Cap.4_ceramicos
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Cap.4_ceramicos


DisciplinaPropriedades dos Materiais de Engenharia Ambiental7 materiais157 seguidores
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GOVERNO DO ESTADO DO PARÁ 
UNIVERSIDADE DO ESTADO DO PARÁ 
CENTRO DE CIENCIAS NATURAIS E TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL 
DISCIPLINA: PROPRIEDADE DOS MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: CVT-MG 
 
 
 
 
 
Altamira-PA 
2012 
Capítulo 4 \u2013 Cerâmicos Maio/2012 
 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 1 de 10 
 
4.1 INTRODUÇÃO 
 
Os materiais cerâmicos são materiais inorgânicos, não metálicos, formados por 
elementos metálicos e não metálicos, ligados quimicamente entre si fundamentalmente por 
ligações iónicas e/ou covalentes. Os materiais cerâmicos têm composições químicas muito 
variadas, desde compostos simples a misturas de várias fases complexas ligadas entre si. 
As propriedades dos materiais cerâmicos variam muito devido a diferenças de 
ligação química. Em geral, os materiais cerâmicos são duros e frágeis, com pouca 
tenacidade e pouca ductilidade. São bons isolantes elétricos e térmicos, devido à ausência 
de elétrons de condução. Têm geralmente temperaturas de fusão relativamente altas e 
grande estabilidade química em muitos ambientes hostis, devido à estabilidade das suas 
fortes ligações químicas. Devido a estas propriedades, os materiais cerâmicos são 
indispensáveis em muitos projetos de engenharia, assim classificam-se em cerâmicas 
tradicionais e cerâmicas avançadas. 
Enquanto que nas cerâmicas tradicionais são utilizadas maiores quantidades de 
matérias primas naturais como os argilominerais e a areia, e processos simples de 
manufatura, nas cerâmicas avançadas são empregadas matérias primas sintéticas como 
óxidos, nitretos, boretos e carbetos, sob processos sofisticados (RUMBÃO, 2002). 
Sob o ponto de vista de Diniz e Cupini, 1993, os materiais são compostos 
formados a partir de elementos mais simples, através de ligações interatômicas. Nestas 
ligações, os átomos podem se unir através do compartilhamento, ou não, dos elétrons 
da sua última camada de valência. Somente uns poucos elétrons de valência de um 
átomo metálico pode ser removido e dado para átomos não-metálicos ou grupos de 
átomos, cujas últimas camadas estão completas ou quase completas e que os átomos 
não metálicos podem também compartilhar elétrons por covalência. Partindo desta 
premissa, diversas combinações são possíveis entre os átomos de um elemento metálico e 
um elemento não-metálico, fato que leva a produzir arranjos com estruturas diferenciadas 
para uma mesma combinação. Os materiais cerâmicos possuirão, portanto, muitas 
combinações diferentes, uma vez que são compostos de elementos metálicos e não 
metálicos, possibilitando propriedades diferenciadas dos materiais metálicos e poliméricos. 
Então, o termo cerâmico como adjetivo, procura designar certos objetos de arte, 
porém, para o Engenheiro, o termo procura abranger uma grande variedade de substâncias 
naturais e sintéticas, tais como, vidro, abrasivos, materiais magnéticos e não magnéticos, 
ferramentas de corte, refratários, etc. Porém, todos esses materiais apresentam uma 
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característica em comum, que é a de serem constituídos de elementos metálicos e não 
metálicos e possuírem estrutura cristalina semelhante a dos metais. Como citado, os 
cerâmicos não possuem um grande número de elétrons livres, portanto, os poucos 
elétrons são compartilhados por ligação iônica ou covalente, fato que explica a maior 
estabilidade destes materiais. 
 
4.2 PRINCIPAIS TIPOS DE CERÂMICAS, CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES. 
 
\uf0b7 Al2O3 \u2013 Refere-se a alumina pura, que é branca na cor e, usualmente, é simplesmente 
referida como uma \u201ccerâmica branca\u201d. O material é prensado a frio, o que permite uma 
geometria próxima da final para muitas ferramentas de corte, mas não gera a alta densidade 
da prensagem a quente. Embora as ferramentas de corte de cerâmica branca tenham 
relativamente baixa resistência ao choque térmico, esta condição pode ser melhorada pela 
adição de carboneto de titânio (TiC). 
\uf0b7 Al2O3 + TiN - Tais compósitos são pretos na cor e , portanto, são conhecidos como 
\u201ccerâmicas pretas\u201d. Um outro composito que combina alumina com nitreto de titânio é 
designado como cerâmica marrom ou cerâmica mista [WERTHEIM, 1986]. Além desses, 
adiciona-se ainda a zircônia com a finalidade de aumentar a tenacidade das cerâmicas 
brancas. 
\uf0b7 Al2O3 + SiCW \u2013 É uma cerâmica reforçada com whiskers de carboneto de silício, 
orientados aleatoriamente dentro do material básico. É particularmente apropriada para a 
usinagem de materiais endurecidos e super ligas resistentes ao calor (SANDVIK, 2000). 
\uf0b7 Al2O3 + ZrO2 \u2013 É um óxido cerâmico puro, baseada em alumina com um pequeno 
acréscimo de óxido de zircônio para proporcionar melhor tenacidade. É apropriada para 
aplicações em ferros fundidos e aços, com altas velocidades de corte (SANDVIK, 2000). 
\uf0b7 Si3N4 - A fórmula da composição do nitreto de silício é conhecida desde o século XIX. 
Porém, apenas em 1950 é que o nitreto de silício mostrou-se promissor como um material 
para ferramenta de corte com boa resistência ao choque térmico e com as necessárias 
propriedades mecânicas. Mas apenas na metade dos anos setenta é que esse material 
passou a ser usado comercialmente como cerâmica estrutural ou como material para 
fabricação de ferramentas de corte [WERTHEIM, 1986]. Desde então, diversos compósitos 
cerâmicos foram desenvolvidos com o intuito de aprimorar as propriedades mecânicas 
desses materiais. Surgiram compósitos oriundos da combinação de materiais Cerâmicos 
com materiais Metálicos, os conhecidos CERMETS, muito aplicados na indústria 
automobilística. Outro exemplo é um compósito cerâmico-cerâmico, zircônia endurecida 
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com alumina (ZTA), com boas propriedades mecânicas. A tenacidade e resistência 
aumentada tem feito as ZTAs mais largamente aplicáveis e mais produtivas que a cerâmica 
simples e cermets na usinagem de aços e ferros fundidos [SORNAKUMAR; 
GOPALAKRISHNAN; KRISHNAMURTHY, 1994]. 
A cerâmica a base de carboneto de silício é a mais recente dentre elas, porém 
também é pouco conhecida tanto em nível de pesquisa quanto em aplicações industriais. 
As Si3N4, graças a sua boa tenacidade, são apropriadas para desbaste e semi-
acabamento de ferros fundidos (SANDVIK, 2000). 
\uf0b7 Si3N4 + TiN \u2013 São cerâmicas que tem substrato de nitreto de silício com uma cobertura 
de nitreto de titânio. São altamente recomendadas para desbaste leve, usinagem média e 
aplicações de acabamento em ferros fundidos (SANDVIK, 2000). 
 
4.3 CERÂMICOS TRADICIONAIS E CERÂMICOS TÉCNICOS 
 
Os cerâmicos tradicionais são produzidos a partir de três componentes básicos-
tradicionais argila, sílica e feldspato. A argila consiste essencialmente em alumino-silicatos 
hidratados (Al2O3-SiO2-H2O) com pequenas quantidades de outros óxidos, tais como TiO2, 
Fe2O3, MgO, CaO, Na2O e K2O. A tabela 1 apresenta as composições químicas de várias 
argilas industriais. 
Nos cerâmicos tradicionais, a argila fornece as propriedades plásticas 
(deformabilidade) necessárias à moldagem do material antes de este ser endure¬cido por 
cozedura, e constitui o principal componente do material. A sílica (SiO2) tem um elevado 
ponto de fusão e é o componente refractário dos cerâmicos tradicionais. O feldspato de 
potássio, cuja composição básica é K2O-Al2O3-6SiO2, tem um ponto de fusão baixo e dá 
origem, quando a mistura cerâmica é cozida, a um vidro que liga entre si os componentes 
refractários. 
 
Tabela 1 \u2013 Formulações representativas de alguns materiais cerâmicos dielétricos usados em 
condensadores 
 
Fonte: Harper, 1970 
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Produtos argilosos para aplicações em engenharia civil, tais como tijolos de 
construção,