M3 Materiais compósitos de matriz metálica particulada (MMC, metais duros)

Tópico

Este compósito de matriz metálica particulada, cujo arquétipo é o carboneto de tungstênio ligado ao cobalto, consiste em um reforço cerâmico particulado incorporado em uma matriz metálica dúctil, ambos densificados em conjunto por sinterização em fase líquida. O fato de este compósito ser densificado por sinterização em fase líquida significa que este modelo reutiliza, para descrever esse processo, o mesmo mecanismo de densificação em fase líquida já empregado, para o mesmo propósito, por outro modelo deste conjunto: neste compósito, o próprio ligante metálico funde-se à temperatura de sinterização e atua como a fase líquida, molhando as partículas de reforço cerâmico e permitindo que o compósito se densifique da mesma forma que uma cerâmica se densificaria com um fluxo fundido entre suas partículas.

Uma vez que este compósito tenha sido densificado, é o livre percurso médio do ligante — a distância média que separa partículas cerâmicas vizinhas através do ligante metálico — que determina a dureza do compósito, de acordo com a relação de Lee-Gurland. Um caminho livre médio mais curto do ligante, com partículas cerâmicas mais próximas umas das outras e menos ligante metálico entre elas, resulta em maior dureza do compósito, porque o reforço cerâmico duro é mais dominante no comportamento do compósito. Por outro lado, um caminho livre médio mais longo do ligante resulta em menor dureza, porque o ligante metálico mais macio e dúctil é mais dominante nesse comportamento.

Esse mesmo caminho livre médio do ligante também determina a tenacidade do compósito, mas de acordo com uma relação empírica inversa àquela que determina sua dureza: um caminho livre médio mais curto do ligante resulta em menor tenacidade do compósito, porque há menos ligante metálico dúctil disponível para absorver energia durante a fratura. Um caminho livre médio maior do ligante resulta em maior tenacidade, porque há mais ligante metálico dúctil disponível para a mesma absorção de energia. O fato de esse mesmo parâmetro determinar dureza e tenacidade em direções opostas significa que ajustar um dos dois, por meio da proporção de reforço cerâmico para ligante metálico, sempre ocorre em detrimento do outro.

Portanto, este modelo, com o método de sinterização em fase líquida utilizado em seu desenvolvimento, reutiliza integralmente o mecanismo de densificação já descrito por dois modelos diferentes, um deste mesmo compósito e outro do compósito equivalente para metais. Segundo Lee-Gurland, o livre percurso médio do ligante é o mesmo parâmetro que determina tanto a dureza quanto a tenacidade do compósito, o que significa que o ajuste de uma dessas duas propriedades neste compósito sempre ocorre em detrimento da outra.

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