Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING An Introduction
William D. Callister, Jr.- John Wiley & Sons, Inc., New York, NY, 1991.
17. COMPÓSITOS
17. 1 - INTRODUCÃO
Muitas das nossas tecnologias modernas requerem materiais com desusuais combinações
de propriedades que não podem ser atendidas por ligas metálicas, cerâmicas e materiais
poliméricos. Êste é especialmente verdadeiro para materiais que são necessitados em aplicações
aeroespaciais, subaquáticas e de transporte. Por exemplo, engenheiros aeronáuticos estão cada vez
mais à busca de materiais estruturais que tenham baixas densidades, sejam fortes, rígidos e
resistências à abrasão e ao impacto, e não sejam facilmente corroídos. Isto é uma bastante
formidável combinação de características. Frequentemente, materiais fortes são relativamente
densos; também, o aumento da resistência e da rigidez geralmente resulta num decréscimo da
resistência ao impacto.
Combinações de propriedades de materiais e de suas faixas têm sido, e ainda continuam
sendo, estendidas pelo desenvolvimento de materiais compósitos (conjugados). Geralmente falando,
um compósito é considerado como sendo qualquer material multifásico que exibe uma significativa
proporção de propriedades de ambas as fases constituintes de tal maneira que uma melhor
combinação de propriedades é realizada. De acordo com este princípio de ação combinada,
melhores combinações de propriedades são melhor amoldadas pela judiciosa combinação de 2 ou
mais distintos materiais. Barganhas de propriedades são também feitas para muitos compósitos.
Compósitos de espécies já foram discutidos; esses incluem ligas metálicas multifásicas,
cerâmicas e polímeros. Por exemplo, aços perlíticos (Seção 9.14) têm uma microestrutura que
consiste de camadas alternadas de ferrita-α e de cementita (Figura 9.23). A fase ferrita é macia e
dútil, enquanto que cementita é dura e muito frágil. As características mecânicas combinadas da
perlita ( razoavelmente altas dutilidade e resistência mecânica) são superiores àquelas das duas
fases constituintes. Existem também um número de compósitos que ocorrem na natureza. Por
exemplo, madeira consiste de fibras de celulose fortes e flexíveis circundadas e mantidas juntas por
um material mais rígido denominado lignina.Também, osso é um compósito da forte mas ainda
macia proteína de colágeno e do duro e frágil mineral apatita.
Um compósito, no presente contexto, é um material multifásico que é artificialmente
fabricado, em oposição a um que ocorre ou se forma naturalmente. Em adição, as fases constituintes
devem ser quimicamente dissimilares e separadas por uma distinta interface. Assim a maioria das
ligas metálicas e muitas cerâmicas não se ajustam a esta definição porque suas múltiplas fases são
formadas como uma consequência de fenômenos naturais.
No projeto de materiais conjugados, cientistas e engenheiros têm engenhosamente
combinado vários metais, cerâmicas e polímeros para produzirem uma nova geração de
extraordinários materiais. Muitos compósitos foram criados para melhorar combinações de
características mecânicas tais como rigidez, tenacidade e resistências mecânicas à temperatura
ambiente e à alta temperatura.
Muitos materiais compósitos são compostos de justo 2 fases: uma é denominada matriz,
que é continua e circunda a outra fase, às vezes chamada fase dispersa. As propriedades de
compósitos são uma função das propriedades das fases constituintes, das suas quantidades relativas