1. Introdução
2. Da Metalurgia à Ciência dos Materiais
3. O Ensino da Metalurgia e dos Materiais em Portugal
4. A Investigação em Metalurgia e Materiais em Portugal
5. A Investigação dos Materiais nas Universidades Portuguesas
6. Algumas Características da Investigação dos Materiais em Portugal
7. Conclusão

Da Metalurgia à Ciência dos Materiais

A Ciência dos Materiais começou, pois, por ser uma Ciência dos Metais e, em menor grau, dos Cerâmicos. A preponderância dos metais relativamente aos outros materiais resultou sobretudo da sua grande importância económica e estratégica. Por outro lado, o facto de ser aliciante o seu estudo científico - estruturas simples e propriedades complexas e extremas - atraiu muitos físicos e químicos e deu origem à Metalurgia. Esta englobava três áreas principais: a Metalurgia Extractiva (muito ligada às Engenharias de Minas e Química), a Metalurgia Física e a Metalurgia Mecânica, o que mostra já claramente o carácter multidisciplinar que se perpetuará na Ciência dos Materiais.

A Metalurgia Extractiva é o ramo mais antigo, pré-histórico, da Metalurgia e até aos anos 30 e 40 foi claramente dominante. A extracção do ferro, a produção e elaboração do aço, e a metalurgia dos metais não ferrosos ocuparam, até essa altura, um razoável espaço de investigação nas universidades, intervindo nela sobretudo químicos e engenheiros de minas.

O microscópio metalográfico, inventado em 1864 por Sorby, teve, nesse período, um papel de grande relevo, permitindo observar os vários cristais (grãos), por vezes de fases diferentes, que formam um metal ou liga metálica. O modo como se encontram distribuídos os grãos das várias fases designa-se por microestrutura e o seu estudo ocupava um bom número de metalurgistas. A microestrutura é alterada por tratamento térmico, com repercussão nas propriedades macroscópicas, designadamente as mecânicas. Os efeitos dos tratamentos térmicos têm, por isso, um interesse prático enorme e houve muita investigação aplicada e fundamental nesta área. As propriedades mecânicas dos metais, designadamente a sua plasticidade, permaneceram obscuras até à descoberta das deslocações nos metais, que ocorreu nos anos 30. Entretanto, iniciaram-se estudos sobre a deformação plástica de monocristais, cuja preparação em laboratório era já possível.

Simultaneamente com a Metalurgia desenvolveu-se a Física do Estado Sólido, como Física dos Sólidos Cristalinos, incluindo os metais. Esta disciplina tentou unificar o estudo da estrutura e propriedades (sobretudo térmicas, eléctricas, magnéticas e ópticas) dos sólidos cristalinos e teve, como é óbvio, relações estreitas com a Metalurgia Física. Foi na Física do Estado Sólido que, pela primeira vez, se conseguiu unificar o conhecimento sobre materiais tão diversos como os metais, os cristais iónicos e os cristais covalentes. A Física de Estado Sólido preocupou-se com o estudo dos defeitos cristalinos mas deixou de lado o estado não-cristalino. Os maiores êxitos da Física do Estado Sólido tiveram a ver com a teoria electrónica (quântica) dos cristais, nomeadamente dos metais, semicondutores e isolantes, que se desenvolveu nos anos 30. O transistor é inventado em 1948. Com o advento, nos anos 60 e 70, da ciência dos Materiais, a Física do Estado Sólido alargou-se aos sólidos amorfos (vidros, polímeros e até metais amorfos) e a designação Física da Matéria Condensada começou a ser preferida. Esta é, verdadeiramente, uma Física dos Materiais e, como tal, deve ser incluída na Ciência dos Materiais.

Os anos 60 foram de consagração da Metalurgia, mas, curiosamente também do seu desaparecimento para dar lugar à Ciência dos Materiais. Na década de 60, havia Departamentos de Metalurgia em numerosas universidades dos países cientificamente mais avançados. Os Departamentos de Cerâmica eram raros e não tinham nunca a dimensão dos de Metalurgia. A microscopia electrónica de transmissão começou a ter emprego generalizado no estudo dos metais e ligas e sofreu aperfeiçoamentos importantes, ao mesmo tempo que surgiam as teorias sobre a formação das imagens. Foi nesta década também que se inventou o microscópio de campo iónico, capaz de resolução atómica. Houve ainda enormes avanços na compreensão das propriedades mecânicas dos metais e fez-se muito trabalho fundamental sobre a deformação plástica de monocristais metálicos. Um dos assuntos em moda, por causa do advento da energia nuclear, era o dos danos produzidos nos metais e noutros materiais pelos neutrões e iões de alta energia. A investigação destes problemas permitiu grandes avanços na compreensão das propriedades de defeitos cristalinos e do importantíssimo fenómeno da difusão no estado sólido. Também o estudo de materiais muito resistentes, frequentemente sob a forma de fibras ou cristais capilares, atraiu muitos investigadores e foi percursor dos materiais compósitos que posteriormente se desenvolveram. Por fim, foi nessa década que se fizeram as primeiras experiências de solidificação rápida, as quais conduziram à descoberta das ligas metálicas amorfas, o que constituiu, de certo modo, um abalo na ideia da «normalidade» do estado cristalino.

Ora é precisamente neste período de grande euforia metalurgista que começa a notar-se, nesses centros e departamentos, um interesse crescente por materiais não metálicos, sobretudo pelos cerâmicos e, em grau, pelos polímeros, tradicionalmente do foro da Química e Engenharia Química. As técnicas experimentais e os métodos de investigação desenvolvidos para os metais são utilizados com êxito no estudo de outros materiais, tornando-se evidente a unidade da Ciência dos Materiais. Não obstante a sua enorme diversidade, a estratégia de investigação dos materiais é sempre a mesma: conhecimento da estrutura, medida das propriedades e explicação destas em termos da estrutura; e, por outro lado, alteração da estrutura e propriedades por meio de tratamentos e processos de fabrico diversos. Os próprios processos de fabrico dos diferentes materiais e de produtos finos são bastante semelhantes, permitindo de novo uma certa unificação.

A progressiva abertura aos cerâmicos e vidros e, mais tarde, aos polímeros, levou a maioria dos Departamentos de Metalurgia a transformarem-se, no final dos anos 60, em Departamentos de Ciências dos Materiais (ou Engenharia dos Materiais). É nessa altura que começa a haver interesse pelos materiais compósitos que constituem a quarta categoria da habitual classificação dos materiais, além dos metais, dos cerâmicos e vidros, e dos polímeros.

Nos anos 70 assiste-se à consolidação da Ciência dos Materiais e são criadas em todo o mundo licenciaturas nesta área, frequentemente por reconversão de anteriores licenciaturas em Metalurgia. A importância económica dos materiais cresce e a sua diversificação em inúmeras utilizações aumenta espectacularmente. Os materiais compósitos abrem grandes possibilidades e começa a compreender-se que serão os materiais do futuro. Futuro que, de resto, aparece muito depressa. É no final da década de 70 que começa a falar-se de «novos materiais», designação que abarca não só uma variedade de materiais compósitos, à base de polímeros, cerâmicos e metais, como também novos materiais cerâmicos, novos polímeros e novos materiais semicondutores (nestes, é mais a novidade dos métodos de produção do que propriamente a novidade dos materiais). Os novos materiais têm ainda (e possivelmente continuarão a ter) uma produção relativamente pequena comparada com a dos materiais clássicos, e destinam-se a aplicações especiais: são materiais de alta tecnologia. Entretanto, grandes avanços ocorreram também no domínio dos materiais estruturais clássicos, em consequência, sobretudo, da necessidade de materiais cada vez mais leves e mais resistentes, nomeadamente a altas temperaturas. Estes avanços verificam-se quer na concepção desses materiais, quer no modo como são fabricados.

A explosão dos novos materiais e o seu elevado valor estratégico têm provocado políticas governamentais de fomento da investigação nesse domínio. Acontece que é precisamente neste sector e não no dos materiais de grande consumo que a Europa se encontra em nítido atraso relativamente aos EUA e ao Japão. Por isso, os programas comunitários (CEE) têm privilegiado esta área de investigação e desenvolvimento e os diversos países europeus, incluindo Portugal, têm lançado programas de dinamização da Ciência dos Materiais.

É portanto neste cenário agitado e próspero da Ciência dos Materiais, que acabei de descrever em linhas gerais, que se desenrolam os acontecimentos em Portugal, como a seguir se verá.