Técnica mecânica estabiliza metais em fases de alta pressão

Teresa Perez Prado - 04/03/2009

[Imagem: MadrimaisD]

Cientistas espanhóis e russos, trabalhando conjuntamente, desenvolveram um método mecânico para gerar e estabilizar - em temperatura e pressão ambientes - fases cristalinas de metais que até hoje somente eram estáveis sob pressões gigantescas.

Redes cristalinas dos metais

Os átomos dos metais são organizados em estruturas atômicas denominadas redes cristalinas. A geometria da rede depende da natureza do material, assim como da temperatura e da pressão.

Sob temperatura ambiente e pressão atmosférica, metais puros como o ouro, alumínio e cobre têm redes cristalinas cúbicas, enquanto outros metais, como o magnésio, titânio e zircônio têm estruturas hexagonais. Estas são suas chamadas fases alfa.

Fases beta

Quando uma dessas substâncias é submetida a elevadas pressões, a geometria de sua rede cristalina muda, fazendo surgir novas fases. Por exemplo, no caso do titânio, a rede cristalina hexagonal alfa, estável a 1 atmosfera, transforma-se em uma estrutura cúbica beta quando o material é submetido a uma pressão hidrostática de aproximadamente 1 milhão de atmosferas.

Quando a pressão é retirada, o material retorna à sua fase alfa original.

Como é extremamente complicado gerar pressões tão elevadas, a aplicação prática das diferentes fases dos materiais é muito limitada.

Compressão e cisalhamento

Agora, os cientistas desenvolveram uma técnica mecânica para estabilizar as fases cristalinas dos metais que até hoje só eram estáveis sob altíssimas pressões. O método mantém as fases estáveis a temperatura ambiente e sob pressão normal de 1 atmosfera.

A técnica consiste em aplicar simultaneamente uma força de compressão e uma tensão de cisalhamento. O cisalhamento melhora significativamente a transformação cinética, eliminando a necessidade das altas pressões.

A técnica foi demonstrada com sucesso no titânio e no zircônio.

Implantes médicos e supercondutores

As fases de alta pressão dos metais podem ter grande interesse tecnológico. Por exemplo, a fase beta do titânio (titânio cúbico) é muito interessante para a fabricação de implantes de ossos, uma vez que seu módulo elástico é muito mais semelhante ao do osso natural do que o titânio hexagonal.

Além disso, sabe-se que a temperatura crítica de supercondutividade do titânio beta é bastante elevada, abrindo caminho para a criação de supercondutores que transmitam eletricidade sem perdas a temperaturas mais próximas da temperatura ambiente.