RESUMO CIENCIA DOS MATERIAIS AULA 4 MATERIAIS CERÂMICOS

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MATERIAIS CERÂMICOS
Por exemplo, as superfícies de perfuratrizes, matrizes, mancais e facas, além de outras 
ferramentas, têm sido revestidas com películas de diamante com o objetivo de 
aumentar a dureza superficial desses materiais; algumas lentes e redomas podem ser 
tornadas mais resistentes, enquanto as suas propriedades de transparência ainda são 
mantidas pela aplicação de revestimentos à base de diamante; tais revestimentos 
também têm sido aplicados em tweeters de alto-falantes e a micrômetros de alta 
precisão. 
Até aproximadamente os últimos cinquenta anos; os materiais mais importantes que 
se enquadram nessa categoria eram conhecidos por "cerâmicas tradicionais", e eram 
aqueles para os quais a matéria prima primária é a argila; os produtos considerados 
cerâmicas tradicionais são a louça, a porcelana, os tijolos, as telhas e os azulejos e, 
ainda, os vidros e as cerâmicas de alta temperatura. A grafita é usada frequentemente como elemento de aquecimento em fornos elétricos, como eletrodos para soldagem a arco, em cadinhos 
metalúrgicos, em moldes de fundição para ligas metálicas e cerâmicas, para materiais 
refratários e isolamentos de alta temperatura, em bocais de foguetes, em reatores de 
reação química, para contatos elétricos, escovas e resistores, como eletrodos em 
baterias e em dispositivos de purificação do ar.
Em um determinado nível ou outro, esses novos materiais possuem um efeito consideravelmente dramático sobre as nossas vidas; as indústrias de componentes eletrônicos, de computadores, de comunicação, a indústria aeroespacial e uma gama de outras indústrias dependem do uso desses materiais. O termo "cerâmica" vem da palavra grega keramikos, que significa "matéria-prima queimada", indicando que as propriedades desejáveis desses materiais são normalmente 
atingidas através de um processo de tratamento térmico a alta temperatura conhecido 
por ignição. Desde a metade da década de 1950, foram desenvolvidas técnicas para produção de diamantes sintéticos, as quais foram refinadas até o ponto em que, nos dias de hoje, urna grande proporção dos materiais com qualidade industrial é feita artificialmente pelo homem, além de algumas daquelas peças com qualidade de pedra preciosa elevada resistência e boa estabilidade química a temperaturas elevadas e em atmosferas não-oxidantes, elevada condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão térmica e alta resistência a choques térmicos, elevada adsorção de gases 
e boas usinabilidade. 
17.ESTRUTURAS CERÂMICAS
Uma vez que as cerâmicas são compostas por pelo menos dois elementos, e 
frequentemente mais do que isso, as suas estruturas cristalinas são em geral mais 
complexas do que as dos metais. Uma dessas moléculas, que está mostrada na Fig. 19, consiste em 20 hexágonos e 12 pentágonos, arranjados de tal modo que não existe o caso em que dois pentágonos compartilham cada molécula é composta por grupos de átomos de carbono que estão ligados uns 
aos outros de modo a formar configurações geométricas tanto hexagonais (com seis 
átomos de carbono), como pentagonais (com cinco átomos de carbono). A 
estrutura da grafita é composta por camadas de átomos de carbono em um arranjo 
hexagonal; dentro das camadas, cada átomo de carbono está ligado a três átomos 
vizinhos coplanares através de fortes ligações covalentes. 
O diamante e a grafita são o que pode ser chamado de sólidos de rede 
cristalina, no sentido em que todos os átomos de carbono formam ligações principais 
com átomos adjacentes ao longo de toda a extensão do sólido. Entretanto uma das formas da Grafita
polimórficas, é algumas vezes classificada como uma cerâmica e, além disso, a 
estrutura cristalina do diamante, uma outra forma polimórfica do carbono, é 
semelhante àquela apresentada pela blenda de zinco. OS SILICATOS
Para os vários minerais à base de silicato, um, dois ou três dos átomos de 
oxigênio nos vértices dos tetraedros de são compartilhados por outros 
tetraedros para formar algumas estruturas consideravelmente mais complexas. 
Em vez de se caracterizar as estruturas cristalinas desses materiais em termos de 
células unitárias, torna-se mais conveniente usar vários arranjos de um tetraedro 
composto. A maioria das cerâmicas consiste em compostos que são formados entre elementos metálicos e elementos não-metálicos, para os quais as ligações Inter atômicas ou são totalmente 
iônicas ou são predominantemente iônicas com alguma natureza covalente. Recentemente, houve um 
progresso significativo em relação à compreensão da natureza fundamental desses 
materiais e dos fenômenos que ocorrem neles e que são responsáveis pelas suas 
propriedades únicas. A ligação atômica nesses materiais varia desde puramente iônica até totalmente covalente; muitas cerâmicas exibem uma Frequentemente, os silicatos não são considerados como iônicos, pois as ligações Inter atômicas Si-O exibem um caráter covalente significativo, o que toma essas ligações direcionais e relativamente fortes. Várias estruturas de silicatos surgem das diferentes maneiras. Além disso, ele possui uma condutividade térmica anormalmente alta para um material não-metálico, é oticamente transparente nas regiões visível e infravermelha do espectro eletromagnético, e possui um elevado índice de refração. 
17.2 SÍLICA
Quimicamente, o material mais simples à base de silicato é o dióxido de silício, 
ou sílica segundo as quais as unidades de SiO podem ser combinadas em arranjos 
unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. Ainda, a condutividade elétrica é relativamente alta em direções cristalográficas paralelas às A sua estrutura cristalina é uma variação da blenda de zinco, 
onde os átomos de carbono ocupam todas as posições (tanto do Zn como do S), como 
está indicado na célula unitária mostrada na. Dessa forma cada átomo de carbono se liga a quatro outros átomos de carbono, e essas ligações são totalmente covalentes. Independente da natureza da ligação existe uma carga de - 4 associada a cada tetraedro uma vez que cada um dos quatro átomos de oxigênio exige um elétron extra para atingir uma estrutura eletrônica estável. Cada átomo de silício está ligado a quatro átomos de oxigênio, os quais estão localizados nos vértices do tetraedro; o átomo de silício está posicionado no centro do tetraedro. Combinação desses dois tipos de ligação, sendo o nível do caráter iônico dependente das eletronegatividades dos átomos. Ela existe como uma forma molecular discreta, e consiste em um aglomerado esférico contendo sessenta átomos de carbono; uma única molécula é representada por C60. Estruturalmente, ela consiste em uma rede tridimensional que é gerada quando todos os átomos de oxigênio localizados em vértices, em cada tetraedro, são compartilhados por tetraedros adjacentes. Sob essas circunstâncias, a razão entre o número de átomos de silício e o número de átomos de O é de 1 :2, como indicado pela fórmula química. Como ocorre com a sílica cristalina, a estrutura tetraédricas de é a unidade básica; além dessa 
estrutura, existe uma desordem considerável. Outros óxidos (por exemplo, B203 e 
GeO2) podem também formar estruturas vítreas ( e estruturas poliédricas de óxidos 
semelhantes, - Arranjo dos átomos de silício e de oxigênio em uma célula Unitária de 
cristobalita, um polimorfo do Si02. A sílica também pode ser constituída na forma de um sólido não cristalino ou vidro, com um elevado grau de aleatoriedade atômica, o que é uma característica dos 
líquidos; tal material é conhecido por sílica fundida ou sílica vítrea. As propriedades mecânicas, elétricas e óticas das películas de diamante se aproximam daquelas do diamante bruto. Esse grupo de materiais não se enquadra, na realidade, dentro de qualquer um dos esquemas de classificação tradicionais para metais, cerâmicas e polímeros. Uma estrutura bidimensional em lâminas ou 
camadas pode também ser produzida pelo compartilhamento de três íons oxigênio em cada um dos tetraedros. Aplicações potenciais para essas películas de diamante incluem a aplicação 
à superfície de componentesde máquinas, tais como engrenagens, cabeças e discos 
de gravação ótica, e como substratos para dispositivos semicondutores. As propriedades físicas do diamante o tornam um material extremamente atrativo. O termo fullereno é usado para identificar a classe dos materiais que são compostos por esse tipo de molécula. Ao contrário, os seus cátions são incorporados no interior e modificam a rede de por essa razão, esses aditivos óxidos são conhecidos como modificadores de rede. Ainda outros óxidos, como o TiO2 e o Al203, que não sejam formadores de rede, substituem o silício e se tornam parte da rede, estabilizando-a; um mesmo lado; a superfície molecular exibe dessa forma a simetria de uma bola de futebol. daquelas apresentadas pelos 
aglomerados esféricos; essas outras formas incluem estruturas tubulares e poliédricas 
em escala nanométrica. De um ponto de vista prático, a adição desses modificadores e intermediários diminui o ponto de fusão e a viscosidade de um vidro, tornando mais fácil a sua conformação a temperaturas mais baixas. 
FULLERENOS
Os fulerenos são uma forma alotrópica do carbono, a terceira mais estável após o diamante e a grafite. Eles são compostos por dezenas de átomos de carbono sp²-hibridizados, dispostos nos vértices de um icosaedro truncado 1. A molécula de C60 é conhecida como buckminsterfulereno em homenagem ao arquiteto estadunidense Richard Buckminster Fuller, que projetou cúpulas geodésicas 1.
Os fulerenos têm propriedades físicas e químicas únicas, incluindo alta estabilidade térmica e química, alta condutividade elétrica e propriedades supercondutoras 1. Eles também têm aplicações em nanotecnologia, medicina e eletrônica 1.
A adição de impurezas pode alterar as propriedades elétricas dos fulerenos. Por exemplo, a adição de lítio pode tornar os fulerenos altamente condutores 1. No entanto, a adição de outras impurezas pode ter efeitos diferentes nas propriedades elétricas dos fulerenos.
CARBONO
 Um outro polimorfo do carbono é a grafita; ela possui uma estrutura cristalina 
(- Cinco estruturas do íon silicato formadas a partir de tetraedros de
Fonte: Livro Introdução ao Material Cerâmico – Oxford 1970. Os silicatos são materiais compostos principalmente por silício e oxigênio, os dois elementos mais abundantes na crosta terrestre; Isso é chamado, de maneira apropriada, de estrutura cristalina cúbica do diamante, e também é encontrada para outros elementos do Grupo IV Dessa forma, o material é eletricamente neutro e todos os átomos possuem estruturas eletrônicas estáveis. A Estrutura da Grafita.7 - Uma célula unitária para a estrutura cristalina cúbica do diamante. 18.) muito diferente daquela apresentada pelo diamante, e também 
é mais estável do que o diamante à temperatura e pressão atmosférica ambientes. A temperatura e pressão atmosférica ambientes, o diamante é um polimorfo metaestável do carbono. essas características são devidas à sua estrutura cristalina e às fortes ligações interatômicas covalentes.