PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

PROPRIEDADES GERAIS DE DIVERSOS TIPOS DE MATERIAIS

Materiais Metálicos

Os materiais metálicos são substâncias inorgânicas formadas a partir da composição de um ou mais elementos da família dos metais, podendo apresentar também elementos não metálicos. Assim, metais como o ferro, cobre, alumínio, níquel e titânio constituem exemplos de materiais metálicos e tem posição definida na tabela periódica. Como exemplo de materiais não metálicos e que podem fazer parte da composição dos metais temos o carbono, o nitrogênio e o oxigênio. Na classificação do tipo de arranjo atômico presente nos mesmos recebe designação de materiais de estrutura cristalina por apresentarem organização espacial ordenada e suas ligações químicas são consideradas de longo alcance. Por apresentarem elétrons livres nas últimas camadas de valência, tem importância fundamental quando as propriedades específicas de aplicação dos mesmos são condução térmica e elétrica. Desta maneira pode-se associar seu emprego na manufatura de diversos componentes de uso doméstico como, por exemplo, panelas, chapas de fogão a lenha, resistências elétricas e condutores elétricos (fios e cabos de energia). De uma forma geral, também apresentam alto ponto de fusão, o que favorece o seu uso em altas temperaturas. Quando se trata de utilização de metais com baixo ponto de fusão para aplicações específicas (brasagem) pode-se contar também com ligas de estanho. Ligas metálicas consistem numa combinação de dois ou mais metais ou de um metal (ou metais) com um não-metal (ou não metais).

Materiais Cerâmicos

Combinações de metais com elementos não metálicos, os cerâmicos são muito duros, porém frágeis. Os principais tipos são os óxidos, nitretos e carbetos, e pertencem a este grupo os argilo-minerais, cimento e vidros. Há materiais cerâmicos predominantemente iônicos até predominantemente covalentes. São tipicamente isolantes térmicos e elétricos (ao contrário dos metais), e são mais resistentes a ambientes corrosivos do que metais e polímeros.

O primeiro material a adquirir propriedades totalmente novas foi a argila, com o processo de queima. Assim, o homem tornou possível a obtenção de potes, panelas e outros utensílios cerâmicos, com enorme impacto na vida e hábitos do homem.

A argila é usualmente plástica após pulverizada e umedecida. Nesse estado ela é conformada, e depois de seca se torna rígida. Após passar pelo processo de queima, adquire alta dureza.

A invenção da cerâmica foi fundamental para o desenvolvimento de sociedades agrárias. Para garantir a colheita e até mesmo a vida dos animais fora das estações mais favoráveis, as tribos precisavam armazenar e proteger o excesso de alimentos. Com a descoberta das propriedades da argila, a invenção de um forno específico e da roda de oleiro, era possível construir potes especiais para tal armazenamento. Os primeiros indícios do uso da cerâmica datam de 6500 a.C. Embora o uso fosse prático fosse o principal, cerâmica decorativa logo passou a ser utilizada em rituais e como arte em algumas culturas ao redor do planeta. Os exemplos mais impressionantes vêm de algumas culturas pré-Colombianas na América do Sul e da dinastia Ming, na China (séc. XIV).

Os vidros tradicionais são misturas de óxidos, e também são classificados como materiais cerâmicos. Por volta do ano 4000 a.C. já existiam vidros decorativos no Egito, e em 1500 a.C. a produção de vidros já estava relativamente estabelecida.

Pequenas adições de íons de cobalto, cromo, cobre, manganês e ferro causam grandes mudanças de cor. Por exemplo, a mistura de 0,15% de CoO confere ao vidro de carbonato de sódio a cor azul escura.

Na segunda metade do século XIX houve um avanço importante no que se refere aos vidros: o desenvolvimento de lentes modernas e instrumentos óticos. Hoje, vemos o avanço com o uso de fibra de vidro para materiais reforçados e fibra ótica para a transmissão de informações.

Os vidros inorgânicos são amorfos, tem propriedades isotrópicas, são transparentes à luz visível, são isolantes térmicos e elétricos, podem ser formulados para absorver ou transmitir determinados comprimentos de onda, e amolecem antes de fundir, permitindo conformação por sopro.

• Cerâmica Avançada

Cerâmicas avançadas já estão presentes em várias aplicações de ponta graças às suas características incomparáveis: elas suportam temperaturas que fundiriam o aço e resistem à maioria dos corrosivos químicos. Mas elas ainda têm um problema que impede sua disseminação por praticamente todos os ramos industriais: elas são quebradiças.

A maioria das cerâmicas avançadas possui como um de seus componentes uma família de compostos conhecida como óxidos de terras raras. Esses óxidos são adicionados às cerâmicas para lhes dar maior dureza. O que os cientistas descobriram foi como os átomos de terras raras se alojam no material cerâmico e como sua presença afeta a dureza da cerâmica final.

Utilizando um microscópio eletrônico de última geração, os cientistas conseguiram mapear cada átomo individual de terras raras presente em uma amostra de nitreto de silício (Si3N4), uma cerâmica de altíssima resistência ao desbaste.

Embora sejam um dos materiais mais antigos conhecidos pela humanidade, as cerâmicas de última geração nada têm a ver com aquelas utilizadas para se fazer jarros e outros utensílios domésticos. As cerâmicas avançadas são produzidas a partir de pós de complexos compostos químicos e sua produção exige um controle cuidadoso e preciso em cada etapa da produção.

A possibilidade de um controle em nível atômico desses compostos poderá abrir uma nova fronteira para a aplicação das cerâmicas avançadas. O nitreto de silício, por exemplo, é um dos materiais mais promissores para a construção das novas gerações de turbinas a gás.

Esses gigantescos motores, projetados para movimentar usinas geradoras de energia elétrica, deverão queimar combustível a temperaturas acima de 1.200° C, bem acima da tolerância dos metais, inclusive das superligas metálicas de última geração, feitas à base de níquel. Operando a essas temperaturas, as novas turbinas deverão atingir uma eficiência termal muito superior às termelétricas atuais, emitindo uma quantidade de gases poluentes muito menor.

Segundo Alexander Ziegler, "Para melhorar a dureza do nitreto de silício, freqüentemente é necessário fabricar uma película em nanoescala nas bordas dos grânulos da cerâmica, que se quebra quando a cerâmica começa a fraturar.