(2 pontos) Fale sobre as propriedades mecânicas dos materiais cerâmicos.

Passo 1

O enunciado pede para descrever as propriedades mecânicas dos materiais cerâmicos. Este é um conteúdo de Ciência e Engenharia dos Materiais, em particular mecânica de materiais cerâmicos, que envolve entender como a estrutura atômica (ligações iônicas e covalentes) e a microestrutura (grãos, poros, defeitos) determinam propriedades como módulo de elasticidade, dureza, resistência à tração e compressão, tenacidade e comportamento à fratura.

Passo 2

Os cerâmicos apresentam ligações fortemente iônicas e/ou covalentes, o que lhes confere rigidez e dureza elevadas. Tipicamente o módulo de Young E varia entre
E \approx 200\text{ a }400\;\mathrm{GPa},
e a dureza Vickers fica na faixa de
H_V\approx 10\text{ a }30\;\mathrm{GPa}.
Isso significa que cerâmicos deformam elasticamente pouco antes de fraturar e resistem bem a penetração de objetos duros.

Passo 3

Quanto à resistência mecânica, sob compressão os cerâmicos têm valores muito altos,
\sigma_c \approx 300\text{ a }4000\;\mathrm{MPa},
enquanto sob tração o valor é bem menor,
\sigma_t \approx 100\text{ a }300\;\mathrm{MPa}.
A disparidade se deve à facilidade com que trincas, poros ou microdefeitos se abrem sob esforço de tração, levando à fratura súbita.

Passo 4

A tenacidade à fratura K_{IC} dos cerâmicos é baixa, tipicamente
K_{IC}\approx 2\text{ a }6\;\mathrm{MPa\,m^{1/2}},
o que demonstra comportamento frágil. Em cerâmicos, a propagação de trinca ocorre sem grande plastificação, e a energia de fratura é pequena comparada a metais dúcteis.

Passo 5

Por serem sensíveis a defeitos minúsculos (inclusões, poros, fendas), os cerâmicos exibem alta variabilidade estatística na resistência. Governamos seu uso por critérios de projeto baseados em distribuição de falhas (estatística de Weibull) e limites de segurança sob cargas cíclicas (fadiga por fratura).

Passo 6

Em projetos, explora-se a resistência à compressão e a estabilidade térmica dos cerâmicos, evitando-se esforços de tração concentrada e choques térmicos bruscos. Aplicações típicas incluem: engrenagens rígidas, rolamentos cerâmicos, revestimentos resistentes a abrasão e componentes de alto isolamento elétrico.

Resposta

As principais propriedades mecânicas dos cerâmicos são:
– Módulo de Young muito alto 200 400\;\mathrm{GPa} e dureza elevada 10 30\;\mathrm{GPa}.
– Resistência à compressão alta 300 4000\;\mathrm{MPa}, mas resistência à tração baixa 100 300\;\mathrm{MPa}.
– Tenacidade à fratura baixa K_{IC}\approx2 6\;\mathrm{MPa\,m^{1/2}}, levando a fratura frágil.
– Forte sensibilidade a defeitos e variabilidade estatística de resistência (Weibull).
– Projeto baseado em evitar tração concentrada e choques térmicos, aproveitando alta rigidez, dureza e estabilidade térmica.

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