1 09 ET Classificação dos Materiais

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CIÊNCIAS DOS 
MATERIAIS 
Professor Leandro Cardoso da Silva 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS 
 
Apresentação 
 
Os materiais utilizados em diversas aplicações técnicas são empregados em função das 
propriedades por eles exibidas. As propriedades dos materiais são decorrentes de sua 
composição química, tipo de ligações e consequente estrutura do material. 
Propriedades similares determinam uma classificação de materiais que facilitam o 
entendimento e aplicações destes. 
A seleção de materiais é parte estratégica no desenvolvimento de produtos e projetos 
da engenharia moderna, portanto, o completo entendimento dos fatores que 
determinam as propriedades dos materiais é fundamental na formação de futuros 
profissionais da área técnica. 
Há diversas classificações dos materiais atualmente utilizados nas mais distintas 
aplicações, porém a mais comum propõe a divisão dos materiais em cinco grandes 
grupos com propriedades distintas, a saber: Materiais Metálicos, Materiais Poliméricos, 
Materiais Cerâmicos, Materiais Semicondutores e Materiais Compósitos. 
Neste primeiro bloco são apresentadas as características de cada um dos grupos citados 
além das propriedades típicas de cada divisão. Para o pleno entendimento dos fatores 
que levam à classificação dos materiais é providenciado ainda uma revisão dos conceitos 
de atomística, especificamente no tocante aos modelos atômicos clássicos. 
 
1.1. Tipos de Materiais: Estrutura e Propriedades 
A importância dos materiais para a civilização humana está intrinsicamente ligada a 
própria história da humanidade. Tamanha é a importância dos materiais que diversas 
eras da história são nomeadas em função dos principais materiais dos respectivos 
períodos. O domínio na extração ou produção de determinado material, seu 
 
 
 
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processamento e transformação em utensílio com uso definido por uma necessidade 
social da época conferiu a diversos grupos sociais, populações e nações os domínios 
político, econômico e bélico sobre outros grupos populacionais. Especificamente nesse 
aspecto, a importância dos materiais estende-se até os tempos atuais, ou seja, as nações 
mais poderosas da atualidade detêm o controle na extração, processamento e produção 
de artefatos relacionados a determinado material, o que lhes confere diversas 
vantagens competitivas sobre outras nações. A Figura 1.1 ilustra lanças com pontas 
feitas de diversos materiais representando a “alma” das eras históricas da humanidade. 
 
Figura 1.1: Pontas de Lanças de diversos materiais ilustrando a evolução dos materiais e das 
eras históricas 
 
A partir da determinação da importância dos materiais para a civilização humana, torna-
se imprescindível o completo entendimento de todos os aspectos relacionados a esse 
tema, ou seja, a forma como a ciência moderna classifica os materiais, os tipos de 
materiais existentes e suas mais diversas aplicações. A correlação entre a classificação 
dos materiais, sua estrutura atômica e as diversas propriedades exibidas pelos 
respectivos materiais. 
A compreensão dos tipos de materiais e ligações atômicas está diretamente relacionada 
ao estudo da atomística onde nesse primeiro bloco são apresentados os diversos 
 
 
 
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modelos científicos produzidos por cientistas e pesquisadores ao longo da história com 
o objetivo de explicar fenômenos e propriedades exibidas por materiais dos mais 
diversos tipos. Para tanto, são apresentados os diversos modelos atômicos como o 
modelo de Dalton, também conhecido como modelo da “bola de bilhar”. 
Na sequência tem-se o modelo atômico de Rutherford que apresenta uma estrutura 
atômica divisível. Com a evolução dos estudos tem-se o modelo de Rutherford também 
conhecido como modelo “planetário” que está diretamente relacionado a trajetórias 
das partículas constituintes dos átomos. A evolução do modelo de Rutherford dá-se a 
través das pesquisas de Niels Bohr e seu modelo denominado modelo de Bohr, com 
trajetórias definidas por órbitas e a concepção de níveis de energia distintos entre as 
orbitas. Alguns pesquisadores denominam esse modelo coo de Rutherford-Bohr. 
Com relação aos modelos atômicos, somente na primeira metade do século XX com os 
estudos de Erwin Schrödinger fundamentado nas teorias de Louis De Broglie (dualidade 
onda-partícula) e de Werner Heisenberg (Teorias das Incertezas) desenvolveu-se um 
modelo atômico baseado nos conceitos propostos nos modelos anteriores, todavia 
alinhado com as novas teorias. Com isso, desenvolve-se um modelo que propõe regiões 
de máxima probabilidade de existência do elétron ao invés de trajetórias bem definidas 
do elétron. São lançadas as bases da denominada Mecânica Quântica e entendimento 
desse modelo fundamenta a correlação das ligações químicas dos elementos e ligas com 
as propriedades exibidas pelos referidos materiais. A Figura 1.2 ilustra os principais 
modelos atômicos responsáveis pelas propriedades dos materiais e sua respectiva 
classificação. 
 
 
Figura 1.2: Evolução dos Modelos atômicos 
 
Com a descrição dos diversos modelos atômicos até o início do século XX havia uma 
tênue percepção da correlação direta entre as diversas propriedades exibidas pelos 
 
 
 
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materiais e sua estrutura atômica. Esta relação confirma-se a partir do desenvolvimento 
do modelo de orbitais atômicos (Modelo de Schrödinger), onde os materiais passam a 
ser classificados em grandes grupos (Metálicos, Poliméricos e Cerâmicos em um 
primeiro momento), considerando-se o tipo de ligação entre os átomos e moléculas 
desses materiais e as características comuns entre materiais de um mesmo grupo. 
Atualmente os materiais são divididos em cinco grandes grupos, a saber: 
 Materiais Metálicos 
 Materiais Poliméricos 
 Materiais Cerâmicos 
 Materiais Semicondutores 
 Materiais Compósitos 
 
Nesse primeiro bloco de conteúdos do tema realiza-se a apresentação dos diversos tipos 
de materiais atualmente empregados nas mais diversas aplicações da engenharia 
contemporânea. Dessa forma são descritos os materiais metálicos, poliméricos, 
cerâmicos, não-metálicos, semicondutores e compósitos. Cada uma dessas classes de 
materiais tem características próprias que se traduzem nas propriedades exibidas por 
esses materiais e estão diretamente relacionadas a sua composição e estrutura atômica. 
 
1.1.1 Materiais Metálicos 
Os materiais classificados como metálicos podem ser puros ou a combinação de vários 
elementos metálicos. As propriedades características dos materiais metálicos são 
função dos elétrons, vários não localizados, ou seja, não ligados a qualquer átomo em 
particular. 
Os materiais metálicos possuem boa condutibilidade (térmica e de eletricidade), sendo 
não transparentes a luz visível. Com relação as propriedades mecânicas possuem 
elevada resistência mecânica e boa ductilidade o que lhes garante aplicações de caráter 
estrutural. A Figura 1.3 ilustra uma aplicação estrutural de materiais metálicos. 
 
 
 
 
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Figura 1.3: Aplicação Estrutural de Material Metálico (Torre Eiffel) 
 
1.1.2 Materiais Poliméricos 
Tem como característica predominante a existência de grandes estruturas moleculares. 
Alguns polímeros são compostos orgânicos baseados em Carbono e Hidrogênio e outros 
são elementos não-metálicos. 
A propriedades marcantes desses materiais são a baixa densidade e alta flexibilidade. A 
Figura 1.4 ilustra uma aplicação em impressora 3D com uso de material polimérico na 
confecção do protótipo. 
 
Figura 1.4: Aplicação de Material Polimérico em Impressão 3D 
 
 
 
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1.1.3 Materiais Cerâmicos 
Os materiais Cerâmicos são a combinação de materiais metálicos e não metálicos 
produzindo óxidos, nitratos e carbetos. 
Pode-se citar como principais propriedades dos materiais cerâmicos a elevada 
resistência a temperatura e a ambientes agressivos sob a ótica de corrosão. São 
excelentesisolantes térmicos e elétricos. A elevada dureza dos materiais cerâmicos 
resultam em fragilidade desses materiais. A Figura 1.5, ilustra uma aplicação de material 
cerâmico. 
 
Figura 1.5: Aplicação de Material Cerâmico. Fusíveis do tipo Diazed 
 
1.1.4 Materiais Semicondutores 
Os Semicondutores são materiais que apresentam propriedades elétricas intermediárias 
entre os condutores elétricos e os isolantes. São extremamente sensíveis a presença de 
impurezas em sua composição. 
Os materiais Semicondutores são a base da eletrônica contemporânea sendo 
largamente empregados na produção de componentes eletrônicos como diodos, 
transistores, circuitos integrados e chips. A Figura 1.6, a seguir, ilustra um componente 
eletrônico produzido a partir de material semicondutor. 
 
 
 
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Figura 1.6: Componente eletrônico produzido a partir de Material Semicondutor 
 
1.1.5 Materiais Compósitos 
São materiais constituídos por mais de um material desenvolvidos com o objetivo de 
apresentar as melhores características de cada um dos materiais constituintes. Por 
conta da combinação e materiais as propriedades dos materiais compósitos são 
anisotrópicas. A Figura 1.7, ilustra um componente de bicicleta produzido em material 
Compósito. 
 
 
Figura 1.7: Componente de bicicleta produzido a partir de Material Compósito 
 
1.2. Processamento dos Materiais 
Nesse primeiro bloco também são apresentados os diversos tipos de processamento ao 
qual os materiais são submetidos visando sua posterior utilização nas mais diversas 
 
 
 
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aplicações. É fundamental compreender que o comportamento exibido pelos materiais 
durante seu processamento é fruto de sua composição química além da estrutura 
atômica de ligação entre os átomos componentes do material. A Figura 1.8, ilustra o 
processamento de material metálico através de processo siderúrgico. 
 
Figura 1.8: Processamento de Material Metálico 
 
A introdução de energia, muitas vezes na forma de trabalho, nos materiais durante seu 
processamento resultará em mudanças de determinadas propriedades originais do 
material. Tais mudanças em determinadas situações são esperadas para a obtenção de 
propriedades específicas de determinados materiais que servirão a aplicações 
específicas ou desenvolvimento de produtos onde tais propriedades são fundamentais. 
 
Aço 
O Aço é um dos materiais mais utilizados no mundo e seu processamento é oriundo do 
Ferro (Fe) com uma porcentagem de Carbono (C). 
Manipulando quimicamente outros elementos ao Aço, podemos obter resultados 
positivos na concepção da liga de Aço, como dureza, elasticidade, durabilidade etc. 
Para saber mais sobre o Aço, recomendamos o seguinte vídeo: 
Como é feito o aço. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=IC-81In72YI>. 
Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
 
 
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Polímeros 
A família dos polímeros é das mais utilizadas no mercado de produtos em geral e suas 
soluções são diversas, como produção de garrafas PET, vasilhames, brinquedos etc. 
Existe uma grande variedade de processos envolvidos na fabricação de produtos 
advindos de polímeros. Os mais utilizados são extrusão, injeção, rotomoldagem, sopro 
e vacuum forming, ou termoformagem. 
Para saber mais sobre Polímeros, recomendamos o seguinte vídeo: 
Processos de fabricação Termoplásticos. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=7NkdKIRwKUQ>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
Compósitos 
Atualmente muito utilizado para aplicações estruturais, os compósitos têm por 
definição serem a mistura de dois ou mais produtos para obtenção e melhoria de 
desempenho nas propriedades mecânicas, químicas e físicas do material de interesse 
para a aplicação na concepção de produtos. 
Para saber mais sobre Compósitos, recomendamos o seguinte vídeo: 
Processo RTM Light "The best case" em Português Fiberglass. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=bKr91XoSuWA>. Acesso em: 21 mar. 2019. 
 
1.3. Seleção de Materiais 
A partir da classificação dos materiais em grupos com propriedades similares em função 
das respectivas estruturas atômicas, pode-se definir critérios técnicos para 
desenvolvimento de novos materiais em função dos objetivos de aplicação propostos 
para o referido material. A partir dessa análise da relação entre materiais e as 
propriedades exibidas surge o conceito da Ciência dos Materiais. 
 
 
 
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A seleção do material mais adequado para determinada aplicação é fator estratégico no 
desenvolvimento de projeto e/ou produtos e, portanto, deve ser baseado em critérios 
técnicos, ou seja, diretamente relacionados as propriedades exibidas por determinados 
materiais. 
 
Conclusão 
Os materiais são classificados em função das propriedades exibidas sendo estas 
decorrentes da composição química e tipo de ligação interatômica. A classificação atual 
de materiais divide-os em cinco grandes grupos a saber: Metálicos, Poliméricos, 
Cerâmicos, Semicondutores e Compósitos. 
A seleção adequada de materiais é fator estratégico na competitividade das 
organizações globalizadas, todavia deve ser considerada em qualquer situação que se 
demanda análise técnica do componente ou projeto em desenvolvimento 
Os tipos de ligações químicas que constituem os diversos tipos de materiais serão 
tratados no bloco 2 desse conteúdo. 
 
 
Referências Bibliográficas 
CALLISTER Jr., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2018. 
SHACKELFORD, J. F. Ciências dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2011.