Quais as principais características e propriedades dos materiais cerâmicos metálicos e Poliméricos?

Os materiais cerâmicos são constituídos por elementos metálicos e não-metálicos que na maioria das vezes possuem ligações de natureza iônica. Normalmente são incluídos nessa classe os óxidos, nitretos e carbetos e como exemplos podemos citar refratários, cimento, vidro e porcelana. Devido a natureza de suas ligações químicas estes materiais normalmente são isolantes térmicos e elétricos, além de serem duros e frágeis e resistirem a elevadas temperaturas. São utilizados pela humanidade desde os tempos neolíticos e até hoje têm uma grande importância, atuando em vários setores, como o automotivo, eletrônico, construção civil e aeroespacial. Esses materiais estão por toda parte, a indústria cerâmica é responsável pela fabricação de pisos, azulejos, tijolos, lajes, telhas e vidro, que são muito utilizados na construção civil. Devido ao seu elevado ponto de fusão, as cerâmicas são resistentes a altas temperaturas e por isso são utilizadas na construção de fornos siderúrgicos e blindagem ao aquecimento nos ônibus espaciais. Também podem ser utilizados como isolantes térmicos de resistores e capacitores. Atualmente as propriedades dos materiais cerâmicos é um ramo de grande interesse científico tendo em vista seu aproveitamento para o desenvolvimento de cerâmicas tecnológicas com propriedades inovadoras em áreas que envolvem catálise ambiental, saúde e agricultura.

O que são metais?

Metais são elementos ou substâncias que tem como características boa condutividade térmica e elétrica. Essas características tem como origem as ligações metálicas inerentes aos materiais compostos por esses elementos, que ocorrem em decorrência do elétron adicional em sua camada de valência. Conhecer quais são as propriedades do metal utilizado, como por exemplo identificando o ponto de fusão e o coeficiente de dilatação térmica, é de extrema importância nas suas aplicações. Paralelamente, existem as ligas metálicas, material composto por dois ou mais elementos onde necessariamente um é metal. Essas ligas apresentam propriedades especiais e se apresentam como melhores aplicações em utilizações específicas. Um exemplo de liga metálica é o aço, essencialmente formado por Ferro e Carbono que é amplamente utilizado na indústria siderúrgica.

Como os metais são caracterizados?

A caracterização serve especificamente para descobrir a composição dos metais. É de grande importância pois através dela é possível analisar as diversas propriedades de uma amostra, além de testá-la em condições diferentes. Alguns métodos de caracterização são:

• Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV): Microscópio que atua através de uma varredura feita por elétrons, tornando possível a visualização em escalas muito reduzidas.

• Microscópio Eletrônico de Transmissão (MET): parecido com o MEV, porém diferencia-se pois identifica a estrutura cristalina presente.

• Espectrômetro de Fluorescência de Raios (FRX): identifica os elementos presentes no material através de ondas criadas por um gerador de energia.

Atualmente, sabe-se que a corrosão afeta as propriedades dos metais de forma geral prejudicando o funcionamento e vida útil das máquinas, equipamentos e de qualquer outro material metálico. Estima-se que apenas a corrosão em ligas importantes, como o aço inoxidável seja responsável por prejuízos equivalentes a um custo anual de 3,5% do PIB de um país, o que ressalta a importância das adequações das ligas metálicas e uso das técnicas de proteção.

Quais são as diferenças entre os metais?

Existem dois grupos de destaque, e estes são:

Metais ferrosos: Trata-se de uma liga de ferro em mistura química com elementos à base de carbono e silício podendo apresentar outros elementos em sua composição, tais como fósforo, manganês, enxofre etc. Dentre os metais ferrosos mais comuns podemos citar o ferro fundido, ferro laminado, aço e suas ligas. O teor de carbono presente no ferro fundido pode variar de 1,8% a 4,5%, sendo assim, sua resistência tração é muito baixa, ao contrário do aço que, por sua vez, possui teor de carbono 1,7% e sua resistência à tração varia muito dependendo da qualidade. O ferro laminado pode ser analisado como um quase aço com baixo teor de carbono, distinguindo-se apenas por possuir 3% de escória. O alto teor de carbono dos metais ferrosos permite o aumento da resistência. Por outro lado, os torna vulnerável à ferrugem quando expostos à umidade, porém existem exceções: o ferro forjado é capaz de resistir à ferrugem devido à sua pureza e o aço inoxidável é protegido da ferrugem pela presença de cromo em sua composição.

Metais não ferrosos: Os metais não ferrosos são todos os metais que não apresentam ferro em sua composição. São metais que não são magnéticos e normalmente são mais resistentes à corrosão, dessa forma são largamente empregados em diversos setores industriais e também na construção civil. O cobre por exemplo, além de ser resistente à corrosão tem boa resistência à água do mar, água doce, solos, é facilmente soldável, apresenta boa deformabilidade etc. O alumínio por sua vez é muito comum como material estrutural por conta de sua baixa densidade. É muito maleável, dúctil, apto para mecanização e fundição, além de apresentar uma ótima resistência à corrosão e durabilidade devido a camada protetora de óxido, sendo até utilizado em panelas de cozinha por ser um bom condutor de calor.

Existem legislações específicas para os metais?

Por conta das diversas propriedades mecânicas que permitem ser obtidas na fabricação dos aços, foram criadas normas específicas para regrar as suas composições químicas e aplicações posteriores. As normas visam garantir as propriedades físicas e mecânicas dos metais nas suas aplicações além de facilitar a comunicação entre os usuários dos mesmos, incluindo fabricantes e comerciantes. Dentre as normas internacionais mais usadas na classificação dos metais podemos citar a ABNT aqui no Brasil e a SAE (Society of Automotive Engineers) nos Estados Unidos. Essas normas classificam os aços por intermédio de alguns algarismos, onde cada um representa uma coisa diferente como por exemplo, propriedades, teor médio de carbono etc.

E as cerâmicas?

Cerâmicas são materiais inorgânicos e não metálicos que geralmente são obtidos através de tratamentos térmicos em temperaturas elevadas. Com pontos de fusão elevados, baixos valores de condutividade térmica e elétrica e altas forças de compressão, os materiais cerâmicos são amplamente difundidos em diversas aplicações no mundo contemporâneo, como por exemplo na construção civil.

Quando falamos de cerâmicas podemos nos referir a duas subdivisões que são:

• Cerâmica tradicional: presente desde a antiguidade, apresenta-se como a cerâmica do cotidiano e presente no imaginário humano. Louça, azulejos, produtos de argila e refratários se encaixam nessa classificação.

• Cerâmica avançada: presente principalmente em aplicações elétricas, eletrônicas, ópticas e magnéticas. Muito diferente da cerâmica tradicional, apresentam propriedades específicas para cada aplicação. Temos como representantes dessa classificação os óculos, sensores, capacitores e biocerâmicas utilizadas em implantes dentários.

E como as cerâmicas são caracterizadas?

Através de técnicas e ensaios feitos em laboratórios. Diferentes ensaios físicos podem ser aplicados a um material cerâmico para análise de suas propriedades inerentes, como ensaios de tração, compressão e tenacidade. Além desses ensaios físicos podem ser aplicados métodos transientes de troca de calor para a determinação das propriedades térmicas do material.

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