Propriedades Mecânicas - cerâmicas

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Cerâmicas 
Propriedades Mecânicas 
CLASSIFICAÇÃO 
Figura 1: Materiais cerâmicos: um dos três grandes grupos de materiais utilizados em engenharia.
CLASSIFICAÇÃO 
Convencionais 
 Estruturais 
 Vidros 
 Louças 
 Cimentos 
Avançadas 
 Eletrônicos 
 Ópticos 
 Biomateriais 
CARACTERÍSTICAS GERAIS 
 Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços. 
 Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e 
polímeros. 
 São menos densas que a maioria dos metais e suas 
ligas. 
 Os materiais usados na produção das cerâmicas são 
abundantes e mais baratos. 
PROPRIEDADES TÉRMICAS 
As mais importantes propriedades térmicas dos 
materiais cerâmicos são: 
 capacidade calorífica (  ) 
 coeficiente de expansão térmica (  ) 
 condutividade térmica 
átomos 
Ligação Química 
PROPRIEDADES TÉRMICAS 
Material 
 
Capacidade 
calorífica (J/Kg.K) 
 
Coeficiente linear de 
expansão térmica ((°C)-1x10-6) 
 
Condutividade 
térmica (W/m.K) 
 
Alumínio 
 
900 
 
23,6 
 
247 
 
Cobre 
 
386 
 
16,5 
 
398 
 
Alumina (Al2O3) 
 
775 
 
8,8 
 
30,1 
 
Sílica fundida (SiO2) 
 
740 
 
0,5 
 
2,0 
 
Vidro de cal de soda 
 
840 
 
9,0 
 
1,7 
 
Polietileno 
 
2100 
 
60-220 
 
0,38 
 
Poliestireno 
 
1360 
 
50-85 
 
0,13 
 
PROPRIEDADES TÉRMICAS -Aplicação 
Uma interessante aplicação, que leva em conta as 
propriedades térmicas das cerâmicas, é o seu uso na 
indústria aeroespacial. 
Temperatura °C 
* Temperaturas de subida 
Revestimento exterior 
com fibra amorfas de 
sílica de alta pureza. 
Espessura: 1,27-8,89cm 
PROPRIEDADES ÓTICAS 
Descreve a maneira com que um material se comporta 
quando exposto a luz. Assim, um material pode ser: 
 
 Transparente 
 Translúcido 
 Opaco 
Dois mecanismos importantes da interação da luz 
com a partícula em um sólido são: 
 
 Polarização 
 Transição de elétrons entre diferentes níveis de 
energia. 
PROPRIEDADES ÓTICAS 
Polarização 
Distorção de uma nuvem de elétrons 
de um átomo por um campo elétrico. 
Alinhamento de dipolos. 
Absorção de energia 
(deformação elástica), 
resultando em aquecimento 
Propagação de ondas 
eletromagnéticas 
(radiação eletromagnética) 
PROPRIEDADES ÓTICAS 
Fotocondutividade Responsável pelas cores que 
observamos nos materiais 
Banda de valência 
Banda de condução 
Luz visível Faixa de energia 1,8 a 3,1eV 
PROPRIEDADES ÓTICAS –Aplicação 
 Transparência – Janelas, lentes, artigos de 
laboratório etc. 
 Conversão de luz em eletricidade – Laser, 
eletrônica (LED’s). 
 Luminescência – Lâmpadas elétricas e telas de TV. 
 Reflexão – Fibras óticas (telefonia, TV a cabo etc). 
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Descreve a maneira como um material responde a 
aplicação de força, carga e impacto. 
Os materiais cerâmicos são: 
 Duros 
 Resistentes ao desgaste 
 Resistentes à corrosão 
 Frágeis (não sofrem deformação plástica) 
Exemplos propriedades mecânicas 
Pistões e camisas 
Peças automotivas 
Exemplos propriedades mecânicas 
Lixas para polimento 
Construção civil 
Ferramentas de corte 
 Apenas deformação Elástica 
 Material frágil 
 
 
Comportamento Mecânico 
 Ensaio de Flexão em 3 ou 4 pontos fornece os 
valores de tração 
Ensaios Mecânicos 
Fraturas 
 Viscosidade 
Cerâmicas não cristalinas 
Influência da porosidade 
PROPRIEDADES ELÉTRICAS 
As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos 
são muito variadas. Podendo ser: 
 isolantes: Alumina, vidro de sílica (SiO2) 
 semicondutores: SiC, B4C 
 supercondutores: (La, Sr)2CuO4, TiBa2Ca3Cu4O11 
Propriedades das Argilas 
 
Quais são???? 
Propriedades das Argilas 
 Plasticidade 
 Porosidade 
 Resistência Mecânica 
Plasticidade 
 É a propriedade do corpo que 
submetido a uma força determinada, 
se deforma e conserva 
indefinidamente a deformação quando 
se anula a força. 
Plasticidade 
 A plasticidade nas argilas varia 
com a quantidade de água 
 
 A argila seca tem plasticidade 
nula 
 
 Molhando-a, ela vai ganhando 
plasticidade até um máximo 
 
 Com mais água as lâminas se 
separam, a argila vira um 
líquido viscoso. 
Propriedade das argilas: 
plasticidade – Limites de Atterberg 
 
 
 A água rígida e a água líquida, expressas 
percentualmente em relação à massa de argila, são 
os limites de Atterberg. 
 
Limites de Atterberg 
 
Limite de liquidez 
 
Limite de plasticidade 
 
Limite de contração 
 
% água em relação % argila 
Gráfico de fluência 
 
LIMITE DE CONSISTÊNCIA (LC) 
É o teor de umidade a partir do qual o solo 
não mais diminui de volume ao continuar 
perdendo a umidade. 
Teor de umidade que satura os vazios da 
amostra. 
Percentagem de vazios contida numa amostra 
secada em estufa a 105o – 110oC 
ÍNDICES DE CONSISTÊNCIA (IC) 
Conhecidos os limites de consistência, definem-se os seguintes 
índices: 
IP = LL – LP (ÍNDICE DE PLASTICIDADE) 
IC = LP – LC (ÍNDICE DE CONTRAÇÃO) 
IP
LPw
IL


(ÍNDICE DE LIQUIDEZ) 
IP
wLL
IC


(ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA) 
Assim: 
•Argilas muito moles: quando corre com facilidade entre os dedos ao 
ser apertada – IC< 0 
•Argilas moles: Facilmente moldada pelos dedos – IC 0-50 
•Argilas Médias: Requer esforço médio para moldagem entre os dedos 
IC > 0.50-0.75 
•Argilas Rijas: Requer grande esforço para ser moldada – IC > 0.75-
1.00 
•Argilas Duras: Não pode ser moldada pelos dedos e ao ser submetida 
a grande esforço desagrega ou perde a estrutura original – IC > 1 
As argilas em geral, têm altos LL e quanto maior seu 
valor, mais compressível é o solo. Também será maior 
a compressibilidade da argila quanto maior for o 
índice de plasticidade. 
Retração 
•É a propriedade que as argilas tem de variarem 
de volume com o teor de umidade; quando a 
umidade diminui, o volume acompanha, sendo a 
recíproca verdadeira; 
•Proporcional ao grau de umidade; 
•Varia com a composição da argila; 
•Quanto maior o teor de caulinita, maior a 
retração; 
DESVANTAGEM 
Não é absolutamente uniforme – O bloco pode 
deformar. Todos os fatores que aumentam a 
plasticidade também aumenta a retração. 
Porosidade 
 A porosidade influencia algumas propriedades das argilas: 
 
 Condutibilidade térmica e elétrica 
 com o da porosidade 
 
 Resistência mecânica 
 Quanto menor os poros mais resistente são as peças 
 
 Resistência à abrasão (desgaste) 
 com o da porosidade 
 
 As argilas porosas são mais refratárias 
 
Resistência Mecânica (argilas 
secas) 
 Não depende exclusivamente do teor de colóides 
(partículas minúsculas/material argiloso), mas também de 
uma granulometria adequada 
 
 A composição mais adequada é aquela que tem 
substâncias argilosas em torno de 60%, estando o resto 
do material dividido igualmente entre silte, areia fina e 
média, PETRUCCI (1976). 
sílica livre: 
•reduz a plasticidade 
•diminui a retração 
•facilita a secagem 
•reduz a resistência à tração 
•aumenta a brancura 
alumina livre: 
•reduz a plasticidade 
•reduz o trincamento 
•reduz a resistência 
mecânica 
álcalis: 
•rebaixam o ponto 
de fusão 
•aumentam a 
porosidade 
•facilitam a 
secagem 
•reduzem a 
plasticidade 
•matéria orgânica: aumenta a 
porosidade 
•sais solúveis: geram 
eflorescências 
•óxido de ferro: diminui as 
características refratárias 
•cálcio: clareia a cor da argila. 
Impurezas