Classificação Dos Materiais

Classificações dos materiais:

Os materiais são classificados tecnicamente em três classes principais independentes e uma composta (ver Figura 1-1), denominadas, respectivamente: polímeros, cerâmicas, metais e compósitos. Os materiais metálicos compõem o tema central da metalurgia.

Figura 1-1: Classificação técnica dos materiais

Dentro dessa ótica, J.W. Bullard (http://www.mse.uiuc.edu/info/mse182/t41.html), da

Universidade de Illinois, EUA, apresenta as principais subclasses dessa classificação:

Classe Subclasse

Metais A. Ferro e aço;

B. Ligas não-ferrosas e superligas (aplicações aeroespaciais)

C. Compostos intermetálicos (materiais estruturais de alta temperatura)

Cerâmicas A. Cerâmicas estruturais (materiais estruturais de alta temperatura) B. Refratários (materiais resistentes à corrosão, isolantes térmicos) C. Cerâmica branca (porcelanas)

D. Vidros

E. Cerâmicas para aplicações elétricas (capacitores, isolantes, transdutores, etc.) F. Cerâmicas ligadas quimicamente (cimento e concreto)

Polímeros A. Plásticos

B. Cristais líquidos

C. Adesivos

Compósitos A. Compósitos particulados (pequenas partículas dispersas em um material diferente) B. Compósitos laminados (tacos de golfe, raquetes de tênis)

C. Compósitos reinforçados com fibras (fibra de vidro, fibra de carbono)

Tabela 1-I: Principais subclasses de materiais (adaptado)

A maioria das classificações dos materiais nasceu num tempo em que as propriedades mecânicas estavam em primeiro plano. Assim, a primeira associação de materiais é feita tendo-se em vista normalmente uma determinada propriedade mecânica ou estrutural: dureza, resistência, fragilidade, etc. Outras classificações podem ser feitas como, por exemplo, com base na Química (Tabela 1-II).

Ligação Menor partícula Estrutura

Metais metálica átomo cristalina

Semicondutores covalente, (iônica) átomo cristalina (raram. amorfa)

Cerâmicos covalente, iônica molécula cristalina

Vidros covalente, iônica molécula amorfa

Polímeros covalente, lig. secundárias cadeia de moléculas amorfa (raram. cristalina)

Tabela 1-II: Classificação química dos materiais

Uma classificação moderna e muito interessante dos materiais é aquela onde eles são divididos em apenas dois grandes grupos:

materiais estruturais: que são todos os materiais para os quais as propriedades mecânicas têm um papel fundamental;

materiais funcionais: que servem para cumprir um grupo de funções como, por exemplo, materiais ‘semicondutores’, materiais magnéticos, materiais condutores de eletricidade, luz, etc.

Lembre-se, contudo, que a natureza é refratária às classificações e que uma classi-ficação totalmente isenta de exceções é virtualmente inexistente.

Propriedades

Os materiais são usados por causa de suas boas propriedades. Usamos vidro nas vidraças porque é transparente à luz visível, aço nos automóveis por causa da sua boa resistência mecânica, cobre nos condutores elétricos por causa da sua boa condutividade elétrica.

Naturalmente o valor de uma propriedade varia mesmo entre os materiais de uma mesma classe, contudo, é possível observar-se certo grau de correlação entre as classes de materiais e as propriedades. A magnitude de algumas propriedades (mecânicas) interessantes, para as quatro diferentes classes de materiais, pode ser vista na Tabela 1-III.

Propriedade Unidade Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos*

Densidade Mg**/m3 2-10 1-5 1-2 1,5-2,0

Mód. de Young GPa 50-200 10-1000 0,01-10 10-200

Res. à tração MPa 50-2000 1-800 5-100 100-1000

* com matriz polimérica

** Mg = megagrama ou tonelada (métrica)

Tabela 1-III: Faixas de algumas propriedades, por classe de material

Fonte: Ashby e Jones, Eng. Mat.2, p.376

Duas propriedades mecânicas citadas acima estão relacionadas com o nível de tensão (que possui as unidades da pressão): o módulo de Young e a resistência mecânica à tração. Elas exemplificam a grande relevância que a tensão tem no estudo dos materiais.

METAIS

Os metais são materiais inorgânicos, resistentes e deformáveis. Isso justifica sua vasta aplicação e incontáveis utilidades.

Uma característica interessante dos metais é o fato de que possuem a chamada "nuvem de elétrons" que nada mais são que elétrons livres abundantes. ou seja, elétrons que não estão sujeitos a grandes forças intermoleculares e por isso se deslocam facilmente entre uma eletrosfera e outra. Várias das qualidades dos metais estão diretamente atribuídas a este fato, como por exemplo a condutividade dos metais.

A oposição ao movimento de elétrons se chama resistividade. Alguns metais possuem maior resistividade que outros devido ao número menor de elétrons independentes. é claro que também possuem sua utilidade. Metais resistivos geram calor ou luz (energias mais comuns).

O índice de condutividade de um metal é inversamente proporcional à temperatura.Existem algumas exceções quanto à isto. Existem materiais que são melhor condutores à temperaturas elevadas.

Mecanicamente os materiais são muito resistentes e deformáveis.