Tópico 15 - Materiais cerâmicos

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Materiais cerâmicos 
Apresentação
Chamam-se cerâmicas as pedras artificiais cuja obtenção se dá através da moldagem, secagem e 
cozedura de argilas ou das misturas dessas. A principal fonte de matéria-prima das cerâmicas é a 
argila, que fica aglutinada por uma pequena quantidade de vidro oriundo da ação do calor de 
cocção sobre os compostos de argila. 
Nesta Unidade de Aprendizagem você vai conhecer os materiais cerâmicos, suas aplicações e suas 
principais matérias-primas. 
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Definir materiais cerâmicos.•
Listar aplicações dos materiais cerâmicos.•
Elencar as principais matérias-primas dos materiais cerâmicos.•
Desafio
Suponha que você seja o profissional responsável pela logística do recebimento de materiais para 
um grande canteiro de obras.
Você sabe que o recebimento de materiais de construção é uma etapa muito importante e grandes 
lotes recebidos na obra requerem uma série de verificações.
 
Com base no resultado obtido, opte pelo recebimento ou recusa do lote. Justifique sua escolha.
Infográfico
A argila é utilizada como material de construção e sua aplicação iniciou-se em função de sua 
abundância, baixo custo e por sua trabalhabilidade, que, na presença de água, pode ser moldado 
facilmente, secando e endurecendo na presença de calor. Observe no infográfico a composição das 
cerâmicas tradicionais.
Conteúdo do livro
Cerâmicas tradicionais são feitas a partir de três componentes básicos: argila, sílica (sílex) e 
feldspato. A argila consiste principalmente de silicatos hidratados de alumínio ( Al2O3.SiO2.H2O) 
com pequenas quantidades de outros óxidos como TiO2, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O e K2O. Nas 
cerâmicas tradicionais a argila traz propriedades que facilitam o trato com o material antes do 
cozimento de endurecimento e constitui a maior parte do material que compõe o corpo.
Acompanhe um trecho do livro "Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais", a partir do 
título Cerâmicas tradicionais até o final do item Zircônia.
Boa leitura.
FUNDAMENTOS 
DE ENGENHARIA
e Ciência
dos Materiais 
William F. SMITH
Javad HASHEMI
S663f Smith, William F.
 Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais 
 [recurso eletrônico] / William F. Smith, Javad Hashemi ; 
 tradução: Necesio Gomes Costa, Ricardo Dias Martins de 
 Carvalho, Mírian de Lourdes Noronha Motta Melo. – 5. ed. 
 – Dados eletrônicos. – Porto Alegre : AMGH, 2012.
 Editado também como livro impresso em 2012.
 ISBN 978-85-8055-115-0
 1. Engenharia. 2. Ciência dos materiais. I. Hashemi, 
 Javad. II. Título. 
CDU 62
Catalogação na publicação: Ana Paula M. Magnus – CRB 10/2052
424 Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais
11.5 ceRâmicAs tRAdiciOnAis e de engenhARiA
11.5.1 cerâmicas tradicionais
Cerâmicas tradicionais são feitas a partir de três componentes básicos: argila, sílica (sílex) e feldspato. 
A argila consiste principalmente de silicatos hidratados de alumínio (Al2O3.SiO2.H2O) com 
pequenas quantidade de outros óxidos como TiO2, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O e K2O. A Tabela 11.4 lista 
as compo-sições químicas de diversas argilas industriais. 
A argila nas cerâmicas tradicionais confere propriedades que facilitam o trato com o material antes do 
cozimento de endurecimento, e constitui a maior parte do material que compõe o corpo. A sílica 
(SiO2), também chamada de sílex ou quartzo, possui uma alta temperatura de fusão e é o componente 
refratário das cerâmicas tradicionais. Feldspato de potassa (potássio), que possui a composição básica 
K2O.Al2O3.6SiO2, apresenta uma baixa temperatura de fusão e cria o vidro quando a mistura cerâmica 
é cozida. Ele une os componentes refratários.
tabela 11.4 
Composições químicas de algumas argilas.
% em peso da maioria dos óxidos perda de 
igniçãotipo da cerâmica al2o3 Sio2 Fe2o3 tio2 Cao Mgo na2o K2o H2o
Caulina 37,4 45,5 1,68 1,30 0,004 0,03 0,011 0,005 13,9
Argila Tenn Ball 30,9 54,0 0,74 1,50 0,14 0,20 0,45 0,72 ... 11,4
Argila Ky. Ball 32,0 51,7 0,90 1,52 0,21 0,19 0,38 0,89 ... 12,3
Fonte: P.W. Lee, “Ceramics”, Reinhlod, 1961.
Capítulo 11  Cerâmica 425
Produtos de argila estrutural como tijolos de construção, tubulações de esgoto, telhas de dreno, 
telhas para telhado e porcelana para piso são feitos de argila natural, que contêm todos os três compo-
nentes básicos. Produtos de louça branca como porcelana elétrica, porcelana chinesa de jantar e louça 
sanitária são obtidos de componentes da argila, sílica e feldspato, para os quais a composição é controlada. 
A Tabela 11.5 lista as composições químicas de algumas louças brancas triaxiais. O termo “triaxial” 
é usado uma vez que há três materiais principais na sua composição.
Faixas de composições típicas para diferentes louças brancas são apresentadas no diagrama ternário 
sílica-leucita-mulita da Figura 11.30. As faixas de composição de algumas louças brancas são indicadas 
pelas áreas circundadas. 
As mudanças ocorridas na estrutura de corpos triaxiais durante o cozimento ainda não foram com-
pletamente explicadas devido a sua complexidade. A Tabela 11.6 é um resumo aproximado do que 
provavelmente ocorre durante o cozimento de um corpo de louça branca.
A Figura 11.31 é uma micrografia eletrônica da microestrutura de uma porcelana de isolamento elé-
trica. Conforme se observa nesta micrografia, a estrutura é bem heterogênea. Grandes grãos de quartzo 
são circundados por uma solução de contorno de vidro de sílica superior. Agulhas de mulita que cruzam 
os relictos de feldspato e as misturas refinadas de vidro-mulita estão presentes.
Porcelanas triaxiais são isoladores satisfatórios para usos em frequências de 60 Hz, mas em altas 
frequências, as perdas dielétricas se tornam muito altas. As consideráveis quantidades de álcalis de-
rivadas do feldspato, usadas como fluxo, aumentam a condutividade elétrica e as perdas dielétricas 
de porcelanas triaxiais. 
11.5.2 cerâmicas de engenharia
Em contraste com as cerâmicas tradicionais, que são principalmente constituídas de argila, as ce-
râmicas técnicas ou de engenharia são principalmente compostos puros ou quase puros de óxidos, 
carbetos ou nitretos. Algumas das importantes cerâmicas de engenharia são a alumina (Al2O3), ni-
treto de silício (Si3N4), carbeto de silício (SiC) e a zircônia (ZrO2), combinados com outros óxidos 
refratários. As temperaturas de fusão de algumas dessas cerâmicas estão listadas na Tabela 11.1, e as 
propriedades mecânicas de alguns desses materiais constam na Tabela 11.7. Uma breve descrição de 
algumas das propriedades, processos e aplicações de algumas cerâmicas importantes de engenharia 
são listadas na sequência.
tabela 11.5 
Algumas composições químicas triaxiais de louça branca.
tipo do corpo argila chinesa argila ball Feldspato Sílex outros
Porcelana dura 40 10 25 25
Louça de isolamento 
elétrico 27 14 26 33
Louça vítrea sanitária 30 20 34 18
Isolantes elétricos 23 25 34 18
Telha vítrea 26 30 32 12
Louça branca semivítrea 23 30 25 21
Ossos de china 25 ... 15 22
Cinzas de 38 
ossos
China hotel 31 10 22 35 2 CaCO3
Porcelana dentária 5 ... 95
Fonte: Extraído de W.D. Kingery, H.K Bowen, and D.R. Uhlmann, “Introduction to Ceramics”, 2. ed., Wiley, 1976, p. 532.
426 Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais
y
Sílica
SiO21.713�
990�
1.100
1.140�
1.315�
1.600
Le
uc
ita
1.
20
0
Corundum
Mulita
1.
60
0
1.
50
0
1.
40
0
1.
30
0
1.588�
Feldspato
Utensílios de 
porcelana
Porcelana dentária
Cristobalita
Tridimita
Feldspato potássico
K2O�Al2O3�6SiO2
Leucita
K2O�Al2O3�4SiO2
Mulita
3Al2O3�2SiO2
Metacaolina
Al2O3�2SiO2
1.810�
Isoladores
elétricos
Porcelana dura,
semivitroso, cerâmica branca
Telha vítrea,
vaso sanitário
Figura 11.30 
Áreas das composições da louça branca triaxial mostradas do diagrama de equilíbrio de fase da sílica-leucita-mulita.
(W.D. Kingery, H.K Bowen, and D.R. Uhlmann, “Introduction to Ceramics”, 2. ed., Wiley, 1976, p. 533.)tabela 11.6 
História de vida de um corpo triaxial.
temperatura (°C) reações
Até 100 Perda da umidade
100 – 200 Remoção da água absorvida
450 Desidroxilação
500 Oxidação da matéria orgânica
573 Inversão do quartzo para a forma superior. Pequenos danos ao volume total
980 Formação de espinelas na argila; início do encolhimento
1.000 Formação da mutila primária
1.050 – 1.100 Vidro se forma do feldspato, mulita cresce, encolhimento continua
1.200 Mais vidro, mulita cresce, poros fechando, alguma solução de quartzo
1.250 60% de vidro, 21% mulita, 19% quartzo, poros ao mínimo
Fonte: F. Norton, “Elements of Ceramics”, 2. ed., Addison-Wesley, 1974, p. 140. 
Capítulo 11  Cerâmica 427
Alumina (Al2O3) A alumina foi originalmente desenvolvida para 
tubulações refratárias e cadinhos de alta pureza sob altas tempera-
turas, e atualmente possui uma utilização mais ampla. Um clássico 
exemplo da aplicação da alumina é no material do isolador de vela 
de ignição (Figura 11.24). Óxido de alumínio é geralmente poten-
cializado com óxido de magnésio, prensado a frio e sinterizado, 
produzindo o tipo de microestrutura apresentado na Figura 11.32. 
Note a uniformidade da estrutura do grão de alumina quando com-
parado a microestrutura da porcelana elétrica da Figura 11.31. A 
alumina é usada com frequência para aplicações elétricas de alta 
qualidade, nas quais se fazem necessárias a baixa perda dielétrica 
e a alta resistividade.
Nitrito de silício (Si3N4) De todas as cerâmicas de engenharia, o 
nitreto de silício possui, provavelmente, a combinação de proprie-
dades de engenharia mais útil. O Si3N4 se dissocia de forma signi-
ficativa a temperaturas acima de 1.800 °C e, portanto, não pode ser 
diretamente sinterizado. O Si3N4 pode ser processado pela ligação 
de reação na qual um compacto de pó de silício é nitretizado em um 
fluxo de gás nitrogênio. Este processo produz um Si3N4 microporo-
so com moderada resistência (Tabela 11.7). O Si3N4 mais resistente 
e não poroso é produzido pelo prensamento a quente com 1 a 5% de 
MgO. O Si3N4 tem sido explorado para o uso em peças de motores 
avançados (Figura 1.9a).
Carbeto de silício (SiC) O carbeto de silício é um tipo de carbeto 
duro e refratário, com incrível resistência a oxidação a altas temperaturas. Apesar de não ser um óxido, o 
SiC a altas temperaturas forma uma camada protetora de SiO2 junto ao corpo principal. O SiC pode ser 
sinterizado a 2.100 °C com 0,5 a 1% de B como produto auxiliar da sinterização. O SiC é comumente 
usado como reforço fibroso para matrizes metálicas e cerâmicas de materiais compósitos.
5 m
Figura 11.31 
Micrografia eletrônica de um isolante elétrico de porcelana 
(gravados 10 s, 0 °C, 40% HF, réplica de sílica.)
(S.T. Lundin, conforme mostrado em W.D. Kingery, H.K Bowen, and D.R. 
Uhlmann, “Introduction to Ceramics”, 2. ed., Wiley, 1976, p. 539.)
Figura 11.32 
Microestrutura do sinterizado, óxido de alumínio em pó potencializado com óxido de magnésio. A temperatura de 
sinterização foi de 1.700 °C. A microestrutura é quase livre de poros, contendo alguns somente entre os grãos. 
(Aumento de 500.)
(Cortesia de C. Greskovich and K.W. Lay.)
428 Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais
Zircônia (ZrO2) A zircônia pura é polimórfica e se transforma da estrutura tetragonal para monoclíni-
ca a aproximados 1.170 °C, acompanhada de expansão volumétrica, estando sujeita, portanto, a fratura. 
Contudo, combinando ZrO2 com outros óxidos refratários como o CaO, MgO e Y2O3, a estrutura cúbica 
pode ser estabilizada a temperatura ambiente e utilizada em algumas aplicações. Combinando ZrO2 
com 9% de MgO e usando tratamentos térmicos especiais, a zircônia parcialmente estabilizada pode ser 
produzida com alta resistência à fratura, o que levou a novas aplicações dessas cerâmicas. (Ver Seção 
11.6 de resistência a fratura de cerâmicas para mais detalhes.)
tabela 11.7 
Propriedades mecânicas de materiais cerâmicos de engenharia selecionados.
Material
densidade 
(g/cm³)
resistência à 
compressão
resistência à 
tração
resistência 
à flexão
resistência 
à fratura
Mpa ksi Mpa ksi Mpa ksi Mpa ksi
Al2O3 (99%) 3,85 2585 375 207 30 345 50 4 3,63
Si3N4 (prensado a 
quente) 3,19 3450 500 ... ... 690 100 6,6 5,99
Si3N4 (ligado por 
reação) 2,8 770 112 ... ... 255 37 3,6 3,27
SiC (sinterizado) 3,1 3860 560 170 25 550 80 4 2,63
ZrO2, 9% MgO (par-
cialmente estabilizado) 5,5 1860 270 ... ... 690 100 8+ 7,26+
Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para 
esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual 
da Instituição, você encontra a obra na íntegra.
 
Dica do professor
A característica estrutural dos materiais cerâmicos conferem a estas propriedades físicas como 
resistência ao ataque de produtos químicos, resistência à tração e à compressão e à elevada dureza. 
Acompanhe no vídeo a definição, tipos de materiais cerâmicos e sua principal composição química.
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Exercícios
1) A principal matéria-prima dos materiais cerâmicos é: 
A) Rochas.
B) Calcários.
C) Argilas.
D) Seixos.
E) Material artificial.
2) Quanto ao seu emprego, as argilas infusíveis são bastante puras, não deformam à 
temperatura de 1.500ºC e têm baixo coeficiente de condutividade térmica. Assinale a 
alternativa que possua uma aplicação deste material: 
A) Vaso sanitário.
B) Revestimento de fornos.
C) Pia sanitária.
D) Telha.
E) Grés.
3) Assinale a alternativa que contenha um exemplo de cerâmica tradicional: 
A) Facas confeccionadas a partir de zircônia.
B) Anilhas de carboneto de silício.
C) Alumina em painéis de fornos.
D) Parafusos e invólucros cilíndricos de lâmpadas de alta intensidade.
E) Louça sanitária.
4) Chamamos de retração como propriedade das argilas: 
A) A capacidade de uma massa de argila mudar de forma sem que ocorra a ruptura da massa.
B) Percentual de aumento de peso da peça após imersão em água.
C) Perda de água de capilaridade e amassamento como resultante da temperatura.
D) Perda de água adsorvida e enrijecimento mediante aquecimento.
E) No processo de secagem, devido à perda de água, ocorre a retração da peça.
5) Assinale a alternativa que contenha um exemplo de Cerâmico Técnico: 
A) Tijoleiras.
B) Ladrilhos.
C) Ladrilhos de Grés.
D) Pastilhas.
E) Bocal de carboneto de silício.
Na prática
Você sabia que o vidro é um material cerâmico?
O vidro é composto de materiais inorgânicos submetidos a altas temperaturas. O que difere o vidro 
de outras cerâmicas é o aquecimento até a fusão e o resfriamento para estado sólido rígido e sem 
cristalização de seus constituintes. Além disso, o vidro possui estrutura não cristalina também 
chamada de amorfa em que suas moléculas não estão arranjadas em uma ordem regular repetida 
em cadeia longa como ocorre em sólidos cristalinos.
 
 
Dentre os diversos tipos de vidro, os mais utilizados na construção civil são: 
 
• vidros planos 
• vidros planos lisos 
• vidros cristais 
• vidros impressos 
• vidros refletivos 
• vidros antirreflexos 
• vidros temperados 
• vidros laminados 
• vidros aramados 
• vidros coloridos 
• vidros serigrafados 
• vidros curvos 
• espelhos fabricados a partir do vidro comum.
Estudos indicam que através dos avanços da tecnologia de fabricação do vidro, será viável 
substituir materiais como o aço e o concreto das estruturas. Essa evolução poderá trazer inúmeros 
benefícios, dentre eles, grandes reduções no custo final das obras.
Saiba +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor:
Telecurso 2000 Materiais Cerâmicos
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Cerâmica - vida moderna, edifícios modernos
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar.O Segredo das Coisas - Tijolo
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https://www.youtube.com/embed/aaKTOGqcAGs?rel=0
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