MATERIAIS CERÂMICOS

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Lorena de Lima Parente
(Edificações 5 - Manhã)
MATERIAIS CERÂMICOS
INSTITUTO FEDERAL DE PERNAMBUCO
Recife, 2022
1.0 CONCEITO
Os materiais cerâmicos são obtidos de matérias-primas em pó que, quando submetidas
a temperaturas elevadas em sua manufatura, formam óxidos, nitretos e carbonetos. São uma
combinação de elementos metálicos e não-metálicos, unidos por ligações interatômicas
totalmente iônicas ou predominantemente iônicas mas tendo algum caráter covalente.
O termo vem da palavra "keramikos", palavra grega que significa "material queimado".
Indicando e fazendo referência ao processo de sua fabricação no qual esses materiais são
submetidos, através de um processo de tratamento térmico de alta temperatura, denominado
queima.
O uso e importância desses materiais na humanidade começa no período histórico
chamado de Neolítico, podendo perceber o uso de tijolos cerâmicos na construção da Torre de
Babel, e estende-se até os dias de hoje atuando em diversos setores, como o automotivo,
eletrônico, aeroespacial e civil. Dando foco ao uso na engenharia civil, os materiais cerâmicos
são amplamente aproveitados em várias etapas da obra, desde a fundação até o acabamento,
por causa das suas diversas características, um exemplo é o uso das placas de revestimento
cerâmico, telhas e alvenaria.
2.0 CARACTERÍSTICAS
Devido a natureza de suas ligações químicas, os materiais cerâmicos se tornam ótimos
isolantes térmicos e elétricos. Isso porque as ligações iônicas (e, em menor quantidade nos
materiais, covalentes), por serem tão fortes, necessitam de altas temperaturas para serem
rompidas. Os principais materiais resistentes em temperaturas elevadas são: SiC, Al2O3 e
Si3N4. Essa propriedade também faz com que eles apresentem uma baixa dilatação térmica e
altos pontos de fusão. Em decorrência disso, os materiais cerâmicos podem ser utilizados
como isolantes térmicos de resistores e capacitores, por exemplo.
Essa resistência térmica faz com que o material mantenha estabilidade química sob
condições ambientais severas, isso explica seu uso em fornos siderúrgicos e em blindagem em
ônibus espaciais, principalmente nas reentradas, onde a temperatura das superfícies atinge
mais de 1000°C ( a proteção térmica é feita com placas cerâmicas de fibras de quartzo, onde,
sua eficiência é tanta que, 10 segundos após sua retirada de um forno de 1260°, é possível
tocá-las com as mãos).
O material também é marcado pela sua alta dureza. A resistência mecânica dos
produtos cerâmicos está relacionada à quantidade de água usada na moldagem, além de que
quanto mais homogénea, fina e cerrada a granulometria, bem como melhor o cozimento,
maior a resistência da cerâmica. Já os poros estão diretamente ligados à resistência dos
produtos cerâmicos, de forma que o tamanho e a fração volumétrica são fatores importantes
que afetam essa propriedade.
De toda forma, os materiais cerâmicos são considerados frágeis, já que, ao sofrer
ação de uma força, ele sofre trincas que se espalham por todo corpo formando fraturas. Ou
seja, esses materiais são caracterizados por ter baixa resistência a choques.
Este tipo de material apresenta uma grande diferença entre as suas resistências à
tração e à compressão, sendo geralmente as resistências à compressão cerca de 5 a 10 vezes
superiores às resistências à tração.
Há uma intensa exploração e pesquisas na área de produtos cerâmicos por causa do
baixo preço desses materiais, além da leveza, diversidade e usabilidade.
3.0 CLASSIFICAÇÃO
As etapas de processamento e produção desses materiais determinam suas
propriedades e, consequentemente, suas aplicações. Essa enorme diversidade das
características dos produtos cerâmicos, possibilita uma incrível possibilidade de utilização na
construção civil.
A diversidade de matérias-primas permite que a indústria fabrique e coloque no
mercado vários tipos de materiais cerâmicos, a qual serão exemplificados a seguir:
3.1 CERÂMICA VERMELHA
Segundo a Associação Brasileira de Cerâmica, as Cerâmicas Vermelhas são os
materiais com coloração avermelhada empregados na construção civil, uso doméstico e
decorativo, sendo seu uso extremamente versátil.Esse material passa por diversos processos
físicos e químicos até chegar no produto final, que pode ser tijolos, blocos, telhas, lajes, tubos
cerâmicos e etc.
Por ser composta de argila e outros materiais, faz com que seja um dos materiais de
construção de maior durabilidade. Além disso, os tijolos, um dos mais comuns materiais de
cerâmica vermelha, apresentam grande resistência, podendo atuar na sustentação da
construção ( suportar vários pavimentos e substituir os pilares e vigas de concreto), podem
ser destinados à execução de paredes, preenchimento de vão entre vigas em lajes mistas e
pré-moldadas, auxiliam na resistência e solidez da estrutura e ajudam economicamente, pois
podem substituir materiais mais caros, como a madeira e o ferro. Os tijolos cerâmicos para
alvenaria estrutural são mais leves que os blocos de concreto, têm resistência entre 4,5 e 6
MPa e podem receber aplicação direta do gesso e da textura.
A telha cerâmica também é muito comum nas casas, muito utilizada por trazer uma
temperatura mais estável ao interior, absorver umidade e pelo custo benefício.
As cerâmicas vermelhas têm as suas mais variadas aplicações, garantindo valor
estético e cultural, conforto térmico e acústico, porosidade que mantém o clima interior com
baixa umidade, resistência a altas temperaturas e propagação de fogo e versatilidade de
projetos. Também, além de ser comum nos principais materiais de construção como blocos de
vedação, blocos estruturais, telhas, lajotas, manilhas, tubos e tijolos, é inclusive utilizada para
a produção de revestimento, com ladrilhos, azulejos e pastilhas.
3.2 CERÂMICA BRANCA
Este grupo é bastante diversificado e compreende materiais por um corpo branco
recobertos por uma camada vítrea transparente e incolor, dando assim, a nomenclatura
referente a cor branca da massa. Atualmente, há a possibilidade da fabricação dos produtos
enquadrados neste grupo com matérias-primas com certo grau de impureza, garantindo uma
coloração diferenciada, sem alteração e prejuízo do produto final. O setor de cerâmicas
brancas reúne uma imensa variedade de produtos, como louças e porcelanas, sanitários e
porcelanas técnicas.
Da enorme variedade, os produtos se diferenciam, entre outros fatores, pela
temperatura, queima, composição da massa e tipo de fundente. A massa da cerâmica branca é
do tipo composta, constituídas de argilas plásticas de queima branca, caulins, quartzo e
fundentes (feldspato, filito, carbonatos)
Dentro da indústria cerâmica, a cerâmica branca é agrupada em três subsetores:
porcelana, grês e faiança. Essa classificação baseia-se no percentual em peso de água
absorvida pela cerâmica. Denomina-se porcelana se a absorção ė de 0% (admitindo ainda até
um percentual de 0,5%); os materiais de baixíssima absorção, entre 0,5% e 3%, são
denominados de grês; já os materiais considerados porosos, com absorção superior a 3%, são
denominados de faiança.
● Porcelanas: fabricadas a partir de massas constituídas de argilominerais (argila
plástica e caulim), quartzo e feldspato bastante puros, que são queimados em
temperaturas superiores a 1250°C. Apresentam quase nenhuma porosidade. São as
porcelanas domésticas, elétricas e porcelanas técnicas.
● Grês: originado de matérias-primas menos puras( podendo incluir granito e filito, ao
invés do feldspato puro), são queimados por volta dos 1250°C, os principais produtos
são as louças sanitárias, que incluem peças de lavatório e higiene.
● Faiança: massa similar ao grês, mas que pode incorporar, também, fundentes
carbonatos portadores de dolomita e calcita. Têm maior porosidade e menor
resistência que os outros dois. Seus produtos incluem canecas, produtos de jantares e
outras peças decorativas.
3.3 REFRATÁRIOS
Esse grupo é caracterizado pela resistência a altas temperaturas, sendo fisicamente,
quimicamente e mecanicamenteestáveis para suportar esses choques térmicos e, ainda assim,
manter suas composições e não perder suas propriedades elétricas, térmicas e resistência. São
extremamente necessários na produção de diversos objetos submetidos ao processo de
aquecimento, de modo que os refratários precisam ter temperaturas de fusão superiores a
1.580°C. São amplamente utilizados em siderúrgicas, petroquímicas, produtoras de vidro e
cimento, por exemplo, além de estarem presente em grande quantidade em equipamentos
domésticos.
A composição desses materiais varia de acordo com o grupo que pertencem, que
alguns podem ser: refratário neutro ( não reagem com outros materiais e contém óxidos de
cromo, carbeto de sílica, grafíticos e carbono), refratário de fundição ( alta estabilidade
química e física e baixa condutividade térmica e capazes de receber metais líquidos, sem ser
danificado; podem ser feitos de argilas refratárias - baixo custo-, romita e zircônio),
refratários básicos ( feitos principalmente de óxido de cálcio e magnésio, podem ser: tijolo
de magnésio, tijolo de dolomita, tijolo de alumínio e magnésio e tijolo de forsterite; usados
principalmente em fornos de cimento e de fundição de metais não ferrosos).
3.4 ABRASIVOS
Presentes em quase todas as indústrias e fazem parte do processo de fabricação dos
mais diversos produtos, fundamentais na estrutura e acabamentos desses produtos. São
produzidos por materiais cerâmicos com propriedades e estruturas que garantem sua
abrasividade, e se dividem em abrasivos naturais e sintéticos.
Os naturais são originalmente encontrados na natureza e são submetidos a processos
industriais que os transformam em produtos polidores, como é o caso do quartzo e do topázio.
Os sintéticos são já criados por processos industriais e sua composição contém, por exemplo,
óxidos e carboneto de silício.
3.5 AVANÇADA
São os materiais desenvolvidos a partir de matérias-primas com alto grau de pureza e
processos de alta tecnologia e complexidade.São amplamente utilizados nas indústrias de
eletroeletrônicos, sensores e peças para implantes, por exemplo.
As diversas pesquisas e exploração desses materiais cerâmicos possibilitaram a
utilização e criação de materiais cerâmicos avançados que, aliados à tecnologia, são capazes
de atuar de compressores a sistemas nucleares. As suas diferenças em relação às cerâmicas
tradicionais estão, principalmente, na matéria- prima (que é sintética, variando entre óxidos,
carbonetos e nitretos. Enquanto as cerâmicas tradicionais são originárias de argila e outros
óxidos, sílica e feldspato), na sinterização (que não apresenta fase vítrea; também pode
ocorrer a prensagem isostática a frio, além da prensagem à quente), no tamanho das partículas
( que são de 1,0μm, em contrapartida, os das cerâmicas tradicionais variam de 0,5μm a 1000
μm), em sua resistência (bastante superior em comparação com as tradicionais) e no preço
(que é também superior à tradicional).
3.6 ISOLANTES TÉRMICOS
São produtos refratários ou não-refratários. Devido às ligações interatômicas desses
materiais, acaba sendo muito difícil rompê-las mesmo quando submetidas a altas
temperaturas, sendo ótimos isolantes térmicos. Isso garante nas construções, além de proteção
contra incêndios, conforto térmico e redução dos gastos de energia durante o inverno. Não
somente isso, mas acabam sendo utilizados por diversas indústrias na produção, a partir do
aquecimento, de outros produtos (por causa do seu elevado ponto de fusão), e seu uso acaba
se estendendo nas aeronaves.
3.7 REVESTIMENTO
Reúne todos os materiais na construção civil destinados ao revestimento de paredes,
pisos, piscinas e bancadas, como por exemplo: azulejos, pastilhas e porcelanatos.
Se apresentam em camadas (camada externa: formada pelas placas cerâmicas e a
juntas, é uma camada de acabamento; camada de fixação: sob as cerâmicas; emboço ou
substrato: camada de regularização; por último, a base) que protegem e vedam a estrutura
contra a ação de agentes externos, evitando a degradação precoce. Devido a sua beleza e
preço relativamente mais baixo, é usado em larga escala em várias construções, tornando elas
confortáveis e duráveis.
Se tornam um material mais higiênico, garantindo fácil limpeza e, podendo até,
possuir propriedades antibacterianas. Além disso, garantem sofisticação às construções, além
de conforto térmico (por criarem uma barreira térmica), têm resistência a abrasão, absorção de
água, resistência ao manchamento.
3.8 VIDRO, CIMENTO E CAL
O vidro é constituído de sílica, sódio (carbonato), cálcio (óxido), afinantes e corantes;
e é obtido pelo resfriamento de massa fundida. Os produtos de vidro são moldados a quente,
enquanto o material está fundido, sendo um material de elevada viscosidade, podendo ser
deformado plasticamente sem se romper. Quando o vidro é resfriado, ocorre o aumento da sua
viscosidade,até que ela aumenta tanto que o material começa a apresentar o comportamento
mecânico de um sólido. A diferença da sequência do processamento das demais cerâmicas em
relação ao vidro é que, após a fase de pó, ele é submetido a um processo de aquecimento para,
só depois, ser moldado ( enquanto, nas cerâmicas, o aquecimento vem depois da moldagem).
O cimento ( composto de 93% de calcário: CaCO3 - calcita-, MgCO3 - carbonato de
Magnésio- ; e 7% de argila: Fe2O3 - óxido ferroso-, Al2O3 - alumina- e SiO2 - sílica ) e a cal
( obtida pela hidratação da Ca(OH)2 ) são importantíssimos para a construção civil e
cumprem funções importantíssimas desde fundações e sustentações, como função de
acabamento, pintura e ação antibactericida, como estudado no período anterior.
4.0 MATÉRIA PRIMA
São constituídas basicamente de argila: Al2 - SiO - H2O com outros óxidos ( TiO2,
Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O); sílica: SiO2 ; feldspato: K2O - Al2O3 - 6SiO2. Produtos
estruturais como tijolos e pisos têm os três componentes, enquanto cerâmicas brancas também
têm os três, mas com um teor de feldspato controlado.
As argilas se dividem em dois subgrupos, podendo ser puras ( cor de cozimento
banca) e impuras ( destinadas para materiais estruturais, contendo óxido de ferro, que garante
cor vermelha e amarela após a cozedura). Quando molhadas, se tornam plásticas e moldáveis,
rígidas quando secas e vitrosas quando queimadas em altas temperaturas.
O feldspato atua como fundente nas fórmulas cerâmicas e tem três tipos comuns: os
potássicos, os sódicos e os cálcicos. Quando não presente na argila, é adicionado com o
objetivo de corrigir.
Para materiais cerâmicos de cor clara, é importante utilizar areia com baixo teor de
ferro.
5.0 FABRICAÇÃO
5.1 CERÂMICA VERMELHA
A fabricação da cerâmica vermelha é feita em etapas, indo da preparação da
matéria-prima até a esmaltação, ou até, a decoração.
O setor de cerâmicas vermelhas usa basicamente a argila, encontradas em depósitos
espalhados na crosta terrestre. Após a mineração, os materiais devem ser moídos,
classificados e, muitas das vezes, purificados. Na busca de uma composição ideal de
plasticidade para propiciar trabalhabilidade e resistência mecânica na queima, a preparação da
massa é feita através da mistura de uma argila gorda ( alta plasticidade, granulometria fina e
composição de argilominerais) com uma massa magra (rica em quartzo e menos plástica,
reduzindo a plasticidade). Na sequência, a massa é modificada e processada em misturadores
e homogeneizadores.
Após isso, a massa precisa tomar forma. O processo em que a massa passará depende,
além de fatores econômicos, das características dos produtos. Os métodos mais utilizados são:
prensagem (a massa granulada é colocada num molde, que é fechado e colocado numa câmara
contendo um fluído, que é comprimido e em consequência exercendo uma forte pressão, por
igual, no molde), extrusão ( fabricação de blocos, lajes, lajotas e tubos. A massa é colocada
numa extrusora, onde é compactada e forçada por um pistão, através de um bocal com
determinado formato. Como resultado, obtêm-se uma coluna extrudada com o formato e
dimensões desejados.Essa coluna é cortada e obtêm-se tijolos vazados, blocos e tubos, por
exemplo. Normalmente, a peça é levada para o torneamento, onde adquire seu formato final).
Após a formação de peças, ocorre o tratamento térmico, onde ocorrem as etapas de
secagem e queima. A secagem é importante para eliminar o resto de água, proveniente da
preparação da massa, contida nas peças, evitando tensões e futuros defeitos na peça. É
necessário uma eliminação lenta e gradual da água, que ocorre em temperaturas entre 50°C e
150°C; A queima é necessária porque é durante ela que os produtos adquirem suas
propriedades finais, eles são submetidos a altíssimas temperaturas, entre 800°C e 1700°C.
Durante a queima o material perde massa, desenvolve novas fases cristalinas, forma a fase
vítrea e ocorre a soldagem dos grãos.
Por fim, ocorre a fase de acabamento (podendo incluir polimento, corte, furação e etc;
ocorre quando o produto necessita de processamento adicional para atender alguma
característica não alcançada).
5.2 CERÂMICA BRANCA
De forma geral, a fabricação da cerâmica branca é bem similar com o processamento
da cerâmica vermelha.
As principais diferenças consistem na moldagem (após preparação da massa, podem
ser enviadas para a extrusão, ternamente e colagem - a colagem é realizada a partir da
inserção da barbotina em um molde de gesso, em um processo que só terminará quando a
água contida na suspensão seja totalmente absorvida pelo gesso. Nessa técnica, as partículas
sólidas se acumulam nas superfícies do molde, dando forma à parede da peça cerâmica. Dessa
maneira, a peça adquire o formato do molde de gesso), a moagem ( que é por via úmida), a
temperatura da queima ( que vão de 1100°C até temperaturas superiores a 1200°C) .
A cerâmica branca, além disso, recebe um tratamento diferente da cerâmica vermelha,
processo chamado de esmaltação. A esmaltação consiste na aplicação de uma camada fina e
contínua de esmalte ou vidrado, que após a queima, obtém um aspecto vítreo. Esta camada
garante mais beleza, higiene, mais resistência mecânica, impermeabilidade e propriedades
estéticas. Esses esmaltes são obtidos de matérias-primas naturais (quartzo, sílica, feldspato,
calcita, zircônio e etc) e de produtos da indústria química (borax, carbonato de sódio, ácido
bórico e etc).
Os esmaltes podem ser classificados em cru (usado em peças que recebem
temperaturas superiores a 1200°C; mistura de matérias-primas numa granulometria finíssima,
aplicada em forma de suspensão na superfície da peça; a cerâmica adquire o aspecto vítreo
durante o resfriamento), de fritas (diferem do cru por ser formado de um material chamado
frita; é um composto vítreo, insolúvel a água, obtido por fusão e posterior resfriamento
brusco; são utilizados em produtos submetidos a temperaturas inferiores a 1200°C) e a
combinação dos dois.
A aplicação do esmalte depende diretamente da peça, do seu tamanho e
particularidades. Podem ser adicionados materiais denominados corantes, que
garantem a formação de cor nos materiais vítreos.
6.0 APLICAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL - CERÂMICA VERMELHA, BRANCA
E DE REVESTIMENTO.
Revestimento: destinados ao revestimento de paredes, pisos, piscinas, bancadas é de
ambientes externos e internos;
Cerâmica vermelha: na construção civil, é muito comum o uso dos materiais
compostos por cerâmicas vermelhas, sendo eles: blocos de vedação ( destinados à execução de
paredes que suportarão o próprio peso, ou, ainda mais, cargas de ocupação, como armários e pias),
blocos estruturais (usados como blocos de sustentação da construção, suportando vários pavimentos,
substituindo pilares e vigas de concreto, além de exercer função de vedação), tavelas (preenchimento
de vão entre vigas), laje mista (posicionadas sobre as estruturas metálicas pois são capazes de supostas
grandes cargas e moldar o concreto), canaletas ( criam fôrma fixa para o concreto e as armações de
ferro), telhas (usadas nas coberturas de casas, comércios e demais edificações);
Cerâmica branca: louças sanitárias, isoladores elétricos, azulejos e pastilhas;
7.0 BIBLIOGRAFIA
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