Descoberto material ultra-duro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/09/2001

É largamente aceito que materiais de alta dureza possuem estrutura cristalina altamente simétrica e com ligações fortes. A dureza seria função tanto da força das ligações atômicas quanto da rigidez de sua estrutura simétrica. O diamante é o mais duro dos materiais conhecidos (aproximadamente 70 Gpa), devido a suas fortes ligações covalentes em uma configuração tetraédrica. A estrutura do diamante (cF8) é também encontrada em outros materiais ultra-duros, principalmente entre os carburetos de vários metais.

Recentes trabalhos nos Laboratórios Ames da Universidade de Iowa, Estados Unidos, mostraram uma inesperada alta dureza no boreto de alumínio e magnésio (AlMgB₁₄), combinado com aditivos . Os valores de dureza foram corroborados utilizando-se três unidades independentes, uma das quais equipada com um sistema de captura de imagens e análise de última geração. Medidas de referência de carbureto de silício e nitreto de boro, utilizando-se os mesmos equipamentos, deram resultados muitíssimo próximos aos valores da literatura consultada.

A maior parte do trabalho desenvolvido no Laboratório Ames destinou-se a desenvolver e otimizar um método adequado de preparação do AlMgB14 sem a adição de outros elementos, e à consolidação do pó em um material compacto. Os parâmetros do processamento já são agora bem conhecidos e o método de produção é facilmente reproduzido.

O AlMgB14 difere de outros materiais super duros em diversos aspectos. O paradigma convencional para materiais ultra-duros refere-se a uma estrutura cristalina simples, simétrica e isotrópica. Além disso, a estrutura cristalina deveria ter um pequeno grau de liberdade no interior da estrutura para inibir a capacidade reativa do material, que poderia fazê-lo atingir outra configuração que diminuiria a energia total do sistema. A estrutura do AlMgB14 é extremamente complexa: sua baixa simetria, grande número de átomos em cada molécula, e, em algumas ocorrências, átomos com camadas não completamente preenchidas, tudo parece contradizer os preceitos válidos para um material de extrema dureza. Contudo, o material está entre as substâncias conhecidas de maior dureza. Um paradoxo adicional é introduzido pela observação de que alguns aditivos realmente aumentam a dureza do material. Na maioria dos materiais ultra-duros, componentes adicionais diminuem a dureza. Outra contradição com o referido paradigma está na boa condutividade elétrica destes materiais, em oposição à capacidade isolante dos demais materiais ultra-duros.

Os trabalhos experimentais até agora efetuados envolveram quantidades relativamente pequenas do material (apenas alguns gramas). Seguindo o relatório inicial da descoberta, vários questionamentos foram feitos por parte da indústria e de outros centros de pesquisa, requisitando material para testes. Vários dos solicitantes gostariam de obter um ou dois quilos do material. Infelizmente, o estoque atual (cerca de 100 gramas no total, consistindo de muitas composições), é insuficiente para atender a essa demanda. Os pesquisadores estão procurando financiamento para elevar a escala da pesquisa para os níveis de quilogramas. Todos os novos materiais envolvidos na pesquisa contém boro, um elemento bastante caro e, por essa razão, o produto final não será barato. Mas, em escala industrial, prevê-se que o custo final deverá atingir algumas centenas de dólares por libra-peso, basicamente o mesmo custo do diamante e outros pós à base de boro (cúbicos); estes custam atualmente cerca de US$2.000,00 por libra/peso, dependendo da composição e da granulometria.

Foi testada a reatividade estática do material com aço, aço inoxidável e titânio em vácuo a temperaturas de até 1.300º C. Há pouca evidência da interação entre o materiais. Uma grande empresa americana de moagem de precisão testou o material em condições extremas, que geralmente exigem o nitreto de boro cúbico. A empresa relatou que o novo material tolerou o teste sem fratura, mas demonstrou maior desgaste. Muitos mais testes serão exigidos antes que se determine a utilidade, se houver, dos novos materiais em aplicações como corte ou moagem.

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