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Introdução Muitas das tecnologias actuais exigem materiais com combinações não comuns de propriedades que não podem ser atendidas de maneira isolada por materiais convencionais, como ligas metálicas, cerâmicas e materiais poliméricos. As combinações e faixas de propriedades dos materiais foram sendo ampliadas através do desenvolvimento de materiais compósitos. Os compósitos representam uma classe de matérias diversificada da qual muito se espera para a resolução quer de problemas complexos relacionados com as tecnologias de ponta, quer de outros relacionados com a tecnologia das indústrias, de componentes eléctricos e electrónicos e de máquinas-ferramentas. I - Compósitos a) O que são e sua constituição Um material compósito é constituído pelo conjunto de dois ou mais materiais, de naturezas diferentes, que se completam e que permitem obter um material com performances superiores àquelas que os materiais que o constituem tinham separadamente. Num compósito distinguem-se, de um modo geral, uma ou várias fases descontínuas e uma fase contínua, separadas por uma interface. A fase descontínua é designada por fase dispersa ou fase de reforço e confere resistência ao compósito. Por sua vez, a fase contínua é designada por matriz e confere maleabilidade e ductilidade. Se o compósito for projectado e construído correctamente deve combinar as propriedades dos reforçantes com as da matriz para obter uma combinação de propriedades desejáveis não conseguidas com nenhum dos materiais convencionais. Num compósito, para além dos materiais que constituem as matrizes e os reforçantes, poderão existir enchimentos e aditivos que são usados para a obtenção de propriedades especiais do produto final.
Figura 1 – Um material compósito é constituído pela matriz e pela fase reforçante. b) Matriz ou Fase Contínua As matrizes podem apresentar três origens: . Matriz polimérica (resinas): poliésteres, silicone, poliuretano, etc; . Matriz metálica: ligas de alumínio, titânio, etc; . Matriz mineral ou cerâmica: carboneto de silício, carbono. Quanto à matriz metálica e à matriz polimérica, estas têm a ductilidade desejável. Por sua vez, a matriz cerâmica necessita de reforço para melhorar a tenacidade à fractura. A escolha dos materiais a utilizar nesta fase têm como factor essencial a força de ligação entre a matriz e a fase dispersa, pois a resistência mecânica final do compósito depende do grau e da magnitude desta ligação. A fase contínua tem várias funções: . Interligar-se com a fase dispersa e actuar como meio pelo qual a tensão externa aplicada é transmitida e distribuída; . Proteger as fibras individuais de danos à superfície, resultantes de abrasão química ou mecânica com o meio; . Separar os constituintes da fase reforçante. c) Fase Reforçante ou Fase Dispersa A fase reforçante pode estar na forma de partículas, fibras ou folhas. Esta encontra-se encaixada nos materiais da matriz.
Os materiais que constituem a fase reforçante tanto podem actuar como reforçantes ou como enchimento. Estes devem ser resistentes e de baixa densidade.
d) Utilidade e Características As propriedades dos materiais compósitos dependem de muitos factores e serão diferentes conforme os tipos de materiais utilizados para fazer o compósito. Estas propriedades resultam: . Das propriedades, da natureza e da quantidade dos materiais constituintes; . Da geometria e da distribuição do material reforçante; . Das interacções e da natureza da interface matriz-reforçante. As principais características das peças fabricadas com materiais compósitos são: . Aumento de massa; . Aumento da durabilidade, graças às suas propriedades mecânicas e químicas; . Ausência de corrosão; . Ausência de plasticidade (o seu limite de plasticidade corresponde ao limite de ruptura); . Diminuição do envelhecimento sob a acção da humidade e do calor; . Insensibilidade a certos produtos químicos correntes (solventes, tintas, óleos, petróleo, etc); . Resistência aos impactos e aos choques; . Grande anisotropia. II - Cermet Durante a segunda guerra mundial, cientistas alemães desenvolveram cermets usando como cerâmica óxidos. Utilizaram-nos para fabricar peças de motores, de avião neste caso, pois resistiam a altas temperaturas e eram mais leves que as ligas metálicas. A Força Aérea dos Estados Unidos, viu um grande potencial neste tipo de material e, como tal, financiou a investigação destes em centros como a Universidade Estadual de Ohio e da Universidade de Illinois, entre outras, obtendo um sucesso moderado. Contudo, na década de 50 o desenvolvimento destes estagnou. Foi nos anos 60 que se recuperou o interesse pelo desenvolvimento dos cermets. Um cermet é um compósito particulado de cerâmica-metal. Este é concebido para ter as propriedades óptimas quer da cerâmica, tais como a resistência a elevadas temperaturas e a dureza, quer do metal, tal como a capacidade de experimentar deformação plástica. O metal é usado na forma de óxido, boreto, carboneto ou alumina. Geralmente, os elementos metálicos usados são o níquel, o molibdénio e o cobalto. Dependendo da estrutura física do material, os cermets podem também ser compósitos de matriz metálica, mas usualmente com menos de 20% de metal em volume. Os cermets são usados na manufactura de resístores (especialmente potenciómetros), capacítores e outros componentes electrónicos que têm de ser expostos a altas temperaturas.
Figura 2 – Cermet: compósito usado em ferramentas de corte. No mundo das ferramentas, o carboneto de tungsténio é considerado um cermet, embora este material seja tão largamente utilizado que é considerado uma classe por si próprio. Alguns tipos de cermet estão a ser igualmente considerados para serem utilizados na blindagem de naves espaciais, pois resistem aos impactos a alta velocidade com micrometeoróides e destroços de orbitais muito mais eficazmente do que os materiais espaciais mais tradicionais, como o alumínio e outros metais. Os cermets podem ser constituídos por: . Partículas de carboneto de tungsténio (WC), frágeis; . Ligante de cobalto (Co), dúctil. Logo que a partícula de WC está com uma fissura, a energia que provoca esta fissura é absorvida pela matriz de cobalto, mais dúctil, e provoca uma deformação plástica; assim, a fissura não se propaga na matriz, porque é ‘’amortecida’’. Pode comparar-se a tenacidade:
Estes resultados confirmam bem o facto de um material compósito melhorar uma das propriedades dos seus constituintes. Assim, podemos comparar este compósito a uma tablete de chocolate com uvas passas: a matriz de chocolate é frágil e sofre facilmente fissuras e os grãos de uvas são mais dúcteis e podem amortecer as fissuras. Conclusão Prevê-se que estes materiais, para além de continuarem a ter uma aplicação privilegiada em mercados avançados (militar, espacial e aeronáutico), substituam também, de forma crescente, os materiais tradicionais em aplicações mais vulgares de engenharia (como a construção civil – pontes, reforço e reabilitação de pontes e os transportes – automóvel todo em material compósito). Finalmente, espera-se que contribuam para resolver problemas específicos em alguns novos e importantes nichos de mercado (próteses). Desempenhando, assim, um papel importante e real na qualidade de vida das pessoas no séc. XXI. Bibliografia . Jogo de Partículas, Texto Editora . Química em Contexto – Unidade 3, Porto Editora . 12Q, Texto Editora . Química 12ºano – Volume 2, Plátano Editora . http://news.thomasnet.com/ . http://ferrawidia.com.br/ . http://construtor.cimm.com.br/cgi-win/construt.cgi?configuradorresultado+1113%22 . http://pt.wikilingue.com/es/Cermet
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