Materiais Cerâmicos 2020_02

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Materiais Cerâmicos
Propriedades e Processamento
Profa. Dra. Luciane Calabria
Histórico
Definição : Keramos = sólido queimada.
Cerâmica compreende todos os materiais inorgânicos, não metálicos, obtidos geralmente após tratamento 
térmico em temperaturas elevadas.
• Primeiras peças conformadas remontam ao período Neolítico (de 26000 a.C. -5000 a.C.)
• Necessidade de armazenar água e mantimento
• Tendo a disposição a argila, assim teve início o processamento de materiais cerâmicos
• A indústria da cerâmica nasceu no momento que o homem passou a utilizar o fogo para a queima e
endurecimento das peças
• Na China e o no Egito há registro da utilização de cerâmicas há mais de 5 mil anos
• O maior exemplo na arte de manufatura cerâmica é representado pelo Exército Terracota
Histórico
• No Brasil, há vestígios de carâmicas primitivas na região da Amazônia, que datam
de aproximadamente 1600 a.C
• Cerâmicas também foram encontradas na Ilha de Marajó (400 -1300 d.C), estas com maior elaboração artesanal,
utilizavam técnicas de raspagem e pintura
Em termos de evolução técnico-científico, os materiais cerâmicos podems ser divididos de acordo com três
períodos;
• Keramos: da pré-história até aproximadamente 1900, utilizavam matéria-prima natural e a queima era feita em fornos
rudimentares
• Período Industrial dos silicatos, vai de 1900 até 1940, corresponde ao uso de matéria-prima natural em escala industrial
• Período das Cerâmicas Avançadas, inicia-se por volta de 1940 e vai até os dias de hoje (materiais cerâmicos sintéticos)
Propriedades
◼ Materiais cerâmicos são geralmente uma
combinação de elementos metálicos e não-
metálicos (formam óxidos, nitretos e
carbetos)
◼ Geralmente a ligação predominante é
iônica
◼ Geralmente são isolantes de calor e
eletricidade
◼ São mais resistêntes à altas temperaturas
(devido ao elevado PF) e à ambientes
severos que metais e polímeros
◼ Com relação às propriedades mecânicas as
cerâmicas são duras, porém frágeis
◼ Em geral são leves
ALUMINA
SiC
◼ Forma-se com átomos de diferentes
eletronegatividades (um alta e outro baixa) 
◼ Os elétrons de valência são “transferidos” entre átomos
produzindo íons
◼ A ligação iônica não é direcional, a atração é mútua
◼ A ligação é forte, por isso o PF dos materiais com esse
tipo de ligação é geralmente alto
Como consequência da ligação ser predominantemente iônica a
estrutura cristalina das cerâmicas são compostas por íons
carregados eletricamente (CÁTIONS E ÂNIONS)
Propriedades Gerais
◼ Como o cristal deve ser eletronicamente neutro todas as
cargas positivas devem ser contrabalançadas com um
número igual de cargas negativas
Ex: CaF2 A relação deve ser de um átomo de Ca
para dois de F pois:
◼ Carga do Ca: +2
◼ Carga do F= -1
Propriedades Gerais
ESTRUTURAS CRISTALINAS DAS CERÂMICAS
A extrema fragilidade e 
dureza dos cerâmicos vem 
da natureza das suas 
ligações atómicas iônicas 
ou covalentes
As estruturas cristalinas, 
quando presentes,são 
extremamente complexas
Exemplo: O óxido de Silício 
(SiO2) pode ter três formas 
cristalinas distintas: 
quartzo, cristobalite e 
tridimite
O caráter iônico, ou covalente, define, em parte, o tipo de estrutura cristalina que o material cerâmico
exibirá. Quando o caráter iônico é predominante, os seguintes fatores são importantes na definição da
sua estrutura cristalina:
A razão entre os raios do cátion (rC) e do ânion (rA);
Balanço de cargas:⊕ =⊖.
Propriedades Gerais
ESTRUTURAS CRISTALINAS DAS CERÂMICAS
ESTRUTURAS CRISTALINAS DAS CERÂMICAS
ESTRUTURAS CRISTALINAS DAS CERÂMICAS
ESTRUTURAS CRISTALINAS DAS CERÂMICAS
Propriedades Cerâmicas Cristalinas
Na cerâmica cristalina, a microestrutura pode ser composta de vários cristais com orientações e tamanhos
diferentes, ou os eixos cristalográficos dos grãos podem apresentar uma orientação preferencial dando origem a
uma textura.
Os contornos dos grãos são mais complicados do que aqueles dos metais, pois, pode existir fases vítreas.
A microestrutura é definida por:
Forma e arranjo de grãos ou fases.
Tamanho e fração em volume dos poros presentes.
Propriedades
Propriedades Cerâmicas Amorfas
Não há uma estrutura cristalina regular, ou seja, com os átomos dispostos de forma periódica, com a ordem de
longo alcance.
Apresentam ordem de curto alcance, cuja distância depende do(s) átomo(s) de sua estrutura química.
Não existe simetria translacional.
Os principais representantes desta categoria são os vidros que podem ser obtidos por diferentes processos.
Propriedades
◼ Densidade: 2-3 g/cm3
◼ Embora os materiais cerâmicos sejam em geral isolantes de
calor e eletricidade, há uma classe de materiais cerâmicos que
são supercondutores
◼ A dilatação térmica é baixa comparada com metais e polímeros
◼ Apresentam baixa resistência ao impacto
◼ São duros e frágeis em relação à tração (~17 kgf/mm2)
◼ São resistentes em relação à compressão
◼ Têm alta dureza e alta resistência ao desgaste
Propriedades
COMPORTAMENTO MECÂNICO 
DE CERÂMICOS E VIDROS
COMPORTAMENTO FRÁGIL
• Característica típica dos 
cerâmicos: melhor resistência 
em compressão que em tração.
• Comportamento partilhado por 
ferros fundidos
Al2O3 policristalina
• Ensaio de tração é difícil de 
fazer e dá dispersão de 
resultados muito grande
• Fazem-se ensaios de flexão!
Propriedades
COMPORTAMENTO MECÂNICO 
DE CERÂMICOS E VIDROS
Propriedades
COMPORTAMENTO TÉRMICO
VIDRO-CERÂMICOSCRISTALINOS AMORFOS (VIDROS)
Incluem os cerâmicos à 
base de Silicatos, 
Óxidos, Carbonetos e 
Nitretos
Em geral com a mesma 
composição dos 
cristalinos, diferindo no 
processamento
Formados inicialmente 
como amorfos e 
tratados termicamente
O Silício e o Oxigênio 
formam cerca de 75% 
da crosta terrestre, 
sendo materiais de 
ocorrência comum na 
natureza e de baixo 
custo !
Os cerâmicos avançados
são baseados em óxidos, 
carbonetos e nitretos 
com elevados graus de 
pureza
Classificação
Classificação
• De acordo com a ABCeram, dese ser adotada a seguinte classificação:
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. As lajotas
muitas vezes são enquadradas neste grupo porém o mais correto é em Materiais de
Revestimento.
Materiais de Revestimento (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.
Classificação
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 e
que eram assim agrupados pela cor branca da massa, necessária por razões estéticas
e/ou técnicas.
Dessa forma é mais adequado subdividir este grupo em:
• louça sanitária;
• louça de mesa
• isoladores elétricos para alta e baixa tensão
• cerâmica artística (decorativa e utilitária).
• cerâmica técnica para fins diversos, tais como: químico, elétrico, térmico e
mecânico.
Classificação
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, que em geral envolvem esforços mecânicos, ataques
químicos, variações bruscas de temperatura e outras solicitações.
Para suportar estas solicitações e em função da natureza das mesmas, foram
desenvolvidos inúmeros tipos de produtos, a partir de diferentes matérias-primas ou
mistura destas.
Dessa forma, podemos classificar os produtos refratários quanto a matéria-prima ou
componente químico principal em: sílica, sílico-aluminoso, aluminoso, mulita,
magnesianocromítico, cromítico-magnesiano,carbeto de silício, grafita, carbono,
zircônia, zirconita, espinélio e outros.
Classificação
Isolantes Térmicos
Os produtos deste segmento podem ser classificados em:
a) refratários isolantes que se enquadram no segmento de refratários,
b) isolantes térmicos não refratários, compreendendo produtos como vermiculita
expandida, sílica diatomácea, diatomito, 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 1100ºC e
c) fibras ou lãs cerâmicas que apresentam características físicas semelhantes as
citadas no item b), porém apresentam composições tais como sílica, silica-alumina,
alumina e zircônia, que dependendo do tipo, podem chegar a temperaturas de
utilização de 2000ºC ou mais.
Classificação
Fritas e Corantes
Estes dois produtos são importantes matérias-primas para diversos segmentos
cerâmicos que requerem determinados acabamentos. Frita (ou vidrado fritado) é um
vidro moído, fabricado por indústrias especializadas a partir da fusão da mistura de
diferentes matérias-primas. É aplicado na superfície do corpo cerâmico que, após a
queima, adquire aspecto vítreo. Este acabamento tem por finalidade aprimorar a
estética, tornar a peça impermeável, aumentar a resistência mecânica.
Corantes constituem-se de óxidos puros ou pigmentos inorgânicos sintéticos obtidos
a partir da mistura de óxidos ou de seus compostos. Os pigmentos são fabricados
por empresas especializadas, inclusive por muitas das que produzem fritas, cuja
obtenção envolve a mistura das matérias-primas, calcinação e moagem. Os corantes
são adicionados aos esmaltes (vidrados) ou aos corpos cerâmicos para conferir-lhes
colorações das mais diversas tonalidades e efeitos especiais.
Classificação
Abrasivos
Parte da indústria de abrasivos, por utilizarem matérias-primas 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.
Classificação
Cerâmica de Alta Tecnologia/Cerâmica Avançada
Tais materiais passaram a ser desenvolvidos a partir de matérias-primas sintéticas de
altíssima pureza e por meio de processos rigorosamente controlados. Estes produtos,
que podem apresentar os mais diferentes formatos, são fabricados pelo chamado
segmento cerâmico de alta tecnologia ou cerâmica avançada.
Eles são classificados, de acordo com suas funções, em: eletroeletrônicos,
magnéticos, ópticos, químicos, térmicos, mecânicos, biológicos e nucleares.
Os produtos deste segmento são de uso intenso e a cada dia tende a se ampliar.
Como alguns exemplos, podemos citar: naves espaciais, satélites, usinas nucleares,
materiais para implantes em seres humanos, aparelhos de som e de vídeo, suporte de
catalisadores para automóveis, sensores (umidade, gases e outros), ferramentas de
corte, brinquedos, acendedor de fogão, etc.
Classificação
A Classificação se concentra na aplicação dos produtos acabados. Porém, a melhor
maneira de classificar os materiais cerâmicos é basear-se na origem das matérias-
primas.
Com isso, conseguimos englobar tudo em basicamente dois grupos:
Cerâmicas tradicionais: os produtos finais são obtivos por meio de
matérias –primas naturais, ou seja, extraídas da natureza.
Cerâmicas avançadas: os produtos obtidos baseiam-se no uso de matérias-
primas sintetizadas a partir de matériais-primas naturais ou reagents químicos com
elevados graus de pureza.
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Agalmatolito
Trata-se de rochas dúcteis e inertes e de granulometria fina, ricas em alumínio,
pirofilita e moscovita, em associação de minerais como: sericita, quartzo, cianita,
andaluzita, diásporo e feldspato.
Os agalmatolitos contendo pirofilita, diásporo e cianita caracterizam os tipos mais
refratários e os contendo sericita ou mica moscovita finamente dividida, os de
menor ponto de fusão.
Aplicações: Fabricação de fritas, esmaltes(vidrados), tintas serigráficas e na
composição de algumas massas.
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Andalusita - Cianita – Silimanita
Estes três silicatos de alumínio têm a mesma fórmula química Al2O3-SiO2,
correspondendo a um teor teórico em óxido de alumínio de 62,7% e em sílica de
37,3%. Os três minerais diferem pela estrutura cristalina e pelo comportamento
térmico.
• Aplicações: Fabricação de refratários aluminosos e também para a produção de
alguns tipos de porcelana.
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Argila
Argila é um material natural, de textura terrosa, de granulação fina, constituída essencialmente de argilominerais, podendo
conter outros minerais que não são argilominerais (quartzo, mica, pirita, hematita, etc), matéria orgânica e outras impurezas.
Os argilominerais são os minerais característicos das argilas; quimicamente são silicatos de alumínio ou magnésio
hidratados, contendo em certos tipos outros elementos como ferro, potássio, lítio e outros.
Como exemplo, argilas constituídas essencialmente pelobargilomineral caulinita são as mais refratárias, pois são
constituídas essencialmente de sílica(SiO2) e alumina (Al2O3), enquanto que os outros, devido à presença de potássio, ferro
e outros elementos, têm a refratariedade sensivelmente reduzida. A presença de outros minerais, muitas vezes considerados
como impurezas, pode afetar substancialmente as características de uma argila para uma dada aplicação; daí a razão, para
muitas aplicações, de se eliminar por processos físicos os minerais indesejáveis. Processo este chamado de beneficiamento.
Aplicações: As argilas apresentam uma enorme gama de aplicações, tanto na área de cerâmica como em outras áreas
tecnológicas. Pode-se dizer que em quase todos os segmentos de cerâmica tradicional a argila constitui total ou parcialmente
a composição das massas. De um modo geral, as argilas que são mais adequadas à fabricação dos produtos de cerâmica
vermelha apresentam em sua constituição os argilominerais ilita, de camadas mistas ilita-montmorilonita e clorita-
montmorilonita, além de caulinita, pequenos teores de montmorilonita e compostos de ferro. As argilas para cerâmica
branca são semelhantes às empregadas na indústria de refratários; sendo que para algumas aplicações a maior restrição é a
presença de ferro e para outras, dependendo do tipo de massa, além do ferro a gibbsita. No caso de materiais de
revestimento são empregadas argilas semelhentes àquelas utilizadas para a produção de cerâmica vermelha ou as
empregadas para cerâmica branca e materiais refratários.
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Bauxito
Bauxito é um material heterogêneo composto principalmente de minerais de hidróxido de alumínio, gibbsita (Al2O3.3H2O), diásproro
(Al2O3.H2O) e boemita (Al2O3.H2O). As impurezas mais comuns presentes nos depósitos de bauxitos são óxidos de ferro, silicatos de
alumínio (argila e outros) e titânia.
A composição dos bauxitos é variável, assim por exemplo os bauxitos europeus são constituídos predominantemente de diásporo e boemita
com teores elevados de ferro, enquanto que os da América do Sul são compostos principalmente de gibbsita e teores mais baixos de óxidos
de ferro.
Aplicações: O bauxito é uma importante matéria-prima para obtenção de alumina (óxido de alumínio), que é indispensável para a produção
de alumínio metálico, alguns compostos químicos, grãos abrasivos, materiais refratários e outros produtos cerâmicos.
Abaixo são dados exemplos de produtos obtidos de composições constituídas, total ou parcialmente, de bauxito:
•hidroxido de alumínio, alumina calcinada e sulfato de alumínio,
•cimento aluminoso,
•grãos eletrofundidos marrons destinados a indústria de abrasivos (lixas, rebolos, etc) e de materiais refratários,
•mulita sintética escura
•materiais refratários. Neste casoos bauxitos devem ter baixos teores de ferro e sílica e são utilizados após calcinação na faixa de 1450ºC a
1800ºC.
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Calcita
A calcita é um carbonato de cálcio (CaCO3), correspondendo a um teor teórico de 54,5% de CaO e 45,5% de CO2.
Aplicações:
• em massas calcárias em teores de até 30%. Apesar de proporcionar corpos de elevada porosidade e portanto baixa
resistência mecânica, tem a vantagem de apresentar corpos de baixa contração linear na queima, o que é conveniente
para muitas aplicações;
• em pequenas quantidades (até 3%), como fundente auxiliar e para minimizar o problema de trincas; em massas para
produção de corpos vítreos e semivítreos;
• na composição de fritas e esmaltes (vidrados);
• na fabricação de cimento aluminoso.
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Cromita
Cromita é um minério de cromo, de composição bastante complexa, constituída por uma série de minerais do grupo
dos Espinélios, tais como: cromita (FeO.Cr2O3), picrocromita (MgO.Cr2O3), espinélio (MgO.Al2O3),
magnesioferrita (MgO.Fe2O3), magnetita (FeO.Fe2O3), etc, que pode conter impurezas de serpentina e do grupo das
olivinas.
Aplicações: A cromita é empregada principalmente na fabricação de refratários magnesianos-cromíticos e
cromíticos-magnesianos e em escala pequena, para a produção de refratário de cromita.
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Dolomita
É o carbonato duplo de cálcio e magnésio, (CaCO3.MgCO3), correspondendo a um teor teórico de cerca de 54,5%
de carbonato de cálcio e 45,5% de carbonato de magnésio.
Aplicações:
•em massas calcárias em teores de até 30%, tendo comportamento semelhante ao da calcita;
•na fabricação de materiais refratários, isolada ou em mistura com a magnésia;
•na composição de fritas e esmaltes (vidrados)
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Feldspato
O termo feldspato cobre uma série de alumino-silicatos alcalinos ou alcalinos terrosos. Os feldspatos naturais são
normalmente uma mistura em diversas proporções de alumino-silicatos de potássio, de sódio, de cálcio, de lítio e
ocasionalmente de bário e de césio.
Para a indústria cerâmica os feldspatos de maior importância são o patássico (K2O.Al2O3.6SiO2) e o sódico (Na2O
.Al2O3. 6SiO2), por terem temperatura de fusão relativamente baixa e assim sendo empregados como geradores de
“massa vítrea” nas massas cerâmicas e nos vidrados. No entanto eles dificilmente são encontrados puros, em geral se
apresentam em mistura, podendo também estar associados a outras impurezas.
Aplicações: Fabricação de vidro, fritas, esmaltes(vidrados), placas cerâmicas, isoladores elétricos de porcelana, louça
de mesa e louça sanitária.
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Grafita
A Grafita é formada de carbono cristalizado e apresenta-se sob a forma de palhetas brilhantes (grafita lamelar) ou em
partículas sem brilho, denominada de grafita amorfa. A grafita encontra-se, normalmente, associada a impurezas, tais
como quartzo, feldspato e mica ou dos seus produtos de alteração. Para sua utilização industrial é necessário
concentrar o minério, classificá-lo e, para algumas aplicações, melhorar a pureza do concentrado.
Aplicações: Em cerâmica é utilizada principalmente no segmento de refratários para confecção de cadinhos,
válvulas, tampões e em teores menores na confecção de inúmeros produtos, entre eles, magnésia-carbono e alumina-
carbeto de silício-carbono.
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Magnesita
A magnesita é o carbonato de magnésio (MgCO3), cuja composição química teórica é 47,7% de MgO e 52,3% de
CO2.
Aplicações: Na fabricação de materiais refratários, após ser submetida à calcinação em elevadas temperaturas ou à
eletrofusão, quando se obtém o sinter ou grãos eletrofundidos de magnésia (MgO). A partir deles são obtidos
inúmeros produtos como: magnesianos, magnesianos-cromíticos, cromíticos-magnesianos, magnésia-carbono,
espinélio, entre outros e diversos tipos de massas.
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Quartzo
O quartzo é uma das formas cristalinas da sílica (SiO2), sendo as outras duas a cristobalita e a tridimita. Ele cristaliza no sistema hexagonal,
apresenta densidade 2,65g/cm3, dureza 7 e ponto de fusão da ordem de 1.720ºC.
O quartzo é estável abaixo de 870ºC, apresentando-se em variedades cristalinas como quartzo hialino, ametista, quartzo leitoso, esfumaçado,
etc. São variedades criptocristalinas a calcedônia, o silex, a ágata, o jaspe, etc.
Areia é o produto da deposição dos resíduos de desagregação, apresentando partículas de dimensões de 2 a 0,06 mm, sendo composto
principalmente por grãos de quartzo.
Arenito é a rocha formada pela compactação de sedimentos arenosos e quartzito é a rocha de composição semelhante, que sofreu
metaformismo, tendo sido os grãos originais ligados por material cristalino, resultando em rocha mais compacta que o arenito.
A cristobalita e a tridimita são raras na natureza, no entanto podem ser obtidas pelo tratamento térmico do quartzo, em temperaturas elevadas
e sob condições especiais.
Aplicações:
• em massas de cerâmica branca e de materiais de revestimento, sendo um dos componentes fundamentais para controle da dilatação e para
ajuste da viscosidade da fase líquida formada durante a queima, além de facilitar a secagem e a liberação dos gases durante a queima,
• na fabricação de isolantes térmicos
• em composições de vidro e esmaltes (vidrados)
• na fabricação de materiais refratários
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Talco
Talco é um silicato de magnésio hidratado cuja fórmula é 3MgO.4SiO2.H2O, correspondendo a 31,8% de
MgO, 63,5% de SiO2 e 4,7% de H2O.
Aplicações:
• Como constituinte principal (60% a 90%) em massas para a fabricação de isoladores elétricos de alta
frequência. Este tipo de corpo é conhecido como esteatita.
• Na composição de massas cordieríticas, que tem como característica principal o baixo coeficiente de
dilatação térmica.
• Em quantidades de até 15%, em massas de corpos porosos para melhorar a resistência mecânica e
reduzir as trincas devido a absorção de umidade.
• Como fundente, substituindo parcialmente o feldspato em massas para a fabricação de corpos
semivítreos e vítreos.
• Na composição de esmaltes (vidrados).
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Wollastonita
É um silicato de cálcio fibroso, cuja fórmula é SiO2.CaO, correspondendo a 51,7% de SiO2 e 48,3% de CaO.
Aplicações: Empregada principalmente na área de materiais de revestimentos, sendo uma matéria-prima particularmente
interessante para obtenção de produtos por monoqueima, pois contribui para a melhoria da resistência mecânica do suporte,
para a diminuição da contração de queima e também para a redução do ciclo de queima.
A wollastonita comporta-se no material cru como inerte, na queima (980ºC a 1050ºC) como fundente, enquanto que no
resfriamento não apresenta os inconvenientes do quartzo, isto é, as sensíveis reduções volumétricas, devido as
transformações do mesmo.
Outras características interessantes de corpos cerâmicos obtidos a partir de massas a base de wollastonita são: a baixa
dilatação térmica, brilho, superfície lisa e mínima tendência a expansão.
A wollastonita é também utilizada na formulação de esmaltes (vidrados) em teores de 5% a 20%, melhorando o intervalo de
fusão e o brilho
Cerâmicas Tradicionais
Matérias-primas Naturais:
Zirconita
A zirconita, também denominada de zircão, é um silicato de zircônio (ZrO2.SiO2),
correspondendo a um teor teórico de 67% de ZrO2 e 33% SiO2. A zirconita em geral ocorre
associada a outros minerais pesados, tais como: rutilo, ilmenita, monazita e outros; portanto
sendo necessária a sua concentração e purificação para emprego em cerâmica. A zirconita
quando submetida a temperaturas elevadas, na faixa de 1500ºC a 1600ºC, se decompõe em
óxido de zircônio e sílica.
Aplicações: Fabricação de materiais refratários e esmaltes (vidrados). Além disso, ela éa
principal fonte para obtenção do óxido de zircônio.
Cerâmicas Avançadas
Matérias-primas Sintéticas:
Alumina
A palavra alumina apesar de ser um termo químico específico para definir o óxido de alumínio (Al2O3), na
prática comercial existe uma grande variedade de tipos de alumina que recebem uma série de adjetivos, tais
como calcinada, baixa soda, hidratada, gama, tabular, eletrofundida e outras.
A base para a produção dessas aluminas é principalmente o processo Bayer, que consiste resumidamente:
• no tratamento do bauxito com hidróxido de sódio em tanques pressurizados e aquecidos a 145ºC (digestores),
resultando uma solução de aluminato de sódio e uma lama vermelha insolúvel, onde se concentram as
impurezas.
• a lama vermelha é decantada e filtrada e a solução de aluminato de sódio é nucleada com cristais de gibbsita e
resfriada, obtendo dessa forma a gibbsita (Al2O3.3H2O).
• A gibbsita é calcinada em fornos rotativos à temperatura de aproximadamente 1000ºC.
Grande parte da alumina produzida pelo processo Bayer destina-se à produção de alumínio metálico. Esta
alumina é constituída de óxido de alumínio alfa, algumas fases de transição e um pouco de gibbsita; sua
aplicação em cerâmica é restrita.
Cerâmicas Avançadas
Matérias-primas Sintéticas:
Alumina Calcinada
Para produção de alumina para cerâmica há necessidade de se introduzir algumas modificações no
processo Bayer e no tratamento térmico, (temperaturas que variam de 1250ºC a 1500ºC), visando
principalmente reduzir o teor de Na2O e controlar o tamanho e forma dos cristais que tem influência
sobre as propriedades finais do produto cerâmico. Dessa forma são obtidos inúmeros tipos de óxidos de
alumínio, cada um com determinadas características e campo de aplicações.
Aplicações: São empregadas para fabricação de refratários, fibras cerâmicas e de inúmeros produtos
classificados como cerâmica técnica, tais como: isoladores elétricos de porcelanas, placas para
revestimento de moinhos e silos, elementos moedores (esferas e cilindros), guiafios para a indústria têxtil,
camisas e pistões de bombas, bicos de pulverização agrícola, tubos de proteção de termopar, selos
mecânicos, parte cerâmica da vela de ignição, substratos para microeletrônica e outras. No caso de
aplicações que exigem aluminas isentas de impurezas, granulometria extremamente fina, tamanho e
forma de grãos rigorosamente controlados, utilizam-se outras aluminas, obtidas por processos químicos
não convencionais. Exemplos de aplicações: tubos de alumina translúcida para lâmpada de vapor de
sódio, peças para implantes, etc.
Cerâmicas Avançadas
Matérias-primas Sintéticas:
Carbeto de Silício
O carbeto de silício (SiC), é um produto sintético, cuja preparação em escala industrial foi conseguida pela primeira vez por Acheson, em
1981, pelo aquecimento de areia e coque em forno elétrico.
O processo de fabricação do carbeto de silício é essencialmente o mesmo até o presente. Emprega-se areia silicosa, tanto quanto possível
pura (o teor de SiO2 não deve ser inferior a 97%) e coque de petróleo, em proporção estequiométrica com um ligeiro excesso de carbono.
Adiciona-se ainda cerca de 10% de serragem para facilitar a liberação do monóxido de carbono produzido durante a reação; e também,
aproximadamente 2% de cloreto de sódio, a fim de eliminar parte das impurezas sob a forma de cloretos metálicos voláteis.
A mistura é colocada num forno de formato retangular, sendo que a mesma fica disposta ao redor de um eletrodo de grafita e em seguida,
levada a uma temperatura superior a 2000ºC durante aproximadamente 36 horas, cuja reação principal efetua-se da seguinte maneira:
1) SiO2 + 2C Si vapor + 2CO
2) Si vapor + C SiC
Ao redor do eletrodo origina-se o carbeto de silício na forma de grandes cristais e sobre o qual se depositam, na zona mais fria do forno
(abaixo de 2000ºC), camadas de estruturas diferentes, tais como: SiC amorfo e uma crosta constituída por materiais que não reagiram. O
carbeto de silício é constituído de 96 a 99% de SiC, o restante sendo silício, sílica livre, carbono livre, assim como, óxido de cálcio, de ferro
e de alumínio. Existe duas variedades de carbeto de silício:
• o carbeto de silício formado a baixas temperaturas é o SiC-Beta, que cristaliza no sistema cúbico.
• o carbeto de silício formado a altas temperaturas é o SiC-alfa, que cristaliza nos sistemas hexagonal e rômbico.
Aplicações: Em razão de sua grande dureza (9,0 a 9,5 na escala de Mohs) e de sua boa condutibilidade, térmica e elétrica, o carbeto de silício
é utilizado em grande escala para a fabricação de abrasivos, de elementos de aquecimento para fornos elétricos e de produtos para indústria
de refratários.
Cerâmicas Avançadas
Matérias-primas Sintéticas:
Cimentos Aluminosos
Os cimentos aluminosos são ligantes hidráulicos, cujo componente principal é o aluminato de cálcio. Estes cimentos são fabricados a partir
de misturas de calcários com bauxitos ou com alumina, de forma a se obter cimentos com teores de óxido de alumínio na faixa de 40% a
80%.
Estes produtos podem ser obtidos por dois processos, fusão ou sinterização:
• no processo de fusão as matérias-primas são moídas, dosadas e levadas ao forno para fusão. O material fundido é descarregado em
lingoteiras e resfriado.
• no processo de sinterização as matérias-primas são secas, dosadas e moídas em moinho de bolas até uma granulometria próxima ao do
cimento. Em seguida este pó é pelotizado, calcinado em fornos rotativos e resfriado, obtendo-se o clinquer.
• O clinquer de ambos os processos é britado e moído até a granulometria desejada, obtendo-se dessa forma o cimento.
Aplicações: Os cimentos aluminosos são semelhantes aos cimentos Portland usados na construção civil, em cuja composição predomina o
silicato de cálcio. No entanto, para suportar as condições a que são submetidas as construções refratárias nos processos industriais somente
os cimentos aluminosos são adequados. Estes são sempre utilizados em mistura com agregados refratários para obtenção dos concretos.
Cerâmicas Avançadas
Matérias-primas Sintéticas:
Magnésia
É uma importante matéria-prima para a indústria de refratários, sendo usada na forma de sinter e de grãos eletrofundidos. As principais
fontes para obtenção destes materiais é a magnesita natural (MgCO3) e o óxido de magnésio obtido de água do mar ou salmoura pela
precipitação do hidróxido de magnésio. Estas matérias-primas para serem empregadas na fabricação de refratários, necessitam sofrer um
tratamento térmico em elevadas temperaturas para minimizar o problema de hidratação do óxido de magnésio e melhorar outras
características.
Quando se aquece a magnesita, a aproximadamente 700ºC, ela se decompõe com desprendimento de CO2, obtendo-se a magnésia cáustica
(MgO). Esta magnésia se hidrata e se carbonata facilmente. Aquecida em temperaturas mais elevadas ela apresenta uma grande contração e
sua reatividade à água e ao dióxido de carbono diminuem. A partir de 1.450ºC e mesmo antes, formam-se pequenos cristais
submicroscópicos de magnésia cristalina, denominados de periclásio. Quanto mais elevada for a temperatura, maiores serão os cristais e,
como consequência, maior será a resistência à hidratação. A essa magnésia dá-se o nome de magnésia calcinada a morte, cujo cristal deve
apresentar um diâmetro superior a 30 m.
No caso do hidróxido de magnésio o mesmo ocorre, apenas diferindo a temperatura de decomposição.
O tratamento térmico é feito em temperaturas superiores a 1.700ºC, em fornos rotativos ou verticais, por processo de monoqueima ou de
dupla queima. Este é empregado para matérias-primas mais puras, que são calcinadas primeiramente em forno de 900º C, em seguida
briquetadas em temperatura da ordem de 2.000ºC ou mais.
A produção de grãos eletrofundidos é feita em fornos elétricos a arco a partir do sinter.
Aplicações: A magnésia na forma de sinter e grãos eletrofundidos constitui-se, também, numa importante matéria-prima para obtenção de
outros materiais sintéticos, como sinter e grãos eletrofundidosde espinélia, sinter e grãos eletrofundidos de magnésia-cromita e outros.
Os produtos a base de magnésia, em suas várias formas e composições, têm inúmeras aplicações e em diversos setores, tais como siderurgia,
cobre, cal, cimento e vidro.
Cerâmicas Avançadas
Matérias-primas Sintéticas:
Óxido de Zinco
Existem alguns porcessos para obtenção do Óxido de Zinco, entre os quais o que é obtido através da
volatilização do Zinco metálico.
O metal Zinco (99,995% mim.) provém de sucessivos processos de beneficiamento de seus minérios (Ex:
esfalerita (ZnS), smithsonita (ZnCO3), calamina (2ZnO.SiO.Si2.H2O) e willenita (2ZnO.SiO3) e
hidrometalurgia (ustulação, purificação e eletrólise).
Em síntese o processo consiste na redução do Zn metálico que ocorre a altas temperaturas através da reação
com o oxigênio presente na atmosfera. Este é captado por um sistema de exaustão e purificado por filtros
especiais, homogeneizado e embalado.
O óxido de zinco assim obtido pode atingir a pureza da ordem de 99,9%.
Aplicações:
• em composições de esmaltes (vidrados) e pigmentos cerâmicos
• fabricação de varistores, empregados como componentes de pára-raios.
Vidros
Operacional: Um vidro é um sólido obtido pelo resfriamento de uma fase líquida (super resfriada). Ou seja, quando
um líquido solidifica sem cristalizar.
Estrutural: Um vidro é um sólido não cristalino. 
Estrutural mais ampla: Um vidro é um sólido não cristalino exibindo o fenômeno da transição vítrea. 
Transição vítrea (Tg): é uma transição reversível na qual um material fundido (líquido) super resfriado produz uma 
estrutura vítrea no resfriamento. 
Vidros
Vidros silicato soda-cal
• São os mais antigos, mais baratos e mais utilizados
• São de fácil conformação
• Podem ser usados até temperaturas de 460°C no estado recozido e até 250°C no 
estado temperado
Aplicações:
• Janelas, garrafas, copos,etc.
Vidros
Vidros silicato de chumbo ou vidro-chumbo
Sob denominação errônea comercial de “cristal’’
• Têm alta resistividade elétrica
• Custo relativamente baixo
Aplicações:
• Tubulações de sinalização de neônio, diversos componentes ópticos, etc.
Vidros
Vidros aluminossilicato
• São de custo elevado
• Apresentam boa resistência a temperaturas relativamente elevadas e boa resistência ao 
choque térmico
• Boa resistência à produtos químicos
Aplicações:
• Termômetros para altas temperaturas, tubos de combustão, utensílios para empregos 
em fornos de cozinhar,…
Vidros
Vidros sílica fundida
• São constituídos 100% de sílica 
• São muito puros e um dos mais transparentes
• São os mais resistentes à temperatura (resistem até 1260°C)
• Possuem excelente resistência ao choque térmico e à ação de agentes químicos
• São de custo elevado e de conformação difícil
Aplicações:
• Especiais como sistemas ópticos de laboratório, instrumentos para laboratório de 
pesquisa
Vidros
Vidros sílica fundida
• São constituídos 100% de sílica 
• São muito puros e um dos mais transparentes
• São os mais resistentes à temperatura (resistem até 1260°C)
• Possuem excelente resistência ao choque térmico e à ação de agentes químicos
• São de custo elevado e de conformação difícil
Aplicações:
• Especiais como sistemas ópticos de laboratório, instrumentos para laboratório de 
pesquisa
Reciclagem
Aplicações
Processamento de Materiais Cerâmicos
• Um dos aspectos que define o processamento dos materiais cerâmicos é a
temperatura de processamento das matérias primas que são muito altas.
• A falta de plasticidade é outro aspecto que direciona o tipo de processo para um
determinado produto cerâmico.
• Devido a estas características, grande parte das cerâmicas é fabricada a partir de
pós prensados e queimados a altas temperaturas.
• As cerâmicas vítreas permitem outras alternativas (fusão).
• A argila úmida é hidroplástica, permitindo que seja conformada por meio de
técnicas simples. Quando a argila é seca e queimada, forma-se uma fase vítrea,
espalhando-se em torno das fases formadas, ligando-as.
Processamento de Materiais Cerâmicos
• Grande parte dos cerâmicos é produzida a partir de pastas plásticas ou
consolidação de pós cerâmicos.
• A conformação pode ser feita por: prensagem, torneamento, moldagem,
laminação, extrusão, injeção, colagem e sopro.
• A consolidação dos componentes granulados pode realizar-se em fase sólida ou
em fase sólida e líquida. A porosidade residual das peças é posteriormente
reduzida por sinterização a altas temperaturas ou, em certos casos, a altas
temperaturas e pressões.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Tratamento Térmico
• É muito importante, pois dele dependem o desenvolvimento das propriedades finais destes produtos. Eles são:
• Secagem: Após a etapa de formação, as peças em geral continuam a conter água, proveniente da preparação
da massa. Para evitar tensões e, consequentemente, defeitos nas peças, é necessário eliminar essa água, de
forma lenta e gradual, em secadores intermitentes ou contínuos, a temperaturas variáveis entre 50ºC e 150ºC.
• Queima: É realizada após a secagem, cuja função é a de reduzir a umidade, prevenindo o excesso de água na
peça e as consequentes trincas provocadas pelo surgimento de bolhas de vapor. Desta forma, as peças são
levadas para fornos contínuos ou intermitentes e submetidas a um tratamento térmico entre 800ºC e 1700ºC.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Preparo da Matéria-prima
• As matérias-primas naturais são usadas nas cerâmicas tradicionais. Após a mineração, os materiais devem ser
beneficiados: desagregados ou moídos, classificados de acordo com a granulometria e, as vezes, também
purificadas.
• As matérias-primas sintéticas geralmente são fornecidas prontas para uso, necessitando apenas, em alguns
casos, de um ajuste de granulometria.
• Os materiais cerâmicos geralmente são fabricados a partir da composição de duas ou mais matérias-primas,
além de aditivos e água ou outro meio.
• Os diferentes tipos de massas são preparados de acordo com a técnica a ser empregada para dar forma às
peças e podem ser:
• Suspensão (barbotina) para obtenção de peças em moldes de gesso ou resinas porosas;
• Massas secas ou semi secas, na forma granulada, para obtenção de peças por prensagem;
• Massas plásticas, para obtenção de peças por extrusão, seguida ou não de torneamento ou prensagem.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Colagem
• Uma suspensão (barbotina) é vazada num molde de gesso, onde permanece até que a água seja absorvida pelo
gesso; enquanto isso, as partículas sólidas vão se acomodando na superfície do molde, formando a parede da
peça.
• O produto apresentará uma configuração externa que reproduz a forma interna do molde de gesso.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Prensagem
• Utiliza-se sempre que possível massas granuladas e com baixo de teor de umidade.
Tipos de prensa utilizados:
• Uniaxial: são carregadas com um volume pré -ajustado de massa cerâmica, na qual é aplicada uma pressão
(geralmente de cima para abaixo) por pistões, dirigidos pela ação de um dispositivo mecânico e ajudados por
volantes;
• Isostática: promove uma prensagem uniforme em toda a superfície, exigida em alguns produtos de alta
qualidade com densidade uniforme. Os moldes da borracha são enchidos com a massa cerâmica que, em
seguida, é submetida a uma pressão isostática elevada, moldando o objeto.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Extrusão
• A massa plástica é colocada numa extrusora onde é compactada e forçada por um pistão, ou eixo helicoidal,
através de um bocal com determinado formato, seguindo-se o corte do extrudado.
• Obtem-se desse modo peças como tijolos vazados, blocos, tubos e outros produtos de formato regular.
• A extrusão pode ser uma etapa intermediária do processode formação, seguindo-se, uma prensagem como é
no caso da maioria das telhas, ou o torneamento, como no caso dos isoladores elétricos, xícaras e pratos, etc.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Torneamento
• Em geral, é uma etapa posterior à extrusão, realizada em tornos mecânicos ou manuais, onde a peça adquire
seu formato final.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Torneamento
• Em geral, é uma etapa posterior à extrusão, realizada em tornos mecânicos ou manuais, onde a peça adquire
seu formato final.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Processamento de Cerâmicas Vítreas
Os vidros a temperatura ambiente apresentam alta viscosidade
(ƞ). Como ela muda com a temperatura, são definidas pontos na
correlação viscosidade versus temperatura que são usados para se
trabalhar esse material.
• Ponto de deformação (Strain Point) abaixo desta temperatura o
vidro adquire comportamento frágil: ƞ = 3x1014 Poise
• Ponto de recozimento (Annealing Point) as tensões residuais
surgidas na conformação podem ser eliminadas: ƞ = 1013
Poise
• Ponto de amolecimento (Softening Point) ƞ = 4x107 Poise
• Ponto de trabalho (Working Point) O vidro líquido pode ser
facilmente deformado (ou seja, conformado): ƞ = 104 Poise
Abaixo de ƞ = 100 Poise, o vidro pode ser considerado um
líquido.
Processamento de Cerâmicas Vítreas
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Produção de vidros planos
• De um modo geral, a produção de vidros planos é realizada através do processo “float glass” (como óleo em
água); requer baixa viscosidade.
• A lamina de vidro formada na superfície de estanho resfria lentamente a medida que se move ao longo do
banho em uma atmosfera controlada.
• Uma vez endurecido, ele sai do banho e passa através de um forno de recozimento para eliminar a tensão
residual.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Produção de placas de vidros
• A produção de vidros planos pode ser também realizada através do processo de laminação em que o vidro
fundido passa através de dois rolos circulantes; é um processo que requer alta viscosidade.
• A lamina de vidro formada apresenta qualidade inferior ao do processo de banho flutuante.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Produção de garrafas e recipientes
• O processo de obtenção de vasilhames é o de moldagem por sopro. Neste caso, o vidro é colocado no molde e
forçado a adquirir a sua forma através da aplicação de alta pressão gasosa; o processo requer baixa
viscosidade.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Têmpera
• Este processo melhora significativamente a resistência do vidro, ao mesmo tempo que altera as suas
características de quebra.
• O aumento da resistência é conseguido pelo desenvolvimento intencional de tensões superficiais, residuais, de
compressão.
• Neste processo, o vidro é aquecido até T>Tg e menor que a sua temperatura de amolecimento. Em seguida, o
material é resfriado rapidamente com um fluxo de ar de modo uniforme e controlado até a Tamb.
• Este processo cria um gradiente de temperatura, onde a superfície fica mais fria enquanto o seu interior está
mais quente; ou seja, o processo de resfriamento ocorre com diferentes taxas na superfície e no núcleo
interno.
Processamento de Materiais Cerâmicos Cristalinos
Têmpera
• A superfície exterior se resfria e contrai, enquanto o interior permanece fluido, com a temperatura mais alta
do que aquela da superfície.
• Há uma contração no interior colocando a superfície em um estado de compressão.
• Uma tensão de tração de equilíbrio é desenvolvida no interior da espessura do vidro.
Processamento de Materiais Cerâmicos
Aditivos
Principais
• Ligantes: Conferem plastificação e
resistência a verde após a
conformação.
• Plastificantes: Modificam os
ligantes conferindo maior fluidez
(capacidade de preencher o molde)
• Lubrificantes: Reduzem o atrito
entre partículas e o atrito entre as
partículas e as paredes do molde.
• Outros aditivos:
• Defloculante
• Agente anti-estática
• Estabilizador de espumas
• Fungicida
• Auxiliar de sinterização
• Agente “molhante”
• Agente anti-espumas
• Etc...
Revestimentos Cerâmicos
PVD (Deposição Física de Vapor)
Magnetron Sputtering designa o mecanismo de ejeção de material de uma superfície
(alvo) pelo bombardeamento de partículas com alta energia. O material ejetado se
deposita sobre o substrato e seu suporte, colocados em oposição à superfície
bombardeada. Esta técnica permite a deposição de uma grande variedade de materiais,
incluindo Alumínio, ligas de Alumínio, Platina, Ouro, Titânio, Tungstênio, ligas de
Tungstênio, Molebidênio, Silicio, Oxido de Silício e silicetos.
Revestimentos Cerâmicos
Apresenta uma série de vantagens sobre a evaporação:
a) permite uma deposição uniforme sobre grandes áreas pela utilização de alvos de diâmetro
grande;
b) controle preciso da espessura pelo controle dos parâmetros de processo;
c) controle das propriedades dos filmes como cobertura de degrau e estrutura de grão;
d) limpeza da superfície da amostra por sputtering antes da deposição sem exposição ao ambiente;
e) deposição de multi-camadas com a utilização de alvos múltiplos.
As desvantagens são:
a) alto custo do equipamento;
b) a taxa de deposição de alguns materiais pode ser bastante baixa;
c) alguns materiais degradam pelo bombardeamento de alta energia;
d) como o processo é efetuado em pressões maiores que as utilizadas em evaporações, pode
ocorrer uma incorporação de impurezas ao filme depositado.
Produtos
264925
Cimento 
Portland
130564
Porcelana 
steatite
163261
Porcelana 
eléctrica
----7228
Mulita 
refractária
545-2550-70
Tijolo 
refractário
496Sílica refractária
Outro
s
CaOMgOK2OAl2O3SiO2
Composição (% em peso)
Os cerâmicos cristalinos à base de Silicatos 
não são usados como materiais estruturais 
(não são considerados cerâmicos avançados)
CERÂMICOS CRISTALINOS SEM SILICATOS
NiFe2O4
BaTiO3
ZrO2
UO2
Cr2O3
MgO.Al2O3
MgO
Al2O3
Comp.
Componentes “magnéticos”
Componentes electrónicos
Isolamento térmico (estab. com 10%CaO)
Combustível em reactores nucleares
Revestimentos para resist. ao desgaste
Idem
Resistência ao desgaste
Isolamento térmico e eléctrico
Utilização
Dióxido de urânio
Zircónia (parcial.) estabilizada
Titanato de Bário
Ferrite de Níquel
Óxido de Crómio
Spinel
Magnésia, magnésia 
refractária
Alumina, alumina refractária
Nome comum
BN
B4C
WC
TaC
TiC
Si3N4
SiC
Comp
AbrasivosCarboneto de Boro
IsolamentoNitreto de Boro
Ferramentas de corteCarboneto de Tungsténio
Resistência ao desgasteCarboneto de Tântalo
Resistência ao desgasteCarboneto de Titânio
Resistência ao desgasteNitreto de Silício
AbrasivosCarboneto de Silício
UtilizaçãoNome comum
VIDROS (CERÂMICOS AMORFOS)
Revestimento p/ 
metais
Fibras p/ compósitos
Vidro p/ química
Vidro alta pureza(*)
Utilização
61171660Verniz
Na2O
14
14
5
4
15
2
1
4
Al2O3
3
8
13
B2O3
34
54
73
72
76
100
SiO2
4217Enamel
22Fibra vidro E
10Vidro (conten.)
48Vidro (janelas)
1Borosilicato
Sílica vítrea
PbOZnOK2OMgOCaO
Produtos
Materiais cerâmicos são extremamente duros 
podendo atingir 9,5 na escala Mohs
Produtos
• Ind. Mecânica, elétrica e química
-
NITRETO 
DE SILÍCIO
ALUMINA
SiC
Processamento
Processamento