Estudo dirigido Lara Fernandes

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS 
INTRODUÇÃO À CERÂMICA - EMT 041 
Estudo dirigido 01 – Materiais não cristalinos – vidros 
Lara Fernandes R. B. Lima 2019030513 26/11/2021 
1. Esquematize o diagrama volume x temperatura para um vidro silicato, indicando a 
temperatura de transformação vítrea. Dê uma definição para Tg. 
 
 
Figura 1 Esboço de um gráfico temperatura vs Volume para um vidro silicato 
Temperatura de transformação vítrea (Tg) é uma temperatura abaixo da temperatura de 
fusão do material, na qual ocorre uma mudança do estado líquido para o sólido, porém não há 
a formação de uma estrutura cristalina organizada. Isso ocorre devido a um resfriamento muito 
rápido, que dificulta o movimento de organização da estrutura, formando assim os vidros 
(sólidos não cristalinos). 
 
2. Compare a densidade final de um vidro de sílica com a sílica cristalina (o quartzo). A 
densidade do vidro de sílica depende da velocidade de resfriamento? 
A densidade de um vidro de sílica é menor que a sílica cristalina, já que ela possui um 
menor empacotamento atômico, devido ao rápido resfriamento e a impossibilidade de formação 
da estrutura organizada. Quanto mais rápido for o resfriamento da substância menor será a sua 
densidade, pois a temperatura de transformação vítrea será menor, acarretando a formação de 
um vidro com uma estrutura mais aberta. 
3. Defina o que é o vidro, sob o ponto de vista estrutural. Porque a definição da ASTM para 
vidros não compreende todos os materiais vítreos. 
 
Sob um ponto de vista estrutural, vidro é um material não cristalino que possui transição 
vítrea. Segundo a ASTM, vidro é uma substância inorgânica que quando resfriada em condição 
rígida não cristaliza. Tal definição não abrange todos os materiais vítreos pois há substâncias 
orgânicas com todas as propriedades dos vidros, como exemplo os acrílicos. A definição da 
ASTM também exclui outras formas de obtenção de vidro sem ser pelo resfriamento a partir do 
líquido. 
4. O que são formadores de rede? E o que são modificadores de rede? 
Formadores de rede são aquelas substâncias que tem uma tendência em ter uma transição 
vítrea, como exemplo os seguintes óxidos B2O3, SiO2, GeO2 e P2O5. Essas substâncias são 
capazes de formar sólidos não cristalinos sozinhos, resultando em vidros de alta viscosidade e 
temperatura de fusão. 
Um modificador de rede é um componente que é adicionado na estrutura de rede do vidro. 
No caso de um vidro de sílica, algumas ligações entre Si e O são quebradas, formando ligações 
iônicas com o novo componente. A principal utilidade para um modificador de rede é a sua 
capacidade de diminuir a temperatura de fusão da mistura, tornando o processo de fabricação 
do vidro mais viável. Um modificador de rede dificilmente se tornaria em um sólido não 
cristalino se não estivesse ligado a um formador de rede. 
5. Qual o efeito dos modificadores de rede sobre a estrutura e propriedades de vidros 
silicatos? 
Os modificadores de rede em vidro silicato quebram a ligação entre o Si e o O, formando 
uma ligação iônica, ajustando-se nos interstícios da rede não cristalina. Tal quebra e formação 
de ligação podem ser observadas na figura abaixo, no qual o óxido Na2O atua como modificador 
de rede. Como pode ser observado, a nova ligação iônica resulta em um maior espaçamento da 
rede, o que ocasiona em uma menor temperatura de fusão e menor viscosidade do vidro. Quanto 
mais óxidos modificadores forem adicionados a rede, menos estável ela será. 
 
Figura 2 Esquema da atuação de um modificador de rede em um vidro silicato 
6. O que são vidro-cerâmicas e como são obtidas? Faça uma comparação de suas 
propriedades mecânicas (em especial resistência ao choque térmico) com o de vidros 
 
Vidro-cerâmicos são materiais obtidos a partir de um tratamento térmico que promove uma 
cristalização parcial, ou seja, forma micro cristais dispersos na fase vítrea. O tratamento térmico 
ocorre parcialmente em uma temperatura mais baixa, na qual ocorre a nucleação. São materiais 
com maior densidade, com fina distribuição da fase cristalina, maior resistência mecânica e 
resistência ao choque térmico. 
Muitos vidros, principalmente os com mais modificadores de rede não tem muita 
durabilidade e não suportam um aumento grande de temperatura, o que não ocorre com os 
materiais vidro – cerâmicos, que possuem uma excelente resistência a choque térmico, assim 
como vidros com elevada pureza de sílica e boro silicatos, que possuem baixo coeficiente de 
expansão térmico e consequentemente maior resistência a choque térmico. 
7. Quais os principais compostos químicos presentes na constituição de vidros comerciais? 
E quais as principais matérias primas usadas na sua fabricação? 
O principal composto químico presente nos vidros é o SiO2, porém também são bastante 
utilizados os Bo2O3 e Al2O3. Alguns óxidos formadores de rede também são comumente 
utilizados na fabricação dos vidros, como o CaO e Na2O. As matérias primas utilizadas são 
a areia, majoritariamente, assim como Na2O, Cal (calcário e dolomita) e feldspatos. 
8. Apresente de forma resumida as etapas para a produção do vidro, especificando o que 
acontece em cada uma delas. 
Inicialmente é feita a mistura das matérias primas na qual deseja-se transformar em vidro. 
A fórmula de vidro mais comum contém a sílica, sódio e cálcio, porém podem ainda ser 
adicionados mais componentes como Boro, Magnésio, Alumina e Potássio. 
Após feita a escolha da matéria prima e garantido que não há impurezas, o material segue 
para um forno industrial, podendo chegar a temperaturas altas como 1600ºC. 
No forno, ocorre a fusão dos componentes, formando um líquido viscoso. 
Em seguida, a mistura líquida pode passar por processo de prensa, no qual é conformado 
em um recipiente com formato desejado, pode ser laminado, para isso é despejado e prensado 
entre anilhas que o alongam e deixam na espessura pretendida, também pode obter a forma por 
meio da técnica de sopro ou trefilação. 
Em alguns vidros, há uma etapa de tratamento térmico, é o caso do vidro temperado, que 
tem a sua superfície resfriada rapidamente. 
Por fim, há a etapa de resfriamento do vidro, no qual ele passa por uma câmara de 
recozimento, que o resfria gradualmente com sopradores, até que a peça atinja temperaturas 
mais baixas (por volta de 250ºC) e por fim esfriamento ao ar livre. Essas etapas devem ser feitas 
com muito cuidado, pois é nela onde há chances de quebras no vidro. 
Finalmente o vidro passa por inspeções de qualidade. 
 
9. Dentre os tipos de vidro produzidos, existem os chamados vidros de segurança. Porque 
esses vidros recebem essa denominação e quais as aplicações mais indicadas para esses 
tipos de vidro. 
Os vidros de segurança normalmente são os temperados e laminados, que diferente do 
vidro comum que se quebra em fragmentos que poderiam causar lesão em alguém, oferecem 
menos riscos de acidente. Esses vidros são utilizados em construção civil, em algumas 
janelas de automóveis e em lugares com risco de impacto humano. 
 
10. O que é um vidro temperado e quais suas características? 
 
Um vidro temperado é aquele obtido a partir do resfriamento rápido da superfície de um 
vidro fundido. Dessa forma, a taxa de resfriamento da superfície é maior que a do interior do 
material, gerando forças compressivas na superfície, assim, para fraturar o vidro é necessária 
uma força maior que a tensão superficial. É um vidro mais rígido, com maior resistência 
térmica, que quando quebrado estilhaça em pequenos fragmentos. Tal característica o torna 
desejável para situações em que a quebra do vidro poderia gerar ferimentos em pessoas, logo, 
é utilizado em janelas laterais e traseiras de automóveis, alguns utensílios domésticos etc. 
A desvantagem desse vidro é que ele não pode ser cortado e é menos flexível que outros 
tipos devidro.