7.5. Sólidos Polifásicos

A grande maioria dos sólidos contém duas ou mais fases. Esta multiplicidade de fases torna difícil uma relação direta entre a microestrutura e a propriedade. Em contrapartida, proporciona muitas propriedades úteis e interessantes. Algumas características estruturais são importantes nos materiais polifásicos (1): a natureza de cada fase, sua distribuição na microestrutura, a quantidade de cada fase e o tamanho de seus domínios. Abordaremos os sólidos polifásicos pela descrição de algumas das distribuições de fase mais importantes, tais como são encontradas nos materiais reais. Começaremos com os materiais nos quais as fases estão distribuídas em uma escala milimétrica ou macroscópica e em seguida passaremos para os materiais em que a distribuição se faz em uma escala microscópica ou submicroscópica. Possivelmente, os materiais polifásicos mais comuns são os sólidos de ocorrência natural aos quais denominamos rochas. Na terminologia do geólogo, uma rocha é composta de dois ou mais minerais. Usando uma terminologia mais geral, dizemos que uma rocha é composta de duas ou mais fases. A (Figura 7.k.) é uma fotografia de granito formado, entre outros minerais, de feldspato, quartzo e biotita (um argilo-mineral do tipo das micas; veja Tópico 3.8, Silicatos, no Capítulo 3).
Materiais cerâmicos, tais como tijolos, azulejos, pisos e concreto, são também sólidos polifásicos. Possuem algumas características semelhantes às das rochas, devido à natureza frágil (2) e dura de suas fases, mas diferem das rochas não só quanto a sua origem como também quanto às estruturas das fases presentes. As fases das rochas se nuclearam e cresceram durante a lenta formação da crosta terrestre e são usualmente (mas não necessariamente) cristalinas. A (Figura 7.l.) apresenta a evolução de uma microestrutura de uma cerâmica feita com rejeito de ardósia (um argilo-mineral, Veja Capítulo 3). Observar como os poros vão sendo fechados com o aumento da temperatura. Poros são um defeito comum em microestruturas cerâmicas. A microestrutura de um tijolo ou de uma porcelana possui, como em muitos produtos cerâmicos, uma fase vítrea que “cola” as partículas de quartzo (areia) e fases cerâmicas resultantes da transformação das argilas. Por outro lado, a fase matriz de um concreto é um gel (3) de silicato. O concreto é uma mistura de brita e areia, ligadas por um gel de cimento Portland hidratado. Este gel foi descrito no Capítulo 5 e é, realmente, uma mistura de duas fases em uma escala submicroscópica; entretanto, comporta-se como uma fase única não-cristalina e será considerada como tal. A maioria dos materiais cerâmicos polifásicos tem, portanto, as fases cristalinas ligadas por uma matriz vítrea. Materiais cerâmicos totalmente cristalinos são produzidos por prensagem, como peças de refratários especiais de alumina(), zircônia () ou nitreto de silício (). As fases presentes em um material e a maneira segundo a qual estão distribuídas dependem de como o material cerâmico é feito, isto é, do seu processamento.

Figura 7.k. – Distribuição de fases em uma rocha com três fases

Figura 7.l. – Evolução da fase líquida e da porosidade com o aumento da temperatura de sinterização de uma cerâmica produzida com pó de ardósia. Fotomicrografias obtidas com auxílio de um microscópio eletrônico de varredura (MEV).