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1 MATERIAIS CERÂMICOS 2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 4 2. PRIMÓRDIOS DA CERÂMICA ............................................................................. 7 3. A CERÂMICA NO BRASIL: ÍNDIOS DA ILHA DO MARAJÓ ................................ 9 4. O SETOR CERÂMICO HOJE ............................................................................. 11 5. PRINCIPAL MATÉRIA PRIMA DA INDÚSTRIA DE CERÂMICA: ARGILA......... 12 6. COMPONENTES QUÍMICOS DA ARGILA. ........................................................ 13 7. PROPRIEDADES DAS ARGILAS ...................................................................... 14 8. FORMAÇÃO DA CERÂMICA ............................................................................. 18 9. FABRICAÇÃO DA CERÂMICA ........................................................................... 19 10. EXTRAÇÃO DO BARRO .................................................................................... 20 11. PREPARO DO BARRO ...................................................................................... 21 12. MOLDAGEM ....................................................................................................... 22 13. SECAGEM .......................................................................................................... 23 14. COZIMENTO ...................................................................................................... 24 15. ESFRIAMENTO .................................................................................................. 25 16. TIPOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ........................................................ 26 16.1 Via Úmida .................................................................................................... 26 16.2 Via Seca .................................................................................................... 27 17. TIPOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO (BRASIL E MUNDO) ....................... 28 18. PROPRIEDADES DA CERÂMICA...................................................................... 29 19. PATOLOGIAS DA CERÂMICA ........................................................................... 30 20. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS............................................ 32 21. UTILIZAÇÃO DA CERÂMICA ............................................................................. 36 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 38 3 NOSSA HISTÓRIA A nossa história inicia com a realização do sonho de um grupo de empresários, em atender à crescente demanda de alunos para cursos de Graduação e Pós-Graduação. Com isso foi criado a nossa instituição, como entidade oferecendo serviços educacionais em nível superior. A instituição tem por objetivo formar diplomados nas diferentes áreas de conhecimento, aptos para a inserção em setores profissionais e para a participação no desenvolvimento da sociedade brasileira, e colaborar na sua formação contínua. Além de promover a divulgação de conhecimentos culturais, científicos e técnicos que constituem patrimônio da humanidade e comunicar o saber através do ensino, de publicação ou outras normas de comunicação. A nossa missão é oferecer qualidade em conhecimento e cultura de forma confiável e eficiente para que o aluno tenha oportunidade de construir uma base profissional e ética. Dessa forma, conquistando o espaço de uma das instituições modelo no país na oferta de cursos, primando sempre pela inovação tecnológica, excelência no atendimento e valor do serviço oferecido. 4 INTRODUÇÃO Figura 1: Materiais cerâmicos. Fonte: https://www.mecanicaindustrial.com.br/materiais-ceramicos-e-seus-usos/ A cerâmica existe há cerca de dez mil anos e é o material mais antigo produzido pelo homem. Do grego “kéramos”, seu nome significa “terra queimada” ou “argila queimada”. Por ser um material de imensa resistência, é frequentemente encontrado em escavações arqueológicas e, dessa forma, a história da cerâmica confunde-se com a própria história da civilização. Os vasos e as taças, por exemplo, são, em muitos casos, os únicos elementos sobre os quais se pode reconstruir o grau de evolução, os hábitos, a religião e até as mudanças de povos já desaparecidos. Simplificando o processo de obtenção do material, a cerâmica é uma atividade de produção de artefatos a partir da argila, que se torna plástica e de fácil modelagem quando umedecida. Após ser submetida à secagem, para retirar a maior parte da água, a peça moldada é submetida a altas temperaturas, a partir de 800ºC, que lhe atribuem rigidez e resistência. Assim, a cerâmica pode ser tanto utilizada como uma atividade artística, em que são produzidos utensílios com valor estético, quanto como uma atividade industrial, em que são produzidos artefatos para uso na construção civil e na engenharia. Hoje em dia, além de sua utilização como matéria-prima de diversos instrumentos domésticos, da construção civil e como material plástico nas mãos dos artistas, a cerâmica é também utilizada na tecnologia de ponta. A fabricação de https://www.mecanicaindustrial.com.br/materiais-ceramicos-e-seus-usos/ 5 componentes de foguetes espaciais, por exemplo, requer o uso de cerâmica, justamente por causa de sua durabilidade e resistência. Chama-se de cerâmica à pedra artificial obtida pela moldagem, secagem e cozimento de argilas ou misturas argilosas. Em alguns casos pode ser suprimida alguma das etapas citadas, mas a matéria prima essencial de uma cerâmica é a argila. Nos materiais cerâmicos a argila fica aglutinada por uma pequena quantidade de vidro, que aparece pela ação do calor de cozimento sobre os componentes da argila. Argilas são materiais terrosos naturais, que misturados com a água adquirem a propriedade de apresentar alta plasticidade. As argilas são compostas de partículas cristalinas de diâmetro inferior a 0,005 mm, com alta plasticidade quando úmidos e que formam torrões de difícil desagregação quando sob pressão. Estas partículas são chamadas de argilo-minerais, das quais a Caulinita é a mais abundante e importante. (Al2O3 .2SiO2 .2H2O). São encontradas abundantemente na natureza, nas margens dos rios e manguezais. São baratas e fáceis de manipular. São recicláveis e se conservam ao longo dos anos somente exigindo um pouco de cuidado e umidade. A argila se origina da desagregação de rochas que comumente contém feldspato, por ataque químico (por exemplo, pelo acido carbônico) ou físico (erosão e vulcanismo), que produz a fragmentação em partículas muito pequenas. Esta desagregação leva o nome de intemperismo. Nas construções primitivas a argila crua era secada ao sol e normalmente misturada com palha para aumentar sua resistência. Era denominada de Adobe. A indústria da cerâmica é uma das mais antigas do mundo devido à abundância do barro e da facilidade de extração e fabricação. Já no período neolítico o homem pré-histórico calafetava cestas de vime com barro. Mais tarde verificaram que podiam dispensar o vime, e fizeram potes só de barro, secos ao ar. Posteriormente verificou que o calor endurecia este barro, surgindo a cerâmica. A partir daí a cerâmica foi largamente usada para os mais diversos fins. Cada civilização e cada cultura desenvolveram formas e características próprias no uso do barro, de tal modo que o exame da cerâmica é um dos maiores auxiliares na pesquisa histórica. Mais tarde surgiram os vidrados e vitrificados. No ano de 4000 A.C. os assírios já obtinham cerâmica vidrada semelhantes a azulejos, usada no revestimento de paredes. Uma nova etapa começou quando os semitas desenvolveram o torno de 6 oleiro, que permitiu maior rapidez, qualidadee acabamento às peças. O torno é uma mesa que gira rapidamente, permitindo a moldagem rápida de peças cilíndricas. Os gregos e os romanos foram grandes cultivadores das peças cerâmicas, especialmente telhas. Durante alguns séculos a evolução estacionou. Datam do século VII as primeiras porcelanas fabricadas pelos chineses, enquanto o resto do mundo só usava a cerâmica vermelha e amarela. Apenas no século XVIII é que surge na Inglaterra a louça branca, seguida pela porcelana. A partir daí houve o grande desenvolvimento desta indústria, agora baseada em pesquisas, tecnologia e estudos de laboratórios especializados. Junto com o estudo da cerâmica desenvolveu-se estudos de fornos, melhores vidrados, aparelhos de moldagem, moldagem a seco, porcelanas de alta resistência e seus empregos diversificados como, por exemplo, em materiais elétricos e eletrônicos. 7 PRIMÓRDIOS DA CERÂMICA Figura 2: História dos materiais cerâmicos. Fonte: https://slideplayer.com.br/slide/12153815/ Quando saiu das cavernas e se tornou um agricultor, o homem precisava de outros meios de subsistência além de um abrigo. Logo, surgiu a necessidade de ter também vasilhas para armazenamento de água, alimentos e sementes para a próxima safra. Tais objetos tinham que ser resistentes ao uso, impermeáveis à umidade e de fácil fabricação – qualidades inerentes à argila. Além disso, a cerâmica mostrou-se muito eficiente na construção de casas. As primeiras cerâmicas que se têm notícia são da Pré-História: vasos de barro, sem asa, que tinham cor de argila natural ou eram escurecidas por óxidos de ferro. Por outro lado, a cerâmica para a construção e a cerâmica artística com características industriais só ocorreu na Antiguidade, em grandes centros comerciais. Após a Revolução Industrial, iniciou-se uma nova e vigorosa etapa de evolução, estendida até hoje. Estudiosos confirmam ser, realmente, a cerâmica a mais antiga das indústrias, pois ela nasceu no momento em que o homem começou a utilizar-se do barro endurecido pelo fogo. Desse processo de endurecimento, obtido casualmente, evoluiu até os dias de hoje. A cerâmica passou, assim, a substituir a pedra trabalhada, a madeira e mesmo utensílios domésticos feitos de frutos. 8 A durabilidade da cerâmica pode ser constatada pelo aspecto praticamente inalterado de construções de antigas civilizações, descobertas por arqueólogos, e de alguns objetos, como pratos e vasos. A técnica construtiva em alvenaria de tijolos ou blocos cerâmicos remonta aos antigos caldeus e assírios, que em torno de 4000 a.C. já usavam este material para erguer casas e palácios. 9 A CERÂMICA NO BRASIL: ÍNDIOS DA ILHA DO MARAJÓ Figura 3: A história da cerâmica no Brasil. Fonte: http://gail.com.br/blog/a-historia-da-ceramica-no-brasil/ No Brasil, a cerâmica tem seus primeiros registros na Ilha de Marajó (PA), a partir da avançada cultura indígena que floresceu no local. O material ali produzido era altamente elaborado e de uma especialização artesanal que compreendia várias técnicas: raspagem, incisão, excisão e pintura. Mesmo desconhecendo o torno e operando com instrumentos rudimentares, o índio da Ilha do Marajó conseguiu criar uma cerâmica de valor, que mostra uma superação dos estágios primitivos da Idade da Pedra e do Bronze. Percebe-se, portanto, que a tradição ceramista não chegou ao Brasil com os portugueses, em 1500, ou veio na bagagem cultural dos escravos. Os índios já haviam firmado a cultura do trabalho em barro. Por isso, os colonizadores, apenas estruturaram o setor e concentraram a mão de obra, ao instalarem as primeiras olarias em terras brasileiras. Iniciou-se, a partir daí, um desenvolvimento mais acelerado do segmento. O rudimentar processo aborígine, no entanto, sofreu modificações com as instalações de olarias nos colégios, engenhos e fazendas jesuítas, onde se produziam, além de tijolos e telhas, também louça de barro para consumo diário. A introdução de uso do torno e das “rodadeiras” foi a mais importante dessas influências. Com essa técnica, 10 passou a haver maior simetria na forma e a produção de acabamentos mais perfeitos, com um menor tempo de trabalho. Em 1575, há indícios do uso de telhas na formação da vila que viria a ser a cidade de São Paulo/SP. Portanto, a partir desse estímulo, começa o desenvolvimento da atividade cerâmica de forma mais intensa no Brasil, sendo as olarias o marco inicial da indústria em São Paulo. A primeira grande fábrica de produtos cerâmicos do País foi fundada também em São Paulo, em 1893, por quatro irmãos franceses, naturais de Marselha. Com o nome de “Estabelecimentos Sacoman Frères”, posteriormente alterado para “Cerâmica Sacoman S.A.”, a empresa encerrou suas atividades em 1956. O nome das telhas conhecidas por “francesas” ou “marselhesas” é devido à origem destes empresários. 11 O SETOR CERÂMICO HOJE Nos últimos anos, acompanhando a Revolução industrial, a indústria cerâmica adotou a produção em massa, garantida pela indústria de equipamentos e a introdução de técnicas de gestão, incluindo o controle de matérias-primas, dos processos e dos produtos fabricados. O setor cerâmico, na atualidade, pode ser subdivido em diversos segmentos, que possuem características bastante individualizadas. O mais famoso é o de cerâmica vermelha, que compreende materiais com coloração avermelhada e são empregados na construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cerâmicos e argilas expandidas). Há também a cerâmica branca, a cerâmica de alta tecnologia, os revestimentos cerâmicos, além de a matéria-prima poder ser usada também como material refratário e isolante térmico. De acordo com o IBGE, em 2008, havia cerca de 7.000 cerâmicas no Brasil. A geração de empregos diretos é em torno de 293 mil, enquanto os indiretos chegam a 900 mil. O faturamento anual é de R$ 18 bilhões, e o setor representa por volta de 4,8% da indústria da construção civil. 12 PRINCIPAL MATÉRIA PRIMA DA INDÚSTRIA DE CERÂMICA: ARGILA Figura 4: Rocha de argila Fonte: http://www.mineradoramorrogrande.com.br/produtos-2/argila/ Argila. (matéria básica da indústria cerâmica). Composta por materiais amorfos e cristalizados, agrupados em espécies mineralógicas bem definidas. Quimicamente, é um silicato de alumínio hidratado, e na maioria das vezes acompanhado por impurezas diversas. A fórmula química da argila pura é 2SiO2.Al2O3.2H2O Por definição da ABNT, argila é um “solo que apresenta características marcantes de plasticidade, quando suficientemente úmido molda-se facilmente em diferentes formas e quando seco apresenta coesão bastante para construir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos; suas propriedades dominantes são devidas à parte constituída pelos grãos de diâmetros máximos inferior a 0,005 mm.". http://www.mineradoramorrogrande.com.br/produtos-2/argila/ 13 COMPONENTES QUÍMICOS DA ARGILA. Figura 5: Componente químico da argila. Fonte: http://www.opet.com.br/faculdade/revista-estetica-cosmetica/index.php/2016/11/15/argila/ Sílica - óxido de silício SiO2 (40 a 80%) como sílica livre (areia) reduz a plasticidade, a refratariedade, a retração e facilita a secagem,porém diminui a resistência mecânica, no entanto o vidrado endurecedor da argila é produzido pela sílica. Alumina - óxido de alumínio Al2O3 (10 a 40%) dependendo do seu tipo, tem ação sobre o ponto de fusão; reduz a plasticidade, a resistência mecânica, e as deformações. Cal - óxido de cálcio CaO (10%) age como fundente e clareadorda cerâmica. Álcalis - óxidos de sódio, potássio e magnésio Na2O, K2O, MgO (10%) abaixam o ponto de fusão, facilitam a secagem e o cozimento. Óxido de ferro Fe2O3 (7%) dá a cor característica da cerâmica (vermelha ou amarela) e abaixa o ponto de fusão. Água - de constituição, que faz parte da estrutura da molécula; de plasticidade ou absorvida, que adere à superfície das partículas coloidais; de capilaridade, água livre ou de poros, que preenche os poros e vazios. Matéria orgânica - melhora a plasticidade, porém torna a cerâmica porosa. CO2 e SO3 e ainda alguns sais solúveis. http://www.opet.com.br/faculdade/revista-estetica-cosmetica/index.php/2016/11/15/argila/ 14 PROPRIEDADES DAS ARGILAS Plasticidade. É a propriedade do material, corpo ou substância que submetido a determinado esforço, se deforma sem romper e conserva indefinidamente a forma assumida quando cessa o esforço. Nas argilas a plasticidade varia com a quantidade de água. A argila seca não apresenta plasticidade; acrescentando-se água gradativamente, a plasticidade vai aumentando até um determinado limite quando, pelo excesso de água e separação das lamelas que constituem a estrutura a argila se torna um líquido viscoso. Argilas gordas ou puras dão em geral pastas plásticas. As argilas magras devem receber adições de substâncias que melhorem a plasticidade, como sejam carbonato e hidróxido de sódio, silicatos, oxalatos e tartaratos sódicos, tanino, húmus, ácido oléico, etc. O ar diminui a plasticidade, que pode ser melhorada quando a argila é submetida a um tratamento de vácuo. A temperatura diminui a plasticidade em virtude de provocar a redução da água e reduz-se também a plasticidade das argilas, pela adição de desengordurantes. Resistência da argila seca. A resistência mecânica da argila seca tem íntima relação com a composição granulométrica e não somente o teor de aglutinante ou das partículas coloidais. Uma composição adequada é a que cerca de 60% de matérias argilosas, estão intimamente associadas ao resto do material, constituído por areia fina e areia média em partes iguais. Quando a granulometria original não é a recomendável, aconselha-se dosar as argilas de modo que apresentem a máxima plasticidade quando úmidas, resistência máxima à tração quando secas e retração mínima durante a secagem e queima. Comportamento ao calor. Aquecida a argila, entre 20 a 150oC, ela perde água de capilaridade, entre 150 e 600oC elimina a água de plasticidade ou absorvida, a partir de 600oC começam a 15 ocorrer as transformações químicas. É eliminada a água de constituição, há o conseqüente endurecimento, e as matérias orgânicas são queimadas. Segue-se o estágio da oxidação: os carbonatos transformam-se pela calcinação, em óxidos. Finalmente, a partir dos 900oC acontece a vitrificação. A sílica, de constituição e das areias, forma uma pequena quantidade de vidro que aglutina os demais materiais, dando ao conjunto resistência, dureza e capacidade. Aparece a cerâmica propriamente dita. A quantidade de vidro formado, é função dos componentes da matéria prima, quer quanto à qualidade, quer quanto à quantidade, e define a qualidade do produto obtido. Nos tijolos comuns é pequeníssima, e nas porcelanas é grande. O comportamento das argilas quando submetidas ao calor, varia para os diferentes tipos de estruturas. Argilas cauliníticas perdem pouca água até os 400oC, as montmorilonitas eliminam toda a água de absorção ou plasticidade já aos 150 oC e as ilitas aos 100 oC. Porosidade. Define-se como sendo a relação entre o volume de poros e o volume total aparente do material Depende da natureza dos constituintes, da forma, tamanho e posição relativa das partículas, e dos processos de fabricação ou obtenção. O volume de poros é tanto menor quanto maior o diâmetro médio dos grãos, enquanto que as dimensões dos poros são proporcionais aos diâmetros das partículas. A permeabilidade do material será tanto maior quanto maiores forem as dimensões dos poros. Pode-se reduzir a porosidade e a permeabilidade empregando-se argilas de grânulos de diâmetros de diferentes valores, isto é, de composição granulométrica mais adequada. A porosidade influi nas propriedades da argila, essencialmente nas propriedades físicas. A absorção e a permeabilidade aumentam com a porosidade; enquanto que a densidade e a condutibilidade térmica e elétrica diminuem. A porosidade facilita a corrosão, a abrasão e a erosão, diminui a resistência mecânica e aumenta a refratariedade. A porosidade aparente considera apenas os vazios permeáveis, enquanto que a porosidade real considera os vazios permeáveis (que absorvem água) e os impermeáveis A porosidade aumenta: 16 - Pela adição de matérias orgânicas que são eliminadas durante a queima; são em geral matérias carbonosas como serragem de madeiras duras, carvão vegetal moído, etc - Pelo acréscimo de materiais porosos, como a Vermiculita (mica expandida). - Pela adição de substâncias que gerem fase gasosa, estável na secagem e queima; alumínio ou zinco, em pó, reagindo com hidróxidos alcalinos etc. A porosidade diminui: - Pela vitrificação de massa de argila, pelo calor ou por fundentes. Estes são substâncias que, durante a queima se combinam com os constituintes de argila formando massa vítrea que preenche os poros. O óxido de cálcio é um ativo fundente que pode ser usado. - Pela adição de eletrólitos à argila em estado seco. Álcalis, hidróxido de cálcio etc. Impurezas: Impurezas são as substâncias contidas nas argilas, sem contudo fazerem parte da composição química da mesma, ou que se adicionam a ela visando alterar propriedade ou propriedades, otimizando-a como matéria prima para obtenção de produtos cerâmicos. A cor vermelha das argilas é transferida aos produtos com ela fabricados, devido ao óxido de ferro, razão que para obtenção de porcelanas fina e branca, não pode conter óxido de ferro em sua composição. Assim também, na obtenção de materiais refratários, não se pode empregar argila contendo fundentes. As argilas “gordas” ou “magras” deverão ser corrigidas seja eliminando ou reduzindo os teores de impurezas seja acrescentando substâncias que melhorem suas qualidades carentes. Considerando-se a sílica livre como impureza, adicionada propositalmente ou não, a mesma apresenta os seguintes efeitos: - Aumenta a brancura do produto acabado. - Reduz a plasticidade da argila. - Diminui a retração dos produtos, durante a secagem ou queima. - Reduz a resistência à tração. - Reduz a refratariedade. 17 Aumenta o coeficiente de dilatação que diminui quando se dá a vitrificação, porque se combina com a alumina e outros fundentes. A Alumina como impureza acidental, é menos freqüente, ela faz aumentar a refratariedade até a proporção de 70%, faz baixar entre 70 e 80% , e acima de 80% torna aumentar a refratariedade. Carbonato e sulfato de cálcio são decompostos pelo calor formando óxido. A cal formada é prejudicial, pois hidrata e carbonata em presença de água e anidrido carbônico do ar, desprendendo calor e provocando aumento de volume que, por sua vez, gera tensões que podem até romper a peça. Material carbonoso seja animal ou vegetal, atua sobre a plasticidade, aumentando-a ou reduzindo-a conforme o estado que se encontra. Aumenta a porosidade do produto final, bem como a retração na queima. Se esta é rápida, os poros superficiais são fechados e os gases retidos provocam o esponjamento, podendo fornece produtos leves (argila expandida). 18 FORMAÇÃO DA CERÂMICA Figura 6: Formação da cerâmica. Fonte: https://terrawestudio.com.br/cursos-de-formacao/ A formação da cerâmica depende basicamente das características da argila que a constitui. Estas características podem ser manipuladascom a adição de algumas substâncias. ADITIVOS • Que aumentam a plasticidade da argila. Água, carbonatos, hidróxidos, silicatos e oxalatos • Que diminuem a plasticidade da argila: Ar incorporado, detergentes, sabãos, pó de minerais, areia e pó de cerâmica https://terrawestudio.com.br/cursos-de-formacao/ 19 FABRICAÇÃO DA CERÂMICA Figura 7: Esquema da produção de cerâmica. Fonte: https://www.inthemine.com.br/site/ipt-entrega-estudo-estrategico-da-cadeia-produtiva-da- industria-ceramica/ https://www.inthemine.com.br/site/ipt-entrega-estudo-estrategico-da-cadeia-produtiva-da-industria-ceramica/ https://www.inthemine.com.br/site/ipt-entrega-estudo-estrategico-da-cadeia-produtiva-da-industria-ceramica/ 20 EXTRAÇÃO DO BARRO Cada tipo de cerâmica requer um tipo apropriado de barro. Deve ser analisada a composição Granulométrica, o teor de argila, a umidade e a pureza entre outras. As matérias-primas sintéticas são fornecidas prontas para o uso, necessitando apenas, em alguns casos, de um ajuste na granulometria; • As naturais, após a mineração e na própria jazida já podem ser beneficiadas; • Elas são desagregadas ou moídas, classificadas de acordo com a granulometria, composição, dureza, plasticidade e muitas vezes, também, purificadas; • Seguem-se outros processos de preparação; 21 PREPARO DO BARRO • Apodrecimento da argila. Ela é depositada ao ar livre, revolvida e passa por um período de descanso, com a finalidade de fermentar ao ar as partículas orgânicas existentes no barro, tornando-as coloidais e aumentando a plasticidade da massa. • Maceração: Desagregar torrões, correção e amassamento. É feita para se obter menores partículas e, com isso, maior plasticidade, melhor contato entre os componentes, etc. Pode-se usar britadores, moinhos, desintegradores e pulverizadores ( cada um dos quais , corresponde a um grau de moagem ). Faz-se nova remoção de impurezas se houver. A correção é feita para dar à argila a constituição que se deseja. Para se obter cerâmica fina deve-se lavar, deixar sedimentar e depois filtrar, eliminando-se os grãos graúdos. Adiciona-se areia fina para diminuir a retração e aumentar o rendimento, obtendo-se produtos mais grosseiros. Existem ácidos orgânicos fracos e soluções alcalinas que são usados para diminuir a plasticidade. Existem ácidos e alguns sais que podem aumentar a plasticidade. • Amassamento: Serve para se obter a uniformidade entre os componentes. Conforme o tipo de barro e/ou tipo de moldagem é usado, água, ou não. É feito por processos manuais ou mecânicos. 22 MOLDAGEM É a operação de dar a forma desejada à pasta de cerâmica. O uso de um ou outro processo depende do tipo e característica da matéria-prima, do formato e constituição do produto acabado e do tipo do forno à ser usado. Pode ser: • À seco ou semi-seco • Pasta plástica consistente: É o processo mais antigo. A pasta bem pastosa (25% à 40% de água) é colocada em moldes de madeira ou no torno de oleiro. Usada para fazer vasos, tijolos brutos, pratos, xícaras e etc. • Pasta plástica mole • Pasta fluida: É o chamado processo de Barbotina ou Suspensão. A pasta é dissolvida em água (30% à 50%) e depois vertidas em moldes de gesso. Depois da deposição, a água é absorvida e a argila adere as paredes, quando seca a peça se retrai e se desloca. Processo usado para porcelanas, louças sanitárias ,peças de formato complexo e etc; 23 SECAGEM A secagem é a fase obrigatória entre a moldagem e o cozimento. Feita para que a pasta perca o excesso de água antes de ir ao forno. Esta secagem deve ser lenta e bem distribuída evitando o fissuramento, deformações e a porosidade das cerâmicas. Esta secagem pode ser feita ao natural (vento), mas normalmente acontece em telheiros extensos para a proteção do sol e chuva. É tão importante quanto o cozimento pois, após a moldagem, ainda permanece na peça de 5% à 35% de água. Se a argila for levada ainda úmida ao forno, a umidade fica retida no interior, aparecendo tensões internas e o consequente fendilhamento. Pode levar de 3 à 6 semanas para argilas mais moles e uma semana para argilas mais rijas , quando feitas ao ar por secagem natural. Tipos de secagem: 1 - Secagem natural: processo comum em olarias porém demorado e exige grandes superfícies (telheiros extensos ao abrigo do sol e com ventilação controlada); 2 – Secagem por ar quente úmido: o material é colocado em secadores onde recebe ar quente com alto teor de umidade até que a água absorvida desapareça ; Então recebe ar quente para perder água por capilaridade e com isso as deformações são mínimas; 3 – Secagem de túnel: são tuneis extensos ,pelos quais se faz passar o calor residual dos fornos (40º à 150º) .As peças são colocadas em vagonetas que percorrem lentamente o túnel , indo da menor à maior temperatura; 4 – Secagem por radiação infravermelha: é pouco usada em razão dos custos e servir apenas para peças delgadas. No entanto tem alto rendimento e baixa deformação. É utilizada para fazer peças de precisão. 24 COZIMENTO É a fase da fabricação em que o barro é colocado em fornos de alta temperatura para que ocorram as reações químicas de endurecimento e vitrificação. Alguns tipos de cerâmica precisam ir duas vezes ao forno para o recozimento. Isto é comum nas peças esmaltadas. É, talvez, a parte mais importante da fabricação dos materiais cerâmicos. Durante o cozimento ocorrem reações químicas as mais diversas. O principal cuidado no cozimento é manter a uniformidade no calor do forno obtendo-se temperaturas ideais exatas. Para cerâmicas de melhor qualidade o usual é que o material vá duas vezes ao forno : aquecimento e reaquecimento . São tipos de fornos: • Fornos de Meda; • Fornos Intermitentes Comuns ; • Fornos Intermitentes de Chama Invertida; • Fornos Semicontínuos ; • Fornos de Mufla ; • Fornos Combinados ; • Fornos de Cuba . 25 ESFRIAMENTO Nesta fase o único cuidado é evitar um resfriamento muito brusco, que pode fendilhar a peça pela rápida retração ou curvá-la. Figura 8: Olaria artesanal e Industria de cerâmica. Fonte: https://diariodocomercio.com.br/economia/industria-ceramica-e-afetada-pela-pandemia/ 26 TIPOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Existem dois processos majoritários de fabricação de Revestimentos Cerâmicos por Via Úmida e Via Seca. 16.1 Via Úmida - Via úmida – Utiliza as seguintes etapas: §mistura de várias matérias primas, como por exemplo argilas, matérias fundentes, talco, carbonatos, que são moídas e homogeneizadas em moinhos de bola, em meio aquoso; § secagem e granulação da massa em “spray dryer” (atomizador); *Uma vantagem desse processo é não precisar esperar a secagem da argila pelo sol. §Prensagem ou compactação, decoração e queima. Figura 9: Esquema via úmida Fonte: https://planville2u.com.br/2019/04/processos-de-fabricacao-de-ceramica-no-brasil.html No processo pela via úmida, no Brasil, é utilizado mais na região Sul, no polo cerâmico de Criciúma (SC), no Paraná e atualmente também está sendo incorporado ao processo produtivo do Polo Cerâmico de Santa Gertrudes. Na Espanha a maioria das fábricas, somente utiliza esse processo. No Brasil, este processo normalmente a mistura da argila procura dar uma cor branca ou clara ao suporte da cerâmica; na Espanha a cor do massa é vermelha, determinando sua cor base. https://planville2u.com.br/2019/04/processos-de-fabricacao-de-ceramica-no-brasil.html 27 16.2 Via Seca - Via Seca – Utilizaas seguintes etapas: a)lavra; b) secagem; c) moagem a seco; d) conformação, decoração e queima. üA secagem é realizada naturalmente, expondo-a ao sol. üAs maiores vantagens desse processo são os menores custos energéticos e o menor impacto ambiental. üO processo pela via seca concentra-se no polo de Santa Gertrudes, localizado no estado de São Paulo, formado além do município, pelas cidades de: Rio Claro, Cordeirópolis, Iracemápolis, Ipeúna, Limeira e Piracicaba, representando cerca de 70% da produção nacional Figura 10: Esquema via seca Fonte: https://planville2u.com.br/2019/04/processos-de-fabricacao-de-ceramica-no-brasil.html https://planville2u.com.br/2019/04/processos-de-fabricacao-de-ceramica-no-brasil.html 28 TIPOS DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO (BRASIL E MUNDO) Os materiais cerâmicos são fabricados a partir de matérias-primas classificadas em naturais e sintéticas. •Naturais: As mais utilizadas industrialmente são: argila, caulim, quartzo, feldspato, filito, talco, calcita, dolomita, magnesita, cromita, bauxito, grafita e zirconita. §Os materiais argilosos são formados de uma mistura de diversos tipos e características de argilas para dar a composição desejada e são a base do biscoito. § Os materiais não argilosos, quartzo, feldspato e caulim, servem para sustentar o corpo cerâmico ou promover a fusão da massa. •Sintéticas : Alumina (óxido de alumínio) sob diferentes formas (calcinada, eletrofundida e tabular e tabular); carbeto de silício e produtos químicos inorgânicos os mais diversos. Estes são utilizados para a produção de engobes e esmaltes e, servem para fazer a decoração dos revestimentos . As cerâmicas são conformadas por três processos clássicos: •Prensagem •Compactação •Extrusão. Em seguida são secas e queimadas à temperatura acima da incandescência. Não é um material combustível e não são afetadas pela luz.Podem ser esmaltadas ou não esmaltadas. 29 PROPRIEDADES DA CERÂMICA As propriedades das cerâmicas dependem da constituição da argila, cozimento, moldagem etc. Estes valores não podem ser generalizados e cada material deve ser analisado em particular. Devem ser analisadas grandezas como o peso, propriedades mecânicas, absorção de água, resistência ao desgaste e dilatação térmica. Estes fatores devem ser considerados para a escolha da cerâmica adequada. As principais propriedades requeridas de uma placa cerâmica são: Dureza: Resulta de estruturas vitrificadas que se formam durante a queima, com alto grau de compacidade e coesão interna, resultando na força responsável pela resistência mecânica do material. Rigidez :É a resistência da placa cerâmica a deformação, quando submetida a esforços. Sujeita a esforços, a placa cerâmica pode quebrar sem deformação previa, resultando dai sua fragilidade, que deve ser considerada como uma propriedade da placa. Inércia: Refere-se a não reagir quimicamente com outros materiais. A principal função da aplicação da placa cerâmica como revestimento é a proteção do substrato onde é assentada, adquirindo ambientes não insalubres, devido à impermeabilidade de seu esmalte. E não propagar fogo. 30 PATOLOGIAS DA CERÂMICA Fatores prejudiciais a conservação da cerâmica depois de aplicada: 1. Umidade permanente A umidade faz baixar a resistência das cerâmicas. Telhas ou tijolos quebram mais facilmente quando estão úmidos. Também apresentam menor resistência ao calor e ao desgaste. Peças de cerâmica submersas desagregam aos poucos. 2. Fogo e Calor A resistência à compressão diminui a medida que a temperatura aumenta. A desagregação também acontece quando a cerâmica é exposta a ciclos de calor e frio. As únicas cerâmicas que não sofrem estes efeitos são as refratárias, que aceitam altíssimas temperaturas. Observe que a cerâmica refratária aceita altas temperaturas mas não é isolante de calor, existindo as cerâmicas isolantes. 3. Solicitação mecânica exagerada Se uma peça cerâmica é submetida a uma carga superior ao seu limite ela se rompe como qualquer material. Se a carga for levemente superior ao seu limite mas de rápida aplicação, ela pode somente desagregar. Se houverem fissuras sua resistência fica abalada. Em relação à abrasão, se ela é alta a cerâmica se desagrega e desgasta. 4. Fadiga É outro tipo de colapso que acontece nas cerâmicas, quando submetidas sucessivas vezes à cargas altas, próximas do limite de sua resistência. Há a possibilidade dos grãos mais solicitados se desagregarem da massa. Isto enfraquece a cerâmica que se continuar submetida às cargas podem romper. 5. Fungos Mofo ou bolor é o nome dado aos vegetais inferiores que não tem ação clorofiliana. A transformação de sais e outros elementos nutritivos, é feita nas raízes que destilam enzimas ácidas. Estas enzimas atacam a cerâmica, desagregandoa ou escurecendo- a com o passar dos tempos. Ação semelhante é desenvolvida por algumas bactérias e virus. 6. Limo 31 O limo é o nome dado a alguns vegetais minúsculos que também podem desagregar a cerâmica por efeito mecânico de suas raízes. Embora capilares estas raízes se infiltram pelos poros da cerâmica e ao crescer a desagrega. 7. Gelividade A água em canais capilares congela . Ao congelar aumenta de volume desagregando a cerâmica. Normalmente isto se dá na superfície, despedaçando a “casca” da cerâmica. O resultado é o desgaste progressivo da peça. Pode-se usar verniz impermeável que impeça a penetração da água. 8. Eflorescências A cerâmica pode conter sais solúveis em pequenas quantidades, existentes no barro original. Quando a umidade atravessa a peça cerâmica a água dissolve estes sais e leva-os à superfície. Ali a água evapora mas deposita os sais aparecendo manchas. Estas manchas além de dar um mau aspecto à superfície causam problemas mais graves como desagregação das peças e diminuição das aderências dos rebocos. Eflorescências de cor branca espalhadas e que saem com facilidade com lavagem são típicas de sulfatos. Eflorescências de cor branca escorrida são típicas de carbonatos e são de difícil remoção. As de cor castanha indicam ferrugem, originadas pela presença de sais ou óxidos de ferro no barro ou peças metálicas presentes na massa. Também são difíceis de remover. 32 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS • Cerâmica Vermelha : Compreende aqueles materiais com coloração avermelhada empregados na construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cerâmicos e argilas expandidas) e também utensílios de uso doméstico e de adorno. • Materiais de Revestimentos ( Placas cerâmicas) : São aqueles materiais, na forma de placas usados na construção civil para revestimento de paredes, pisos, bancadas e piscinas de ambientes internos e externos. Recebem designações tais como: azulejo, pastilha, porcelanato, grês, lajota, piso, etc. • Cerâmica Branca : Este grupo é bastante diversificado, compreendendo materiais constituídos por um corpo branco e em geral recobertos por uma camada vítrea transparente e incolor. • Louça Sanitária; • Louça de Mesa; • Isoladores Elétricos par Baixa e Alta Tensão; • Cerâmica Artística (decorativa e utilitária); • Cerâmica Técnica para fins diversos, como: químico, térmico e mecânico e etc. • Materiais Refratários : Este grupo compreende uma diversidade de produtos, que têm como finalidade suportar temperaturas elevadas nas condições específicas de processo e de operação dos equipamentos industriais. Podemos classificar os produtos refratários quanto a matéria-prima ou componente químico principal em: sílica, sílicoaluminoso, aluminoso, mulita, magnesianocromítico,carbeto de silício, grafita, carbono, zircônia, zirconita,e outros. • Isolantes Térmicos • Refratáriosisolantes; que se enquadram no segmento de refratários. • Isolantes térmicos não refratários; compreendendo produtos como sílica diatomácea, silicato de cálcio, lã de vidro e lã de rocha, que são obtidos por processos distintos ao do item a) e que podem ser utilizados, dependendo do tipo de produto até 1100 ºc. • Fibras ou lãs cerâmicas; que apresentam características físicas semelhantes as citadas no item b), porém apresentam composições tais como sílica, sílica-alumina, 33 alumina e zircônia, que dependendo do tipo, podem chegar a temperaturas de utilização de 2000º C ou mais. Abrasivos : Parte da indústria de abrasivos, por utilizarem matériasprimas e processos semelhantes aos da cerâmica, constituem-se num segmento cerâmico. Entre os produtos mais conhecidos podemos citar o óxido de alumínio eletrofundido e o carbeto de silício. Vidro, Cimento e Cal : São três importantes segmentos cerâmicos e que, por suas particularidades, são muitas vezes considerados à parte da cerâmica. Cerâmica tradicional Argila de bola, argila da China, feldspato, sílica, dolomita, talco, calcita e nefelina são os materiais comuns utilizados na maioria dos produtos cerâmicos. Cada matéria-prima contribui com certa propriedade, como resistência a seco, plasticidade, encolhimento, etc. ao corpo cerâmico. Portanto, com uma seleção cuidadosa de materiais, as propriedades desejadas são adquiridas para o resultado final. A preparação do pó é uma grande consideração na indústria cerâmica. Área de superfície, tamanho e distribuição de partículas, forma de partículas, densidade, etc., cada um tem seu próprio efeito na produção. O pó deve estar preparado para atender o tamanho de partícula, a forma das partículas e outros requisitos exigidos para uma determinada indústria. O fresamento é feito para obter o tamanho de partícula desejado. Ao contrário da indústria de cerâmica avançada, a pureza do pó cerâmico não é um problema na cerâmica tradicional. A indústria de cerâmica tradicional se originou há muito tempo. Mesmo há milhares de anos, era uma prática bem estabelecida em muitas partes do mundo. Hoje, existem muitas divisões desta indústria. Cerâmica, louça, sanitários, azulejos, produtos de argila estrutural, refratários, blocos e porcelana elétrica são alguns dos produtos da cerâmica tradicional. Cerâmica Avançada As cerâmicas avançadas são tipos especiais de cerâmica utilizados principalmente para aplicações elétricas, eletrônicas, ópticas e magnéticas. Este setor é diferente da cerâmica tradicional devido ao fato de que a preparação do pó cerâmico é muito importante. Técnicas de produção avançadas são empregadas para garantir que os pós de cerâmica produzidos possuem pureza suficiente. Geralmente as reações químicas são utilizadas para produzir o pó de cerâmica, tais como as reações de processamento de sol-gel e líquido-gás como do gás NH 3 e SiCl4 líquido para 34 produzir Si3N4 . Muitos desses métodos são muito caros. Portanto, a preparação do pó é sempre um fator de custo na indústria de cerâmica avançada. - Aplicações da cerâmica avançada Nas indústrias eletrônica e elétrica, materiais cerâmicos avançados como titânio bário (BaTiO3), materiais piezoelétricos e materiais semicondutores são muito utilizados para a produção de capacitores cerâmicos, sensores de temperatura, osciladores, etc. As cerâmicas utilizadas para este tipo de aplicações são chamadas cerâmicas funcionais. As propriedades específicas dos materiais cerâmicos avançados são utilizadas para suas aplicações industriais. A ferroeletricidade é uma propriedade em materiais como titânio de titânio de chumbo, titanato de chumbo, titanato de bário, etc. Os materiais ferroelétricos possuem duas propriedades. Em uma deve haver uma polarização espontânea e na outra a polarização deve ser capaz de reorientar. Esta propriedade é utilizada para produzir aplicações como sensores, bombas, sonar, microfones, etc. Figura 11: Material cerâmico avançado Fonte: https://www.mecanicaindustrial.com.br/materiais-ceramicos-e-seus-usos/ Existem várias outras aplicações que são encontradas nas outras áreas também. A cerâmica magnética é outro tipo de material cerâmico avançado que é utilizado para a produção de antenas e indutores. Biocerâmicas como a alumina com alta densidade e pureza é usado para implantes dentários. Óculos, produtos químicos e a substituição de quadris e joelhos, etc. são algumas das aplicações de materiais biocerâmicos. Embora as cerâmicas tradicionais tenham sido utilizadas em civilizações antigas, a cerâmica avançada é um campo recentemente desenvolvido. Mas eles têm algumas funções extremamente importantes e já mostraram um rápido crescimento. https://www.mecanicaindustrial.com.br/materiais-ceramicos-e-seus-usos/ 35 Ambos os materiais cerâmicos possuem uma importância significativa para a indústria e é de se esperar que o melhor ainda esteja por vir, especialmente no campo da cerâmica avançada. 36 UTILIZAÇÃO DA CERÂMICA 1. Produtos cerâmicos estruturais: Figura 12: Tijolos cerâmicos e telhas de barro cozido Fonte: http://ceramicapalmadeouro.com.br/produto/bloco-ceramico-estrutural-14x19x39/ • Tijolos maciços ou furados; • Blocos; • Ladrilhos; • Telhas de barro cozido ou vidradas; • Tubos e conectores (manilhas de grês); • Produtos artísticos (vasos, etc.). 2. Refratários. Figura 13: Forno refratário Fonte: http://recursomineralmg.codemge.com.br/substancias-minerais/argilas-e-materiais-refratarios/ http://ceramicapalmadeouro.com.br/produto/bloco-ceramico-estrutural-14x19x39/ http://recursomineralmg.codemge.com.br/substancias-minerais/argilas-e-materiais-refratarios/ 37 3. Louças e porcelanas. Figura 14: Louças e porcelanas. Fonte: http://reformafacil.com.br/decoracao/loucas-de-porcelana-a-opcao-certa-para-sua-casa/ • Porcelanas artísticas, industriais, domésticas, elétricas, etc. Louça sanitária; • Louça de Grês; • Ladrilhos cerâmicos vidrados (azulejos); • Louça de mesa 4. Produtos cerâmicos diversos como sílica fundida, esmaltes vitrificados, etc. Figura 15: Produtos cerâmicos esmaltados. Fonte: https://www.hisour.com/pt/ceramic-glaze-51762/ http://reformafacil.com.br/decoracao/loucas-de-porcelana-a-opcao-certa-para-sua-casa/ 38 REFERÊNCIAS Paulo B. Lourenço e Hipólito Sousa. Paredes de alvenaria. Porto 2002, Fundação Cupertino Miranda. APICER/CTCV. Manual de Aplicação de revestimentos cerâmicos.2003. Associação Portuguesa de Industrias de Cerâmicas, Coimbra. Celso F. Gomoes. Argilas, o que são e para que servem. Fundação Calouste Gulbenkian, 1986, Lisboa. RICHERSON, D.W., Modern Ceramic Engineering, Marcel Dekker, Inc. New York, 1992. KINGERY, W.D. Introduction to Ceramics. John Wiley & Sons. New York, 1967. HANCH, L.L. e ULRICH, D.R., Science of Ceramic Chemical Procesing; Wiley - Interscience, New York, 1986. SANTOS, Pérsio de Souza. Ciência e Tecnologia de Argilas. 2ª edição. Volumes 1, 2 e 3. Ed. Edgar Blücher. 1989. REED, JAMES S.: Principles of Ceramic Processing; Wiley Intersciense; New York; 2nd Ed.; 1995. BRISTOT, VILMAR MENEGON; Máquinas e Equipamentos para Cerâmica; Edit. e Livraria Luana; Criciúma; 1996. K. MASTERS; Spray Drying Handbook; George Godwin Limited; London; 4 th Ed.; 1985. 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