Guia Completo: Estrutura, Famílias e Propriedades dos Materiais

Estrutura de Materiais

A estrutura de materiais depende principalmente do arranjo dos átomos, íons ou moléculas que constituem um elemento sólido e suas forças de ligação entre eles, permitindo a classificação de objetos tridimensionais que possuem uma estrutura cristalina, chamados de materiais sólidos ou cristalinos, como alguns metais e cerâmicas.

Famílias de Materiais

As famílias de materiais são caracterizadas pelas propriedades de cada material e pelo papel de seus componentes, incluindo metais, cerâmicas, polímeros e eletrônicos. A diferenciação baseia-se na semelhança de suas propriedades físicas específicas, definindo famílias que apresentam propriedades mecânicas, condutividade elétrica, magnética, térmica, resistência à corrosão nuclear e propriedades ópticas.

Natureza dos Componentes

Metal

Compostos inorgânicos, principalmente óxidos metálicos ou sais metálicos. Suas características formam uma estrutura cristalina de cada metal, especificada no vínculo interatômico. Possuem resistência a temperaturas médias, são bons condutores de eletricidade e calor, geralmente resistentes e deformáveis a altas temperaturas, com altas densidades, como aço, alumínio, cobre, ferro, titânio, etc.

Cerâmica

Compostos inorgânicos, compostos de óxidos e sais metálicos, excluindo os metais puros e metais preciosos. Têm uma ligação iônica, formando uma estrutura cristalina específica de cerâmica. São maus condutores de calor, frágeis e pouco deformáveis a altas temperaturas, com densidades médias, como telha, tijolo, porcelana, vidro, etc.

Polímeros

Compostos orgânicos constituídos por cadeias lineares muito longas ou redes, baseados em carbono, hidrogênio, oxigênio ou outros não-metais. Possuem ligação covalente, são resistentes a baixas temperaturas, maus condutores de eletricidade e calor, e de baixa densidade (polietileno, poliéster, nylon). Podem ser frágeis, plásticos ou tenazes.

Materiais Eletrônicos

Compostos inorgânicos baseados em silício e germânio. Têm uma ligação covalente e consistem em uma estrutura cristalina do tipo metálico. São semicondutores e sua condutividade é condicionada, como em diodos, chips e tiristores.

Materiais Compostos

Estes são materiais compostos por um ou mais materiais, que visam principalmente melhorar as condições e propriedades de materiais mais fracos e potencializar outros, seja para mudar sua estrutura. Exemplos incluem o concreto armado, onde a matriz de concreto é reforçada por um metal em cadeia que confere maior resistência ou reforço à tração, sendo chamado de ponto de cadeia.

Famílias e Propriedades Gerais

Cada material é usado para armazenar ou transmitir as variáveis que definem as diferentes energias, como mecânica, elétrica, magnética, química, de onda, térmica, etc. Por exemplo, a Energia Mecânica é definida pelas variáveis de força e deslocamento. Suas exigências envolvem propriedades físicas ou químicas que compõem o índice de análise, classificando-as como componentes de cada tipo de energia em questão.

Propriedades dos Materiais

Propriedades Mecânicas

Devem ser capazes de transmitir esforços de energia mecânica no apoio aos movimentos necessários e, por sua vez, suportar tensões estáticas e dinâmicas, identificadas em aplicações mecânicas. São formadas por técnicas de deformação plástica, permitindo deslizamentos superficiais e o trabalho em um campo de temperaturas baixas, médias e altas.

Propriedades Térmicas

Possuem duas funções: o armazenamento de energia térmica e sua posterior transmissão, sendo definidas pela interação da capacidade térmica e da temperatura da massa. Essa transferência de energia térmica ocorre pela interação do coeficiente de transmissão (k), que caracteriza o material, e da temperatura.

Propriedades Elétricas

As correntes elétricas interagem com o campo e a diferença de potencial elétrico. As camadas de cada material devem permitir a passagem das intensidades dos campos elétricos, por vezes definidos, onde as aplicações, muito diferentes, variam dependendo da permissividade, que é explicada pela relação inversa entre corrente e tensão.