um papel específico. Portanto, ele abrange vários setores, desde saúde e
cosméticos até preservação ambiental e purificação do ar.
E por fim, os materiais avançados referem-se aos materiais que, devido as suas propriedades
intrínsecas ou aos processos tecnológicos de preparação, possuem a potencialidade de gerar
novos produtos, soluções e processos inovadores de elevado valor tecnológico, econômico,
social e ambiental, de elevar o desempenho, durabilidade, de agregar valor ou de introduzir novas
funcionalidades em produtos e processos tradicionais.
Ao projetar um material para determinada aplicação, uma série de fatores precisa ser
considerado. O material deve alcançar as propriedades físicas e mecânicas desejadas, deve
permitir o processamento ou a fabricação em um formato específico e deve oferecer solução
econômica aos problemas do projeto. Também é importante proteger o meio ambiente
estimulando, se possível, a reciclagem dos materiais. Assim, será necessário compatibilizar os
diversos requisitos de projeto para obter um produto ao mesmo tempo viável tecnicamente e
comercializável.
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É Hora de Praticar!
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Para assistir este conteúdo é necessário que você acesse o AVA pelo
computador ou pelo aplicativo. Você pode baixar os vídeos direto no aplicativo
para assistir mesmo sem conexão à internet.
Olá, Estudante! Nesse estudo de caso, vamos considerar alguns processos da indústria do
petróleo. Para isso, precisamos de algumas informações referentes a esse tema. Assim, os
processos inerentes da indústria do petróleo, além de complexos, necessitam de condições
operacionais seguras, principalmente porque ocorrem em altas temperaturas. Dentre as
operações de aquecimento do óleo cru, existe um processo, em especial, que envolve o forno.
Nesse equipamento, o fluido é aquecido para ser direcionado à torre de destilação, devendo
apresentar viscosidade e temperaturas adequadas para o processo de fracionamento do óleo.
A finalidade dos fornos é queimar combustível, e o calor gerado por essa combustão é
transferido ao petróleo, para que, aquecido e no estado fluido, possa circular no interior dos
tubos que ficam dentro da serpentina. Esses equipamentos são muito importantes nas refinarias
e indústrias petroquímicas, pois tratam-se de grandes vazões de petróleo que precisam estar sob
altas temperaturas para que diminua a sua viscosidade, permitindo o escoamento do fluido no
interior dos tubos da serpentina, tornando possível a realização de operações como a destilação
e o craqueamento do petróleo.
Além disso, outro fator importante no processo é o econômico, uma vez que os fornos de
aquecimento correspondem a 20% do custo investido em uma planta de destilação de petróleo.
Por isso, fica evidente a importância em, ao realizar o projeto de um forno, garantir a capacidade
do equipamento em reduzir a emissão de gases poluentes e manter a segurança e a eficiência do
processo.
Olhando para os fornos, eles são compostos basicamente por:
Estrutura e carcaça:  componente externo do forno, que tem por função sustentar todo o
peso do equipamento (refratários, serpentinas, chaminés, acessórios etc.). Além disso, a
estrutura precisa resistir aos esforços mecânicos oriundos de ventos, e não é submetida à
altas temperaturas, já que é a camada externa do forno e protegida pela câmara de
combustão, não está sujeita às altas temperaturas.
Câmara de combustão: a parte de forno que sustenta as serpentinas, deve suportar altas
temperaturas (em torno de 400 ºC) e serem isolantes térmicos, já que estão em contato
com os tubos que estão no interior da serpentina.
Serpentina de aquecimento: são um conjunto de tubos interligados, local onde ocorre a
combustão e o transporte do óleo. Dessa forma, devem manter a temperatura do fluido
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constante até o final do processo, além de possuir uma superfície lisa para manter
homogênea a temperatura do fluido. 
Chaminé: responsável pela tiragem e descarga dos gases ao final do processo.
Segundo essa temática, vamos considerar uma situação em que você oferece consultoria para
uma grande companhia petroquímica que pretende instalar uma planta de um novo forno para o
craqueamento térmico da nafta, ficando responsável por selecionar os materiais mais
adequados para compor o forno.  
Dessa forma, você deve apresentar um relatório para o CEO da companhia petroquímica,
mostrando as partes principais do forno (serpentina de aquecimento, câmara de combustão e
chaminé) e os materiais mais adequados para serem utilizados em cada parte do forno, de
acordo com a sua função e condições de operação. Cada material selecionado deve ser
justificado, levando em consideração a relação estrutura, propriedade e aplicação.
Bons estudos!
Materiais que são obtidos por diferentes processos vão apresentar as mesmas
propriedades?
Um material pode apresentar duas classificações primárias ao mesmo tempo?
Com relação às ligações químicas na formação dos materiais, elas podem existir de tipos
diferentes em um mesmo material?
Os materiais compósitos possuem alguma restrição em sua formação?
Há possibilidade de novas descobertas que se enquadrariam em materiais avançados?
Retomando ao estudo de caso, será necessário apresentar um relatório para o CEO da
companhia petroquímica, mostrando as partes principais do forno (serpentina de aquecimento,
câmara de combustão e chaminé) e os materiais mais adequados para serem utilizados em cada
parte do forno, de acordo com a sua função e condições de operação. Cada material selecionado
deve ser justificado, levando em consideração a relação estrutura, propriedade e aplicação.
Para resolver o problema proposto, devemos escolher o material mais adequado para compor
cada componentedo forno. Vale lembrar que os componentes são: estrutura e carcaça, câmara
de combustão, serpentina de aquecimento e chaminé. Alguns materiais são possíveis para
utilização, por essa razão é importante justificar a escolha do material de acordo com a relação
estrutura-propriedade-aplicação. Dentre os materiais adequados para cada componente,
podemos utilizar para:
Estrutura e carcaça o material metálico, como chapas de aço e carbono, por possuírem
propriedades mecânicas adequadas para suportar todo o peso do equipamento e a ação
dos ventos, e não precisam ser isolantes térmicos, já que não sofrem variação de
temperatura durante o processo. O material da câmara de combustão (cerâmico) é isolante
térmico, protegendo a estrutura e a carcaça.
Câmara de combustão o material de tijolos refratários (cerâmica). Por serem isolantes
térmicos, protegem os demais componentes do forno, são resistentes a altas temperaturas,
além de evitar que os gases de combustão atinjam as chapas da carcaça metálica, onde se
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condensariam, formando ácidos corrosivos (contêm compostos de enxofre). Também são
materiais resistentes a choques térmicos e mecânicos.
Serpentina de aquecimento (tubos) o material metálico, como aço-carbono, aço-liga cromo
ou aço inoxidável. Pelo fato de o fluido escoar dentro desses tubos, as ligas metálicas de
cromo ou aço inoxidável são adequadas por suportarem altas temperaturas. E por serem
condutores térmicos, mantêm o fluido aquecido por todo processo, e são mais resistentes
à corrosão.
Chaminé podem ser de materiais metálicos, de concreto ou aço. Como têm contato com os
gases provenientes da combustão, devem ser constituídos de um material resistente ao
calor.
Com esses dados, o relatório pode ser produzido e entregue ao CEO responsável.
Olá, estudante! No mapa mental abaixo você verá os principais assuntos relacionados à
classificação dos materiais. Importante conhecer cada tipo de material, considerando sua
formação e as propriedades que possuem, para escolha adequada na aplicação de projetos de
engenharia.
ASKELAND, Donald R.; WRIGHT, Wendelin J. Ciência e engenharia dos materiais – Tradução da 4a
edição norte-americana. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN
9788522128129. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 24 abr. 2024.
JR., William D C. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução. Rio de Janeiro: Grupo GEN,
2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 24 abr. 2024.
NEWELL, James. Fundamentos da Moderna Engenharia e Ciência dos Materiais. Rio de Janeiro:
Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 24 abr.
2024.
SMITH, William F.; HASHEMI, Javad. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais. Porto
Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 24 abr. 2024.
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MATERIAIS
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/.ou gradientes de temperatura ao longo de um material. Como exemplo para o
comportamento térmico temos expansão térmica e a capacidade calorífica.
Propriedades magnéticas. Essas propriedades consideram as respostas de um material à
aplicação de um campo magnético. As propriedades magnéticas mais comuns são
conhecidas como susceptibilidade magnética e a magnetização.
Propriedades ópticas. Nesse caso, o estímulo é a radiação eletromagnética ou a radiação
luminosa. E, como exemplo dessas propriedades, temos o índice de refração e a
refletividade.
Propriedades deteriorativas. Elas estão relacionadas com a reatividade química dos
materiais. Um exemplo clássico desse tipo de propriedades é conhecido como resistência
à corrosão dos metais.
E ainda, temos as propriedades físicas e químicas:
As propriedades físicas são aquelas que podem ser observadas ou medidas sem que
ocorra mudança de identidade do composto, ou seja, são intrínsecas à substância pura.
Ponto de fusão, ponto de ebulição e densidade são exemplos desse tipo de propriedade.
As propriedades químicas são aquelas que, quando medidas, alteram a composição inicial
do material. Como exemplo, temos a ferrugem e a inflamabilidade.
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Além da estrutura e das propriedades que um material apresenta, também deve ser levado em
consideração o processamento e o desempenho. No que se refere às relações entre esses
quatro componentes, a estrutura de um material depende de como ele é processado. Além disso,
o desempenho de um material é uma função das suas propriedades.
Olhando para algumas dessas propriedades para os materiais metálicos, temos que a
propriedade química fundamental dos metais é definida pela habilidade dos elementos metálicos
se combinarem com outros metais ou não metálicos, formando ligas que melhoram suas
propriedades iniciais, podendo ser utilizadas em aplicações específicas. Como exemplo os aços
austeníticos são utilizados na construção civil para fins estruturais, os aços ferríticos são
empregados em sistemas de exaustão de gases em motores de combustão e os aços
martensíticos são utilizados em áreas de mineração e instrumentos odontológicos.
A grande utilização dos metais também é justificada pelas diversas propriedades mecânicas,
possibilitando sua aplicação nos mais diferentes contextos. Entre as propriedades mecânicas
exibidas por esses materiais, podemos citar a resistência e a ductilidade, que permitem o uso
desses materiais em máquinas e estruturas. Os metais e suas ligas exibem ductilidade,
maleabilidade e a capacidade de serem deformados plasticamente (sem quebrar), tornando-os
fáceis de moldar em vigas (vigas de aço para a construção), extrusões (esquadrias de alumínio
para portas e janelas), moedas, latas de metal e uma variedade de elementos de fixação (pregos
e clipes de papel).
As propriedades mecânicas dos metais determinam a gama de utilidades e estabelecem a vida
útil esperada de um material. Essas propriedades também são utilizadas para ajudar a identificar
e classificar o material, por exemplo, pelos valores da resistência e ductilidade, dureza,
resistência ao impacto e resistência à fratura podemos escolher o material para uma finalidade
específica.
A maioria dos materiais metálicos apresenta uma característica denominada de anisotropia, ou
seja, suas propriedades variam de acordo com a direção da estrutura dos grãos. Essa variação
na orientação dos grãos promove variação nas propriedades mecânicas, isso ocorre
principalmente devido ao processo de formação do material relacionado à direcionalidade da
microestrutura (textura) formada durante a conformação mecânica ou em operações de trabalho
a frio.
Assim, podemos dizer que as propriedades mecânicas nos materiais metálicos são específicas
com relação à forma que o produto apresenta (como placas, chapas) devido ao seu processo de
conformação (como extrusão, moldagem, forjamento). Com relação à direção da estrutura dos
grãos, em produtos como chapas e placas, a direção de rolamento é chamada de direção
longitudinal (direção que contempla toda extensão do material), enquanto a largura do produto é
chamada de direção transversal e a espessura, de direção transversal curta. As orientações dos
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grãos em produtos metálicos de acordo com os diferentes tipos de processamentos são
apresentadas na Figura 1.
Figura 1. Orientação dos grãos em componentes metálicos. Fonte: adaptada de Primo (2012, p.12).
Como os materiais metálicos são amplamente usados em aplicações estruturais, suas
propriedades mecânicas são de grande interesse prático, pois devido a elas, eles podem ser
selecionados para melhor utilização. Dentre as propriedades mecânicas existentes, as principais
são:
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Tesão. A tensão ( ) é definida pela resposta que o material apresenta devido a um esforço
mecânico (carga, força) aplicado, sendo representada pela força  atuante por unidade de
área A. Matematicamente, a tensão é expressa por    e sua unidade no Sistema
Internacional é Pascal (Pa), sendo que  .
Deformação. A deformação ( ) é a consequência da força aplicada no material, ou seja, é a
mudança de forma sofrida pelo material devido ao carregamento aplicado.
Matematicamente, ela pode ser calculada pela variação do comprimento do material 
  em relação ao comprimento inicial L0 por    lembrando que a variação de
comprimento é obtida pelo comprimento final menos o comprimento
inicial  . Essa é uma grandeza adimensional, ou seja, não possui unidades,
podendo ser expressa por porcentagem ou por  .
A deformação sofrida pelo material pode ser de duas formas, elástica ou plástica,
dependendo da intensidade da força atuante. Será elástica quando a deformação no
material desaparecer com a remoção da carga (material retorna às características iniciais,
àquelas antes de ser deformado) e será plástica quando a deformação permanecer,
mesmo após o carregamento ser retirado (não voltando às características inicial). Por essa
razão, a deformação elástica é chamada de deformação momentânea, enquanto a
deformação plástica é conhecida como deformação permanente.
Na região elástica do material, tensão  e deformação ε são proporcionais, se relacionando
de forma linear. O coeficiente angular dessa reta linear tensão-deformação, neste trecho, é
conhecido como módulo de elasticidade E ou módulo de Young. Assim, na região elástica,
tensão   e deformação ε são proporcionais entre si pelo módulo de elasticidade E,  ou seja,
σ=Eε. O módulo de elasticidade também é uma forma de tensão, indicando a rigidez que o
material apresenta, por essa razão sua unidade no SI também será Pascal (Pa).
Limite de escoamento. A tensão necessária para iniciar uma deformação plástica é
denominada limite de escoamento (LE). Ou seja, é o valor de tensão em que as
deformações elástica e plástica atuam em conjunto. Para valores de tensão menores que
LE, teremos a região elástica, e para valores maiores que LE, teremos a região plástica.
Tensão máxima. Também chamada de limite de resistência à tração (LRT) é o maior valor
de tensão que o material suportará antes do rompimento.
Tensão de ruptura. Essa tensão indica o ponto em que o material sofrerá fratura. Com esse
dado, podemos verificar se o material é dúctil ou frágil. O material será dúctil quando a
tensão máxima for diferente da tensão de ruptura  . Por outro lado, se a
tensão de ruptura apresentar o mesmo valor que a tensão máxima  , o
material será frágil.
Ductilidade. A ductilidade indica a maleabilidade que o material apresenta. Quanto maior
for essa propriedade, mais deformação o material suportará sem sofrer fratura. A
ductilidade é a propriedade contrária a fragilidade.
σ
F
σ = F
A
1Pa = 1 N
m2
ε
ΔL
ε  =   ΔL
L0
(ΔL = L − L0)
mm
mm
σ
σ
(σmáx) ≠ σrup
(σmáx = σrup)
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Importante frisar que as propriedades mecânicas mudam em função de temperatura e da taxa de
carregamento (estático ou dinâmico). Por exemplo,temperaturas inferiores à temperatura
ambiente geralmente causam um aumento das propriedades de resistência das ligas metálicas,
mas a ductilidade, resistência à ruptura e alongamento, normalmente, diminuem. Já
temperaturas acima da temperatura ambiente costumam causar uma diminuição nas
propriedades de resistência das ligas metálicas.
E ainda, os valores das propriedades mecânicas apresentam variações com relação aos tipos de
esforços que são aplicados, devido à região de atuação da força. De maneira geral, existem 7
tipos de esforços que podem ser atuantes no material, nomeados de acordo com a deformação
apresentada pelo material. Eles podem ser de tração, compressão, flexão, cisalhamento e torção
(Figura 2).
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Figura 2. Tipos de carregamentos. Fonte: KLS Química e Ciência dos Materiais (2019, p. 158).
 Vamos entender melhor cada tipo de carregamento indicado pela Figura 2, começando pelos
carregamentos de tração e compressão, que são similares. Os esforços de tração e compressão,
também denominados de esforços axiais, são aqueles atuantes no eixo longitudinal do material,
perpendiculares à área da seção transversal, provocando alongamento ou diminuição no
comprimento original, respectivamente. Como resposta ao esforço aplicado, o carregamento de
tração promove uma tensão de tração e o carregamento de compressão promove uma tensão de
compressão. Como tanto a tensão de tração quanto a tensão de compressão atuam
perpendicular à área da seção transversal, são denominadas de tensão normal. Tanto para força
quanto para tensão, indicamos com sinais de + e – quando se tratar de tração ou compressão,
respectivamente.
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A flexão é um tipo especial do carregamento de compressão, ocorrendo em materiais que
apresentam comprimento muito maior do que a largura e espessura, como uma viga ou coluna,
por exemplo. Nesse caso, o carregamento de compressão causa deflexão lateral no material, ou
seja, provoca curvatura na região longitudinal. E nas laterais da região de curva do elemento
estrutural, como consequência desse carregamento inicial, teremos uma região tracionada
(esticada) e outra comprimida.
Já o cisalhamento é conhecido por uma força aplicada no eixo transversal do corpo, fazendo
com que os planos desse material cisalhem em um ângulo de deformação. Por ser um esforço
pontual, também é denominado de esforço cortante. Essa carga é aplicada paralelamente à
seção transversal, fazendo com que uma das partes adjacentes de um mesmo corpo do material
se deslize sobre a outra.
Por fim, o esforço de torção é aquele que provoca rotação no material, sobre o eixo ou em torno
do eixo de rotação. Ele também é um tipo de carregamento transversal, mas devido a uma força
tangencial. O sentido de rotação, devido ao esforço aplicado é, convencionalmente, dado por
horário (torque negativo) ou anti-horário (torque positivo).
Além dessas propriedades citadas, a fadiga indica a capacidade do metal resistir à fratura após
repetidas deformações (repetidos ciclos de carregamento). Ou seja, essa propriedade mede a
vida útil do material quando utilizado segundo as condições elásticas. É justamente devido a
essa propriedade que podemos usar os materiais com segurança e prever as manutenções
necessárias.
Com relação às propriedades elétricas, os materiais metálicos apresentam boa condutividade.
Em geral, a condutividade desses materiais aumenta com a diminuição da temperatura, de modo
que no zero absoluto (-273 °C) a condutividade possui valor infinito,  e nessa região os metais
apresentam a característica de supercondutores.
A resistividade é outra propriedade elétrica muito importante dos materiais metálicos. Sua
definição se dá pelo oposto da condutividade: essa propriedade avalia o quão fortemente um
metal se opõe ao fluxo de corrente elétrica.
Os metais também apresentam outras propriedades, como as magnéticas. O ferromagnetismo,
por exemplo, é uma propriedade encontrada no ferro e em vários outros metais. Além disso,
metais e ligas podem ser magnetizados em um campo elétrico e exibem uma propriedade
denominada paramagnetismo. As propriedades magnéticas são empregadas em motores,
geradores e sistemas de alto-falantes elétricos para equipamentos de áudio.
Alguns materiais, como o chumbo, possuem a capacidade de absorver radiação, ou seja, são
utilizados como blindagem. Como exemplo, o avental fornecido pelos dentistas durante um
exame de raios X.
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
E ainda, os materiais metálicos podem apresentar propriedades ópticas,  absorvendo luz em
todas as frequências, irradiam imediatamente. Os metais formam espelhos com sua superfície
reflexiva e o seu brilho lhes dá a aparência atraente, que é tão importante em joias e moedas.
Por fim, as propriedades dos materiais metálicos podem ser melhoradas ou modificadas de
várias formas, seja pelos diferentes tipos de processamento ou pela adição de impurezas de
tamanhos de macro a nanoescala. Dessa forma é possível melhorar as propriedades de um
metal e obter as características adequadas e necessárias para uma determinada aplicação.
Siga em Frente...
Principais aplicações
São muitas as aplicações possíveis para os metais. Eles podem ser utilizados em praticamente
todas as situações, tanto materiais metálicos puros, quanto suas ligas. Ou seja, por sua
adaptabilidade, essas aplicações nas mais diversas áreas são possíveis, desde a construção
civil, produtos e componentes eletrônicos, indústria automobilística a qualquer outra área que for
possível imaginação. Vejamos alguns exemplos.
Os aços podem ser utilizados nas indústrias de base na parte estrutural, nos maquinários, nas
ferramentas de reparo e nos equipamentos eletrônicos. Os aços utilizados na construção de
estruturas, como edifícios e pontes, apresentam resistências adequadas, de modo que não
comprometam a segurança das edificações.
Já os aços inox são utilizados em produtos que ficam expostos a ambientes corrosivos, como
tanques de aquecimento, peças para banheiros, panelas e utensílios de cozinha, mobiliário
urbano, entre outros.
Na produção de aviões, as ligas de alumínio ou os compósitos reforçados com carbono usados
em componentes aeronáuticos são leves, resistentes e capazes de suportar cargas mecânicas
cíclicas durante longos períodos. Uma liga de titânio biocompatível usada como implante ósseo
deve ter resistência suficiente para se manter íntegra no corpo humano durante muitos anos sem
falhar.
Os metais refratários, que incluem tungstênio, molibdênio, tântalo e nióbio, possuem
temperaturas de fusão muito acima de 1925ºC e, consequentemente, apresentam potencial para
serviços em alta temperatura. As aplicações abrangem filamentos para lâmpadas, bocal de saída
dos gases dos foguetes, geradores de energia nuclear, capacitores eletrônicos à base de tântalo
e nióbio e equipamentos para processamento químico. Esses metais têm alta massa específica
e resistências mecânicas não muito elevadas.
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Olhando para os metais preciosos, esse grupo inclui o ouro, a prata, o paládio, a platina e o ródio.
Como o nome sugere, eles são preciosos e caros e todos são usados em joias. Do ponto de vista
da engenharia, esses materiais resistem à corrosão e são bons condutores de eletricidade. Como
resultado, ligas desses materiais são com frequência usadas como eletrodos em diversos
dispositivos.
E ainda, nas aplicações mais comuns, o cobre é normalmente utilizado na fabricação de fios
elétricos por possuir alta condutividade elétrica e boa conformidade. Já o ferro fundido cinzento
é comumente utilizado na fabricação de blocos de motores para automóveis por sua
característica de fundibilidade, usinabilidade e amortecimento de vibrações. Por fim, os aços
especiais são utilizados na fabricação de ferramentas e chassis de automóveis por
apresentarem boa endurecibilidade por tratamento térmico.
Essas são apenas algumas das mais vastas aplicações dessa classede materiais. Como suas
propriedades podem ser facilmente modificadas pelas mais diversas formas, incluindo
tratamentos térmicos e termoquímicos, os metais podem ser projetados e utilizados em
qualquer situação.
Vamos Exercitar?
Relembrando o problema proposto inicialmente, você irá calcular a força (em newtons) à qual os
fios são submetidos no processo de pré-tensionamento para a fabricação peças pré-moldadas
de concreto protendido.
Para esse cálculo, o módulo de elasticidade é dado 
 e a deformação também é conhecida (1% de deformação, que corresponde a uma deformação 
).
Como os fios de aço sofrem esforço de tração na região elástica, podemos utilizar a relação
matemática da tensão com a deformação, pelo módulo de elasticidade, dada por 
.
(E = 200 GPa)
ε = 0, 01 mm
mm
(E = 200 GPa)
ε = 0, 01 mm
mm
σ = Eε
σ = Eε
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Substituindo os valores fornecidos, a tensão é obtida por (1).
Considerando um sistema ideal, podemos encontrar a força atuante através da equação de
tensão, que relaciona força e a área da seção transversal por 
Assim o valor para a força atuante pode ser obtido por (2), lembrando que a área de seção
transversal nominal dos fios de aço apresenta valor de 62,9 mm2.
Assim, você encontrou que a força (em newtons) à qual os fios são submetidos no processo de
pré-tensionamento para a fabricação peças pré-moldadas de concreto protendido é de 125,8 kN.
Saiba mais
Olá, Estudante!
Compreender as relações entre tensão e deformação, bem como as propriedades mecânicas que
os materiais apresentam quando solicitados é fundamental para escolha correta de um material
na aplicação pretendida. Aprofunde seus conhecimentos na área lendo a seção 5.1.1 do livro
Fundamentos de Resistência dos Materiais de Pinheiro e Crivelaro. Saiba mais sobre o assunto
lendo os conceitos, verificando os exemplos e fazendo os exercícios propostos.
PINHEIRO, Antônio Carlos da Fonseca B.; CRIVELARO, Marcos. Fundamentos de Resistência dos
Materiais. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2016. E-book. ISBN 9788521632627.
Bons estudos!
σ = Eε = (0, 01 mm
mm
) = 2GPa
σ = Eε = (0, 01 mm
mm ) = 2GPa
σ = F/A.  
σ = F/A.  
σ = F
A → F = σ A = 2GPa (62, 9mm2) = 2x109Pa(62, 9x10−6m2) = 125, 8 kN
σ = F
A
→ F = σ A = 2GPa (62, 9mm2) = 2x109Pa(62, 9x10−6m2) = 125, 8 kN
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632627/
Referências
ASKELAND, Donald R.; WRIGHT, Wendelin J. Ciência e engenharia dos materiais – Tradução da 4a
edição norte-americana. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN
9788522128129. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 18 abr. 2024.
JR., William D C. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução. Rio de Janeiro: Grupo GEN,
2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 18 abr. 2024.
NEWELL, James. Fundamentos da Moderna Engenharia e Ciência dos Materiais. Rio de Janeiro:
Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 18 abr.
2024.
PINHEIRO, Antônio Carlos da Fonseca B.; CRIVELARO, Marcos. Fundamentos de Resistência dos
Materiais. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2016. E-book. ISBN 9788521632627. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632627/. Acesso em: 21 abr. 2024.
SMITH, William F.; HASHEMI, Javad. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais. Porto
Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 18 abr. 2024.
Aula 2
Materiais poliméricos
Materiais poliméricos
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Dica para você
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Olá, Estudante! Nessa videoaula você irá conhecer a classe de materiais denominada de
polímero, popularmente conhecida como plásticos. Veremos o que são, e como são, os materiais
poliméricos, como podem ser classificados, as principais propriedades que apresentam e as
aplicações mais comuns.
Esse tema é fundamental para sua prática pessoal e profissional, já que materiais dessa classe
são amplamente utilizados em diversas áreas da ciência e tecnologia, bem como situações
práticas de nosso dia a dia. Afinal, só hoje, quantos materiais poliméricos você já teve contato?
Vamos juntos analisar os conceitos e propriedades que descrevem os polímeros?!
Bons estudos!!! 
Ponto de Partida
Olá, Estudante! Nessa aula temos como objetivo descrever os materiais poliméricos, entender
como são constituídos e compreender para qual finalidade são comumente utilizados. E ainda,
discutir meios para conhecer um polímero através da avaliação das propriedades que
apresentam. Tudo isso para escolha adequada do material para aplicação em um projeto,
atendendo os requisitos necessários para sua utilização, garantindo o custo-benefício e às
condições de segurança.
Sendo assim, como forma de aplicação dos conceitos, vamos considerar uma situação em que
você é recém-contratado em uma empresa de desenvolvimento tecnológico e está visitando os
departamentos que essa empresa possui. Chegando ao departamento de materiais poliméricos,
ou melhor, ao departamento que desenvolve plásticos ou borrachas (elastômeros), você verifica
que um estudo a respeito de tipos de materiais poliméricos, para ser utilizado em vedações em
diferentes dispositivos, está sem desenvolvimento. O objetivo é utilizar esses materiais em
dispositivos do tipo válvulas de vasos sanitários, torneiras, bombas de reservatórios, entre
outros.
O foco desse estudo consiste em desenvolver componentes de vedação que apresentem uma
vida útil maior que os atuais e você foi convidado, pela equipe, para auxiliar nesse processo,
respondendo algumas perguntas:
Quais são as principais propriedades dos materiais poliméricos?
Seria possível utilizar um polímero que seria definitivo para essa aplicação?
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Para responder a esses questionamentos e identificar um material adequado, que atenda às
especificidades de um componente de vedação, alguns conceitos são necessários. Vamos a
eles?!
 Bons estudos!
Vamos Começar!
Definição
Os polímeros são materiais formados por carbono e outros elementos não metálicos,  unidos por
ligações covalentes. Sua formação inicial é caracterizada por longas cadeias com o elemento
químico carbono em sua espinha dorsal.
Para entender mais sobre esse material, precisamos conhecer a estrutura molecular de uma
substância para ser possível sua caracterização quanto as suas propriedades, especificando o
seu processamento e definindo suas aplicações. Por essa razão, é importante conhecer cada
termo e seu respectivo significado para entender a ciência dos materiais poliméricos.
O termo polímero foi criado pelo pesquisador Berzelius, em 1832, buscando um nome para
diferenciar moléculas orgânicas que possuíam os mesmos elementos químicos, mas não
necessariamente as mesmas propriedades. Contudo, essa denominação só foi amplamente
utilizada em 1922, por Staudinger, que propôs a teoria da macromolécula, uma nova classe de
materiais formada por moléculas de grande tamanho.
Os materiais poliméricos podem ser definidos como materiais que possuem várias partes
quimicamenteligadas. A própria palavra polímero significa “muitas partes”. Os polímeros são
compostos orgânicos de elevada massa molecular formados por unidades que se repetem,
denominadas meros, formando cadeias de longa extensão.
Os meros são obtidos a partir da reação química entre os monômeros, matéria-prima que dá́
origem aos polímeros. O conjunto de reações químicas em que há a ligação entre os monômeros
é chamado de reação de polimerização, ou síntese dos polímeros. A equação (1) apresenta a
reação de polimerização do etileno, obtendo-se polietileno com seu respectivo mero.
nCH2 = CH2
Monômetro etileno
→ ~CH2 − CH2 − CH2 − CH2~
polietileno
 ou [−CH2 − CH2−]n
mero
  
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Na equação (1) o índice 
Cada polímero é caracterizado pela sua massa molar (MM), definida como a somatória das
massas atômicas de cada elemento químico que compõe o mero. Uma equação simplificada é
dada para a massa molar da unidade repetitiva (MMur) multiplicada pelo seu grau de
polimerização (
), dada por (2).
MM = n(MMur)
Como exemplo, vamos considerar a reação do etileno (
) com grau de polimerização de 500. Para calcular a massa molar 
 desse polímero, precisamos da massa atômica do carbono e do hidrogênio, de valor 
 e 
, respectivamente. Assim, como o etileno possui dois átomos de carbono e quatro de oxigênio,
sua massa molar é dada por (3).
nCH2 = CH2
Monômetro etileno
→ ~CH2 − CH2 − CH2 − CH2~
polietileno
 ou [−CH2 − CH2−]n
mero
  
n
n
n
CH4
MM
12g/mol
1g/mol
CH4
MM
12g/mol
1g/mol
MMetileno = 2( 12g
mol ) + 4( 1g
mol ) = 28
g
mol
MMetileno = 2( 12g
mol
) + 4( 1g
mol
) = 28 g
mol
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Assim, a massa molar de cada mero possui valor de 28g/mol. Como, nesse caso, n=500, a
massa molar do etileno com grau de polimerização de 500 terá valor de (4).
Polímeros que apresentam massa molar menor que 10.000 g/mol são denominados oligômeros
(ou pré́-polímeros, onde 1.000são usadas para melhorar a resistência à tração e à compressão, a abrasão, a
tenacidade e a estabilidade dimensional e térmica.
n
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Os plastificantes são utilizados quando o objetivo é melhorar a flexibilidade, ductilidade e a
tenacidade, diminuindo a temperatura de transição vítrea do polímero, a dureza e a rigidez.
Os estabilizadores são outro tipo de aditivo polimérico que neutraliza os processos de
deterioração como a oxidação e radiação.
Os corantes são os responsáveis por dar uma cor específica um polímero. Esses corantes
são adicionados na forma de pigmentos, que permanecem como uma fase distinta ou
tintas (matiz) que se dissolvem no polímero.
Os retardantes de chama são usados para aumentar a resistência ao fogo dos polímeros
combustíveis, já que a maioria dos materiais poliméricos é inflamável na forma pura.
E ainda, outra propriedade interessante dos materiais poliméricos é a viscoelasticidade, que
indica a capacidade do material para se deformar na região elástica, considerando sua
viscosidade. Os valores para essa propriedade podem ser modificados utilizando catalisadores,
podendo formar a chamada memory foam, também conhecida como espuma de memória. Esse
tipo de espuma é extremamente macio à temperatura da pele humana quando comparado à
temperatura ambiente. Um exemplo de polímeros viscoelásticos são as popularmente
conhecidas espumas da NASA (travesseiros da NASA).
Mesmo cada polímero apresentando propriedades bem distintas, a maioria deles é resistente
aos produtos químicos. E, ainda, uma das características mais marcantes dos polímeros é o fato
deles serem bons isolantes térmicos e elétricos. Por essa razão os cabos elétricos são
revestidos de materiais poliméricos.
Principais aplicações
Devido ao crescimento da ciência, acompanhado dos avanços tecnológicos, a indústria
polimérica vem se tornando cada vez mais importante na manutenção do estilo de vida da
sociedade contemporânea., fazendo com que essa classe de materiais esteja presente na
indústria plástica, civil, têxtil e muitas outras.
Isso é possível pelo fato de que esses materiais possibilitam o desenvolvimento de produtos
com características químicas inovadoras, como o caso do poliacetato de vinila, utilizado em
revestimentos. Eles também podem contribuir positivamente na produção do nylon, usado em
roupas e fibras, e de PVC, utilizado nas tubulações.
Considerando o desempenho tecnológico, os polímeros do tipo termoplásticos convencionais
(commodities) são amplamente empregados. Esses polímeros são materiais de baixo custo,
baixo nível de exigência mecânica, alta produção, alto consumo e facilidade de processamento.
A produção desses termoplásticos corresponde a aproximadamente 90% da produção total de
polímeros no mundo. Como exemplos, temos as poliolefinas (PEBD, PEAD, PELBD, PP), o
poliestireno (PS), o policloreto de vinila (PVC) e o copolímero de estireno-acrilonitrila (SAN).
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Já os termoplásticos de engenharia apresentam propriedades de alta resistência mecânica
(rigidez), boa tenacidade e excelente estabilidade dimensional. Características que são
exigências para a confecção de peças com bom desempenho para aplicação em dispositivos
mecânicos (engrenagens, peças técnicas para a indústria eletroeletrônica e automobilística).
Como exemplo desses materiais, temos o polimetacrilato de metila (PMMA), os poliésteres
saturados - polietileno tereftalato (PET) e polibutileno tereftalato (PBT), policarbonato (PC) e
copolímeros de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS).
E ainda, os termoplásticos de alto desempenho são utilizados nas aplicações em que são
empregadas altas temperaturas, com grande quantidade de anéis aromáticos na cadeia principal,
o que aumenta a estabilidade térmica para uso contínuo para temperaturas acima de 150°C.
Como exemplo, temos os polímeros contendo enxofre, como polissulfonas, polissulfeto de
fenileno (PPS), poliftalamidas (PPA), alguns poliuretanos e os polímeros de cristal líquido
polimérico (LCP).
Por fim, os polímeros autorregeneradores, muito falado nos últimos anos. Contudo, desde a
década de 1990 esses materiais são estudados. Esses polímeros são compostos por agentes
regeneradores encapsulados e catalisadores que são distribuídos ao longo da matriz polimérica.
Quando sujeitos a cortes ou aplicações que danificam sua estrutura inicial, após um determinado
tempo, se autorregeneram. Existem diversos estudos utilizando polímeros que se
autorregeneram como revestimentos de peças metálicas, componentes automotivos, adesivos,
equipamentos náuticos e aeroespaciais e componentes estruturais. O emprego desses materiais
pode minimizar ou até mesmo eliminar processos de reparação ou de manutenção em sistemas
hidráulicos e de vedação.
Vamos Exercitar?
Relembrando o problema proposto inicialmente, você é recém-contratado em uma empresa de
desenvolvimento tecnológico e está visitando os departamentos que essa empresa possui.
Chegando ao departamento de materiais poliméricos, ou melhor, ao departamento que
desenvolve plásticos ou borrachas (elastômeros), você verifica que um estudo a respeito de tipos
de materiais poliméricos, para ser utilizado em vedações em diferentes dispositivos, está sem
desenvolvimento. O objetivo é utilizar esses materiais em dispositivos do tipo válvulas de vasos
sanitários, torneiras, bombas de reservatórios, entre outros. O foco desse estudo consiste em
desenvolver componentes de vedação que apresentem uma vida útil maior que os atuais e você
foi convidado, pela equipe, para auxiliar nesse processo, respondendo algumas perguntas:
Quais são as principais propriedades dos materiais poliméricos?
Seria possível utilizar um polímero que seria definitivo para essa aplicação?
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Para responder a esses questionamentos, temos que os materiais poliméricos podem apresentar
as mais diferentes propriedades, podendo ser classificados, basicamente em termoplásticos,
termorrígidos e elastômeros. 
Os termoplásticos são polímeros que podem ser fundidos por diversas vezes (são recicláveis), já
os termorrígidos não apresentam essa mesma habilidade, pois uma vez fundidos, ao serem
aquecidos, sofrem degradação. E por fim, os elastômeros (borrachas), um material natural ou
sintético que apresenta propriedades elásticas, obedecendo funções específicas.
Os polímeros podem apresentar elevada resistência química e mecânica, ser bons isolantes
térmicos e elétricos, apresentar baixa densidade quando comparados aos materiais metálicos.
No entanto, os materiais poliméricos utilizados como anéis de vedação sofrem com o desgaste
durante a utilização, ocasionando vazamentos.
Contudo, como sugestão de melhoria, para a finalidade proposta, é possível utilizar os polímeros
autorregeneradores. O anel de vedação fabricado com polímeros autorregeneradores pode ser
uma alternativa viável, pois ao sofrer desgastes esses polímeros liberam agentes regeneradores
que, com o auxílio de substâncias catalisadoras, regeneram ou “colam” a superfície afetada. O
componente regenerado apresenta as mesmas propriedades e resistência verificada que o
componente antes da ruptura.
Saiba mais
Olá, Estudante!
Conhecer materiais poliméricos, entender as principais propriedades que apresentam e as
principais aplicações são importantes para análise de materiais no desenvolvimento de projetos.
Assim, aprofunde seus conhecimentos na área lendo o capítulo 3 do livro Polímeros - Conceitos,
Estrutura Molecular, Classificação e Propriedades de Nunes e Lopes. Saiba mais sobre o assunto
lendo os conceitos, verificando os exemplos e fazendo os exercícios propostos. Caso o assunto
desperte curiosidade, aproveite para olhar os demais capítulos do livro proposto!
NUNES, Edilene de Cássia D.; LOPES, Fábio Renato S. Polímeros - Conceitos, Estrutura Molecular,
Classificação e Propriedades. Editora Saraiva, 2014. E-book. ISBN 9788536520506.
Bons estudos!
Referências
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOSMATERIAIS
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536520506/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536520506/
ASKELAND, Donald R.; WRIGHT, Wendelin J. Ciência e engenharia dos materiais – Tradução da 4a
edição norte-americana. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN
9788522128129. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 21 abr. 2024. 
JR., William D C. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução. Rio de Janeiro: Grupo GEN,
2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 21 abr. 2024.
NEWELL, James. Fundamentos da Moderna Engenharia e Ciência dos Materiais. Rio de Janeiro:
Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 21 abr.
2024.
NUNES, Edilene de Cássia D.; LOPES, Fábio Renato S. Polímeros - Conceitos, Estrutura Molecular,
Classificação e Propriedades. Editora Saraiva, 2014. E-book. ISBN 9788536520506. Disponível
em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536520506/. Acesso em: 21 abr.
2024.
PINHEIRO, Antônio Carlos da Fonseca B.; CRIVELARO, Marcos. Fundamentos de Resistência dos
Materiais. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2016. E-book. ISBN 9788521632627. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632627/. Acesso em: 21 abr. 2024.
SMITH, William F.; HASHEMI, Javad. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais. Porto
Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 21 abr. 2024.
Aula 3
Materiais Cerâmicos
Materiais Cerâmicos
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536520506/.
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Dica para você
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aprendizagem ainda mais completa.
Olá, Estudante! Nessa videoaula você irá conhecer a classe de materiais cerâmicos. Veremos o
que são cerâmicas, como são constituídas, as características e propriedades que apresentam e
as principais aplicações no dia a dia e na indústria.
Esse tema é fundamental para sua prática pessoal e profissional, já que são muitas as áreas de
aplicação desse tipo de material, desde utilização como isolantes elétricos e térmicos em ônibus
espaciais até a aplicação em implantes dentários ou próteses.
Vamos juntos analisar os conceitos e propriedades que descrevem os materiais cerâmicos?!
Bons estudos!!!
Ponto de Partida
Olá, Estudante!
Nessa aula temos como objetivo descrever os materiais cerâmicos, entender como são
constituídos e compreender para qual finalidade são comumente utilizados. Para isso, se torna
importante entender como o material cerâmico é formado e conhecer as principais propriedades
que essa classe de materiais apresenta. Tudo para seja possível a escolha adequada do material
para utilização em um projeto, atendendo os requisitos necessários, garantindo o custo-benefício
e às condições de segurança.
Sendo assim, como forma de aplicação dos conceitos, vamos considerar uma situação em que
você atua como analista em um laboratório de análise de materiais que presta serviços para
empresas de diversos ramos. Nesse momento, você foi acionado por uma empresa fabricante de
próteses usadas na artroplastia do quadril ou do joelho para ajudá-los na fabricação de uma
prótese com características específicas.
Para isso, é importante entender que a artroplastia é uma cirurgia indicada a pacientes com
quadro crônico de artrite. Nos joelhos, por exemplo, a lesão ou o desgaste da cartilagem entre os
ossos, resulta no atrito ósseo, ocasionando dores e dificuldade de locomoção. Assim, para
resolver esse problema, a superfície da cabeça dos ossos é substituída por superfícies metal-
polietileno. Observe a Figura 1, ela apresenta a sequência do processo para implante da prótese
metal-polietileno no joelho.
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Figura 1. Etapas do processo cirúrgico para artroplastia do joelho. Fonte: KLS Química e Ciência dos Materiais (2019, p.171).
 A empresa fabricante de próteses procurou o laboratório para encontrar alternativas de
materiais como substitutos ao uso do metal-polietileno. Nesse cenário, alguns questionamentos
foram feitos a você:
Quais outros tipos de materiais poderiam ser utilizados para substituir o metal-polietileno?
As cerâmicas seriam uma opção?
Quais as propriedades gerais desses materiais para implante atualmente existentes? E
quais seriam as características específicas e desejáveis dessas cerâmicas para essa
aplicação?
Para que possamos responder a esses questionamentos, alguns conceitos são necessários.
Vamos a eles?!
 Bons estudos!
Vamos Começar!
Definição
As cerâmicas apresentam várias propriedades muito interessantes, e por essa razão, são
amplamente utilizadas em diversos ramos de indústria. De modo geral, elas possuem maior
dureza e rigidez quando comparadas aos aços, e sua resistência ao calor e à corrosão é maior
que a dos metais e polímeros. Além disso, são menos densas que a maioria dos metais e suas
ligas, mas se quebram facilmente. As matérias−primas para fabricação de cerâmicas são
abundantes e relativamente baratas.
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Materiais cerâmicos são compostos definidos geralmente pelo que não são. Isso quer dizer que
eles não são metálicos nem poliméricos, mas são inorgânicos e podem ser cristalinos ou não.
Essa classe de materiais envolve compostos, como óxidos de metais, nitritos e carbetos. E,
comumente, esses materiais são isolantes, mas também podem ser condutores e resistentes a
altas temperaturas.
Olhando a formação atômica dos compostos, as cerâmicas são materiais inorgânicos formados
entre elementos metálicos e não metálicos. Um exemplo bem conhecido é o óxido de alumínio
(alumina), com formulação Al2O3, que é composto por átomos de alumínio (metal) e de oxigênio
(não metal).
Nesses materiais, as ligações atômicas são predominantemente de natureza iônica, podendo
apresentar também ligações covalentes entre os átomos que formam o material. Através dos
valores de eletronegatividade de cada elemento que compõe o material, é possível calcular a
porcentagem de ligações iônicas e covalentes existentes. E ainda, quanto maior for a diferença
de eletronegatividade dos elementos, mais iônicas serão as ligações; em contrapartida, quanto
menor for essa diferença, mais covalente serão.
O percentual de caráter iônico (%Caráter Iônico) de cada cerâmica, que dependerá da diferença
de eletronegatividade (Xn) entre os átomos (A e B), pode ser calculado por (1).
Como exemplo, o caráter iônico do óxido de alumínio (Al2O3) pode ser calculado por (1),
considerando os valores de eletronegatividade do alumínio (Al) e do oxigênio (O) 1,61 e 3,44,
respectivamente. Assim, a porcentagem de caráter iônico é expressa em (2)
%caráter iônico  =  {1 − exp[−(0, 25)(XA − XB)2]}x100
%caráter iônico  =  {1 − exp[−(0, 25)(XA − XB)2]}x100
%caráter iônico  =  {1 − exp[−(0, 25)(XA  −  XB)2]}x100
%caráter iônico Al2O3 = {1 − exp[−(0, 25)(3, 44 − 1, 61)
2]}x100 = 57%
⎫⎪⎬⎪⎭%caráter iônico  =  {1 − exp[−(0, 25)(XA  −  XB)2]}x100
%caráter iônico Al2O3 = {1 − exp[−(0, 25)(3, 44 − 1, 61)
2]}x100 = 57%
⎫⎪⎬⎪⎭Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Ou seja, o composto óxido de alumínio 
Os compostos cerâmicos quepossuem um elevado percentual de caráter iônico apresentam
uma estrutura dependente do tamanho dos íons e, consequentemente, do balanço eletrostático.
Enquanto os compostos cerâmicos que possuem um elevado percentual de caráter covalente
apresentam estruturas dependentes da direcionalidade das ligações.
As ligações iônicas e covalentes existentes nos materiais cerâmicos são mais fortes que as
ligações metálicas e, devido a essa característica, as cerâmicas, são frágeis enquanto os metais
são dúcteis.
Propriedades dos materiais cerâmicos
As propriedades físicas de qualquer cerâmica são consequência direta da sua estrutura cristalina
e composição química. O óxido de alumínio (alumina), por exemplo, apresenta estrutura
cristalina hexagonal compacta e elevada dureza, resistência à abrasão e compressão e, quando
polida, apresenta um ótimo acabamento superficial. As fortes ligações iônicas tornam a alumina
um material quimicamente inerte, apresentando grande estabilidade em meios fisiológicos.  
Quando peças de alumina para próteses são polidas e utilizadas em pares que se
complementam, o coeficiente de atrito entre elas diminui com o tempo, aproximando-se ao de
uma articulação normal.
Assim, fica evidente a relação entre a microestrutura e as propriedades, tais como variações
localizadas de densidade, granulometria, tipo de porosidade e a composição de segunda fase,
que podem ser correlacionadas com as propriedades das cerâmicas, como a resistência
mecânica, dureza, tenacidade, constante dielétrica, densidade e elevados pontos de fusão e
ebulição.
As propriedades mecânicas das cerâmicas são importantes em materiais estruturais e de
construção e incluem elasticidade, resistência à tração, resistência à compressão, resistência ao
corte, resistência à fratura, ductilidade (baixa em materiais quebradiços) e dureza.
No entanto, diferentemente dos metais, as propriedades mecânicas das cerâmicas não são
avaliadas por meio de um ensaio de tração, devido à dificuldade em produzir corpos de prova que
possuam a geometria exigida. A fixação adequada desses materiais pode ocasionar fraturas e,
por fim, as cerâmicas falham após uma deformação de aproximadamente 0,1%. Assim, é mais
conveniente utilizar um ensaio de compressão ou um ensaio de flexão transversal.
Al2O3
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Com o intuito de melhorar o comportamento frágil dos materiais cerâmicos, foram desenvolvidos
os compósitos com matriz cerâmica, que aumentam consideravelmente a resistência à fratura
nesses materiais. Os freios a disco são exemplos dos compósitos que utilizam matrizes
cerâmicas, fabricados a partir de processos específicos. A patilha fabricada por esse processo é
mais eficiente quando comparada aos discos de freios de ferro fundido, devido à boa dissipação
de calor do material cerâmico e à elevada resistência ao desgaste, sem perder a capacidade de
frenagem em elevadas temperaturas.
Como vimos, as cerâmicas, em sua maioria, apresentam comportamento frágil. No entanto, não
cabe a elas o sinônimo de delicadas. Esses materiais são muito resistentes a altas temperaturas
e a ambientes severos. O ônibus espacial Discovery, por exemplo, possuía um sofisticado
sistema térmico de proteção nos cones de exaustão do foguete, telhas de isolamento,
componentes de motor e revestimentos cerâmicos embutidos no vidro do para-brisa.
Além das propriedades mecânicas, os materiais cerâmicos apresentam diversas propriedades
elétricas. Com o aumento da temperatura, as cerâmicas iônicas (que são isolantes à temperatura
ambiente) apresentam aumento da condutividade elétrica, podendo chegar a valores maiores
que a condutividade de materiais semicondutores.
Algumas cerâmicas são semicondutoras (ou seja, apresentam condutividade apenas em
circunstâncias específicas) e a maior parte delas é formada por óxidos de metais de transição
que são semicondutores, como o óxido de zinco (
A piezoeletricidade, que pode ser definida como a habilidade de alguns cristais produzirem
tensão elétrica a partir de uma pressão mecânica, é outra propriedade exibida por muitos
materiais cerâmicos, incluindo o quartzo, utilizado em relógios para medir o tempo e em outros
equipamentos. Esses dispositivos empregam as propriedades da piezoeletricidade utilizando a
energia elétrica para criar um movimento mecânico (alimentando o dispositivo) e depois, a partir
desse movimento, produzem eletricidade (gerando um sinal).
A piezoeletricidade é geralmente mais forte em materiais cerâmicos que também exibem
piroeletricidade, e todos os materiais piroelétricos são, do mesmo modo, piezoelétricos. A
piroeletricidade é definida pela habilidade de alguns materiais produzirem temporariamente um
potencial elétrico quando aquecidos ou resfriados, podendo ser utilizados para converter energia
térmica em mecânica ou elétrica.
Outra característica importante é que as cerâmicas não possuem elétrons livres, que são
responsáveis por absorver fótons de luz. Assim, esses materiais podem ser transparentes à luz
visível e apresentarem os fenômenos de reflexão, refração, transmissão e absorção. Na
formação de cerâmicas policristalinas, o tamanho dos grãos é determinado pelo tamanho das
ZnO
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
partículas cristalinas presentes na matéria-prima, durante a formação (ou compressão) do
objeto. Dessa forma, uma redução do tamanho da partícula original pode eliminar qualquer
dispersão de luz, resultando em um material transparente.
Siga em Frente...
Principais aplicações 
Os materiais cerâmicos são utilizados nas mais diversas aplicações em virtude da diversidade
das composições básicas e ligações interatômicas, que resultam em diferentes propriedades do
material final.
O material cerâmico pode ser classificado de acordo com sua composição específica ou com
base em suas aplicações. A Figura 2 apresenta a classificação dos materiais cerâmicos de
acordo com suas aplicações.
Figura 2. Classificação dos materiais cerâmicos. Fonte: elaborada pela autora.
 Considerando os materiais cerâmicos utilizados para aplicações de engenharia, eles podem ser
divididos em dois grupos: cerâmicas tradicionais e cerâmicas de engenharia. Normalmente, as
cerâmicas tradicionais são feitas de três componentes básicos: argila, sílica e feldspato,
produzindo produtos como tijolos, telhas e artigos de porcelana. Já as cerâmicas de engenharia
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MATERIAIS
são compostos altamente puros de óxido de alumínio (Al2O3), carboneto de silício (SiC) e nitreto
de silício (Si3N4).
O vidro é um dos tipos de materiais cerâmicos com o qual temos contato diariamente: o vemos
em recipientes, janelas, espelhos, utensílios domésticos, entre outros. Os vidros são silicatos não
cristalinos com adição de outros óxidos que influenciam suas propriedades finais. Entre os
óxidos mais utilizados, se destacam
CaO (óxido de cálcio), Na2O (óxido de sódio), K2O (óxido de potássio) e o óxido de alumínio. Eles
se enquadram em uma linha exclusiva de materiais cerâmicos definidos principalmente pela
estrutura atômica que possuem: amorfa. Já os denominados vidrocerâmicos são vidros
inorgânicos que foram submetidos a tratamentos térmicos em elevadas temperaturas.
Os produtos à base de argila são materiais encontrados em abundância em virtude da facilidade
que são produzidos. Eles são, basicamente, de dois tipos: estruturais (tijolos, telhas, tubos de
esgoto) e louças brancas (porcelana, louças, cerâmicas). Sendo que os produtos estruturais
possuem integridade estrutural do material e as louças brancas recebem esse nome pois,
quando submetidos ao cozimento em elevadas temperaturas, se tornam brancas.
Os materiais refratários são caracterizados pela capacidade de suportar altas temperaturas sem
fundir ou se decompor (são bons isolantes térmicos), mantendo inertes quando expostos a
ambientes severos. Eles podem ser do tipo argila refratária, à base de sílica, básicos e especiais.
As propriedades que esses materiais apresentam estão relacionadas à composiçãoquímica que
possuem.
As cerâmicas abrasivas possuem elevada dureza, elevada resistência ao desgaste e alta
tenacidade. Elas são utilizadas no desgaste, corte ou polimento de materiais com menor dureza.
O diamante, carboneto de silício, carboneto de tungstênio, areia de sílica e óxido de alumínio são
exemplos típicos de materiais cerâmicos abrasivos, que podem ser utilizados como: grãos
soltos, abrasivos revestidos e colados a discos de esmerilhamento.
Os cimentos constituem outra classificação de material cerâmico. Ao serem misturados em
água, formam inicialmente uma pasta que, posteriormente, seca em forma sólida. Essa
propriedade do cimento é muito útil, pois permite que materiais sólidos com diferentes
geometrias sejam moldados, além de ser utilizado como fase de ligação entre os tijolos em
construção. Como exemplo desse grupo de materiais cerâmicos, temos o cimento, propriamente
dito, cimento portland, gesso e cal.
Por fim, as cerâmicas avançadas são materiais mais recentes, fabricados de acordo com as
aplicações específicas. Dentre as propriedades, as ópticas, magnéticas e elétricas são as mais
exploradas na formação desse tipo de material. Motores de combustão, fibras ópticas e
sistemas micro eletromecânicos são algumas aplicações típicas das cerâmicas avançadas.
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
Vamos Exercitar?
Relembrando o problema proposto inicialmente, o laboratório de análise de materiais em que
você atua como analista foi acionado para atender uma empresa fabricante de próteses
utilizadas na artroplastia de joelhos e quadril, que pretende utilizar outro material das próteses
em substituição ao metal-polietileno.
Foi perguntado a você qual material poderia ser utilizado como alternativa? E se existem
materiais cerâmicos que podem ser utilizados nessa aplicação? Se sim, quais as propriedades
dessa classe de materiais e quais seriam as características específicas e desejáveis dessas
cerâmicas para essa aplicação?
Para responder a esses questionamentos, é necessário que entender que, dentre as classes de
materiais, os materiais cerâmicos podem ser uma alternativa pelo fato de apresentam diferentes
propriedades, como resistência mecânica, dureza, tenacidade e elevados pontos de fusão e
ebulição.
Especificamente, em no problema proposto, o material cerâmico alumina é utilizado na
fabricação de acetábulos e cabeças femorais usados na artroplastia do quadril e do joelho. A
alumina possui estrutura cristalina hexagonal compacta, o que lhe confere elevada dureza,
resistência à abrasão e compressão. As peças polidas possuem excelente acabamento
superficial e as fortes ligações iônicas fazem com que a alumina seja um material quimicamente
inerte e com boa estabilidade em meios fisiológicos. Ao serem polidas, o coeficiente de atrito
entre as peças de alumina utilizadas em pares diminui com o tempo, aproximando-se ao de uma
articulação normal.
Por essa razão, a alumina se apresenta como alternativa ideal em substituição ao metal-
polietileno em próteses utilizadas na artroplastia de joelhos e quadril, devido suas propriedades.
Por exemplo, a resistência ao desgaste de superfícies alumina-alumina é aproximadamente 10
vezes menor que o das superfícies metal-polietileno.
Outras aplicações clínicas da alumina incluem próteses de joelho, parafusos para ossos e
implantes dentários.
Saiba mais
Olá, Estudante!
Conhecer materiais cerâmicos, entender as principais propriedades que apresentam e as
principais aplicações são importantes para análise de materiais no desenvolvimento de projetos.
Assim, aprofunde seus conhecimentos na área lendo o capítulo 6 do livro Materiais de
Disciplina
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536532769/
Construção de Antônio Carlos da Fonseca Pinheiro. Saiba mais sobre o assunto lendo os
conceitos, verificando os exemplos e fazendo os exercícios propostos. Caso o assunto desperte
curiosidade, aproveite para olhar os demais capítulos do livro proposto!
PINHEIRO, Antonio Carlos da Fonseca B.; CRIVELARO, Marcos. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO.
São Paulo: Editora Saraiva, 2020. E-book. ISBN 9788536532769. 
Bons estudos!
Referências
ASKELAND, Donald R.; WRIGHT, Wendelin J. Ciência e engenharia dos materiais – Tradução da 4a
edição norte-americana. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN
9788522128129. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 21 abr. 2024. 
JR., William D C. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução. Rio de Janeiro: Grupo GEN,
2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 21 abr. 2024.
NEWELL, James. Fundamentos da Moderna Engenharia e Ciência dos Materiais. Rio de Janeiro:
Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 21 abr.
2024.
NUNES, Edilene de Cássia D.; LOPES, Fábio Renato S. Polímeros - Conceitos, Estrutura Molecular,
Classificação e Propriedades. Editora Saraiva, 2014. E-book. ISBN 9788536520506. Disponível
em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536520506/. Acesso em: 21 abr.
2024.
PAWLICKA, Agnieszka; FRESQUI, Maíra; TRSIC, Milan. Curso de Química para Engenharia, volume
II: Materiais. São Paulo: Editora Manole, 2013. E-book. ISBN 9788520436646. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788520436646/. Acesso em: 22 abr. 2024.
PINHEIRO, Antônio Carlos da Fonseca B.; CRIVELARO, Marcos. Fundamentos de Resistência dos
Materiais. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2016. E-book. ISBN 9788521632627. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632627/. Acesso em: 21 abr. 2024.
SMITH, William F.; HASHEMI, Javad. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais. Porto
Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 21 abr. 2024.
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QUÍMICA E CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536532769/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536520506/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788520436646/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632627/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/.
Aula 4
Materiais Compósitos e Avançados
Materiais Compósitos e Avançados
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para assistir mesmo sem conexão à internet.
Dica para você
Aproveite o acesso para baixar os slides do vídeo, isso pode deixar sua
aprendizagem ainda mais completa.
Olá, Estudante!
Nessa videoaula iremos conhecer uma classe de materiais que está sempre em
desenvolvimento, como novas descobertas de propriedades e aplicações: os materiais
compósitos. Vamos compreender como esses materiais são obtidos, sua classificação e
propriedades. Também falaremos sobre os materiais avançados, que são materiais de alto
desenvolvimento tecnológico, com aplicações importantes nas mais diversas áreas da ciência.
Esse tema é fundamental para sua prática pessoal e profissional, pelo fato de que a maioria dos
novos materiais que estão em desenvolvimento são do tipo compósitos com alguma das
características dos materiais avançados.
Vamos juntos analisar os conceitos e propriedades que descrevem os materiais compósitos e
avançados?!
Bons estudos!!!
Ponto de Partida
Olá, Estudante! Nessa aula temos como objetivo descrever os materiais compósitos e os
materiais avançados. Os compósitos (ou também conhecidos como compostos) compreendem
uma classe de materiais que a cada dia ganham