Introduçao a ciencia dos materiais

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Materiais Compósitos
Introdução a ciências dos materiais
 Os materiais compósitos consistem em misturar compostos de naturezas distintas visando imprimir novas propriedades aos materiais. Por ser um material multifásico, um compósito exibe além das propriedades inerentes de cada constituinte, propriedades intermediárias decorrentes da formação de uma região interfacial. As fases dos compósitos são chamadas de matriz – que pode ser cerâmica, polimérica e metálica – e a fase dispersa – geralmente fibras ou partículas que servem como carga.
 A matriz de um material compósito deve, para além de manter a coesão das fibras, garantir as seguintes funções: 
- Proteger as fibras do meio envolvente; 
- Proteger as fibras do dano durante o manuseamento; 
- Distribuir o carregamento pelas fibras; 
- Redistribuir o carregamento pelas fibras resistentes em caso de ruptura. 
 O reforço é o componente descontínuo do material compósito, é, em regra, mais resistente do que a matriz e no caso de assumir a forma de fibras permite que o material tenha capacidade de resistência na direção do carregamento. 
Aplicação:
 A aplicação de materiais compósitos vai desde simples artigos utilizados no dia a dia até aplicações em produtos de alta tecnologia. A aplicação desses materiais é uma realidade atual nas indústrias de ponta, com destaque no segmento aeronáutico e aeroespacial. Diversos projetos já foram desenvolvidos considerando-se suas propriedades, tais como: F-18 e F-22 no segmento aeronáutico militar; e Airbus 380 e Boeing 787 no segmento de aeronáutica civil. A título de curiosidade, já antigas civilizações utilizavam compósitos (palha+barro) na produção de tijolos.
 
Os materiais compósitos laminados constituídos por fibras de alta resistência, envoltas por uma matriz, possuem particular importância devido a inúmeras aplicações em Engenharia Aeronáutica, Mecânica e, mais recentemente, em Engenharia Civil. Fibras e matriz possuem características bastante distintas.
Alguns Tipos de Materiais Compósitos:
Compósitos Reforçados com Fibras
Compósitos com Partículas Grandes
Compósitos Reforçados por Dispersão
Compósitos com Matriz Metálica
Compósitos Reforçados com Fibras:
Aos compósitos cuja fase dispersa está na forma de uma fibra tem-se dado maior relevância atualmente. Os compósitos reforçados com fibra conferem alta resistência mecânica e rigidez. Estas características estão expressas em termos dos parâmetros resistência mecânica específica e módulo específico, que correspondem, respectivamente, às razões de resistência mecânica para massa específica e módulo de elasticidade para massa específica. Compósitos reforçados com fibra com altas resistências mecânicas e módulos de elasticidade tem sido produzidos utilizando-se materiais de fibra e de matriz de baixas densidades.
Compósitos com Partículas Grandes:
Tipos comuns de compósitos de partículas grandes são materiais poliméricos aos quais enchedores foram adicionados e o concreto, composto de cimento (a matriz) e areia e cascalho (os particulados).
Partículas podem ter uma boa variedade de geometrias, mas elas devem possuir aproximadamente a mesma dimensão em todas as direções e ser pequenas e igualmente distribuídas através de toda a matriz. Além disso, a fração de volume das duas fases influencia o comportamento, as propriedades mecânicas são melhoradas com o aumento do teor de particulados.
 Concreto: É um compósito comum de partícula grande no qual as fases tanto matriz quanto dispersa são materiais cerâmicos. Trata-se de um material compósito formado por partículas agregadas que são interligadas num corpo sólido por algum tipo de meio ligante, isto é, um cimento. Os dois tipos de concretos mais familiares são aqueles feitos com cimentos portland e asfáltico, onde o agregado é cascalho e areia. Concreto asfáltico é largamente usado principalmente como um material de pavimentação, enquanto que o cimento portland é empregado extensivamente como um material estrutural de construção civil.
Compósitos Reforçados por Dispersão:
Metais e ligas metálicas podem ter suas propriedades mecânicas melhoradas pela uniforme dispersão de finas partículas de um material muito duro e inerte. O mecanismo de endurecimento envolve interações entre as partículas e discordâncias dentro da matriz. O efeito de fortalecimento por dispersão não é tão pronunciado quando no endurecimento por precipitação; entretanto, o fortalecimento é obtido em elevadas temperaturas e para prolongados períodos de tempo porque as partículas dispersas nesses compósitos não reagem com a fase matriz.
Compósitos com Matriz Metálica:
Visto que a grande dos metais são dúcteis, estes podem também ser usados como fase matriz em compósitos reforçados por fibra. Contudo, apesar de existir essa compatibilidade, sua aplicação é limitada como matriz de compósitos.
Um número de compósitos de fibra contínua nos quais ligas de alumínio, magnésio, cobre e titânio tem sido utilizadas, eventualmente, como a fase matriz, que pode ser reforçada com fibras de outros materiais.
Estes metais reforçados com fibra podem ser utilizados em temperaturas maiores do que os compósitos poliméricos. Além disso, altas resistências mecânicas específicas e altos módulos específicos são possíveis uma vez que as densidades destes metais básicos são relativamente baixas.
Tecido de fibra de carbono