Uma revisão abrangente das falhas em interfaces bi-materiais: Mecanismos, predição e estratégias de mitigação

Sistemas bi-materiais são cada vez mais vitais na aeroespacial, automobilística, microeletrônica e engenharia biomédica devido à sua capacidade de integrar propriedades materiais complementares, como altas razões resistência-peso, isolamento térmico personalizado e biocompatibilidade direcionada, que materiais monolíticos não conseguem alcançar. Apesar dessas vantagens, a integridade operacional das arquiteturas bi-camadas é frequentemente comprometida por modos de falha interfacial impulsionados por incompatibilidades nos módulos elásticos, coeficientes de expansão térmica (CTE) e tensões residuais induzidas pelo processamento. Essas vulnerabilidades costumam se manifestar como delaminação, trincas por fadiga ou degradação ambiental, levando à falha estrutural prematura. Embora pesquisas recentes tenham explorado pares isolados de materiais ou mecanismos específicos, uma síntese holística que conecte a mecânica fundamental em diversos setores está atualmente ausente. Esta revisão aborda essa lacuna crítica fornecendo um exame abrangente e multidisciplinar das interfaces bi-materiais. Categoramos as origens frequentes de falha, desde concentrações de tensões termo-mecânicas até envelhecimento higrotérmico, e apresentamos um quadro avaliativo para metodologias mecânicas preditivas, incluindo Mecânica Linear Elástica de Fraturas (LEFM), Modelagem de Zona Coesiva (CZM) e Modelagem de Campo de Fase (PFM). Além disso, avaliamos estratégias de mitigação de ponta, como intercamadas funcionalmente graduadas, geometrias entrelaçadas bio-inspiradas e funcionalização avançada de superfície. Ao unir observações experimentais com estruturas computacionais, este trabalho estabelece um roteiro estratégico para otimizar o desempenho interfacial, oferecendo a pesquisadores e profissionais um guia definitivo para projetar sistemas bi-materiais resilientes de próxima geração para aplicações de alto desempenho.