Compósitos com matriz metálica (MMC)

Os MMCs, sigla para Metal Matrix Composites, no português compósitos com matriz metálica, geralmente são produzidos com um metal de baixa densidade, como alumínio e magnésio, reforçado com partículas ou fibras cerâmicas. Em comparação com um material sem reforço possui maior resistência e dureza, além de suportar maiores temperaturas de trabalho e possuir maior resistência ao desgaste.

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Biela feita de compósito metálico

A fibra gera um maior reforço do que as partículas, mas é direcional, ou seja, na direção que não tem fibra o material é mais fraco. Já a vantagem das partículas em relação às fibras é que elas são economicamente mais viáveis.

Os MMCs são fabricados a partir do processo de sinterização. Formalmente, sinterização é um tratamento térmico para ligar as partículas umas às outras em uma coerente e sólida estrutura, via eventos de transporte de massa, que em sua maioria ocorre nos níveis atômicos. A força motriz do sistema para ocorrer a sinterização é a diminuição da energia livre do sistema, diminuindo a área de superfície, por formar ligações entre partículas. Dentro desse processo existem inúmeros tipos com características muito diferentes. Podemos separar em dois grandes grupos:

  • Sinterização com fase líquida: Nesse tipo de sinterização utilizada em MMCs, como o nome já diz, terá presente no processo um material em estado líquido, que nesse caso é o metal. Esse processo não é tão simples por causa da dificuldade de molhar a cerâmica de reforço. Normalmente o ângulo de molhamento entre esses dois materiais é por volta de 150 graus e o ideal é que seja mais perto de 0 possível, em alguns casos já considerando 90 graus um bom resultado.  Porém possui inúmeras vantagens, como peças obtidas próximas ao formato final, processo mais rápido de sinterização, menor o custo e menores as temperaturas envolvidas.
  • Sinterização no estado sólido: Nesse caso o pó cerâmico e o metálico são misturados prensados e sinterizados. A prensagem pode ser uniaxial ou isostática. Quando a sinterização ocorre junto com a prensagem isostática, o processo é chamado de Hot Isostatic Pressing (HIP). Também a prensagem isostática pode ser feita a frio e na sinterização pode ser prensado uniaxialmente. Outros exemplos de processos no estado sólido são sinterização à plasma e com microondas.

As aplicações desse tipo de material são diversas, mas hoje está bem focado na indústria automotiva e aeronáutica. Por exemplo, matrizes de alumínio reforçadas com SiC são utilizadas em rotores de freios dos trens alemães ICE. Outro caso é uma matriz de titânio reforçada com TiB, utilizadas no jato F-16.

Lembrou mais alguma aplicação desses compósitos? Não deixe de comentar!

Referências:

Metal Matrix Composites – Introduction

Chawla, Krishan K. Metal Matrix Composites. Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2006.

German, Randall M. “Sintering theory and practice.” Solar-Terrestrial Physics (Solnechno-zemnaya fizika) (1996): 568.

Metal Matrix Composites

 


Agradeço ao meu amigo Georges Lemos que me passou o material sobre MMC.

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