RESUMO P1 CERÂMICOS

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Introdução ao Processamento de Materiais
• Fluxograma
matéria-prima → moagem/homogeneização
 ↓
 conformação [compactação / colagem / técnicas coloidais / outros]
 ↓
 secagem (opcional)
 ↓
 sinterização
 ↓
 produto cerâmico
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• MATÉRIA PRIMA
- os cerâmicos são materiais inorgânicos
- a matéria-prima é a rocha – agregados sólidos, compostos por um ou mais minerais, encontrados
na crosta terrestre
- a matéria-prima pode ser natural/tradicional (encontrada na natureza) ou sintética/avançada
(produzida)
- matéria-prima natural = argila
- matéria-prima sintética = alumina, zircônia, carbeto de silício…
matéria-prima natural
- argila – rocha constituída por argilominerais, que são compostos de silicatos de alumínio
(aluminossilicatos) ou magnésio hidratados – é encontrada, geralmente, em minas abertas
- plasticidade; resistência mecânica a úmido; retração linear de secagem
- estrutura lamelar
- aplicação das argilas: cimento, papel, moldes, tinta, tratamento de água
tipos de argilominerais
- caulinita: estrutura em camadas (tetraedro, octaedro, tetraedro) – os tetraedros têm silício; os
octaedros têm alumina
- esmectita: estrutura tetraédrica e octaédrica – ligações mais fracas que da caulinita – é mais
plástica, pois a água entra entre as camadas mais facilmente, permitindo que elas deslizem
- ilita: estrutura tetraédrica e octaédrica – o potássio faz a ligação entre as camadas
- outros
identificação dos argilominerais
- Difração de Raios X:
-ao incidir um feixe de raios X em um cristal, ocorre a difração
- de acordo com a distância entre os planos cristalográficos e o ângulo de incidência dos 
raios, determina-se o tipo de argilomineral – cada um tem uma determinada distância 
interplanar
- Lei de Bragg: 2d senϴ = mλ
d = distância entre os planos λ = comprimento de onda
ϴ = ângulo de incidência dos raios m = número inteiro
- Microscopia: identificação por imagens – de acordo com o formato e tamanho das partículas
pode-se determinar qual é o argilomineral
- Análises térmicas: a certas temperaturas, os argilominerais absorvem calor (sofrem expansão) e
em outras, libera calor (sofrem retração) - cada argilomineral sofre transformações térmicas
específicas e terá uma curva de comportamento diferente (picos endotérmicos e exotérmicos
diferentes)
tipos de agila
- caulim:
- argila branca ou quase branca
- macia e pouco abrasiva
- tem baixa condutividade térmica e elétrica
- pouca plasticidade
- quimicamente inerte
- aplicações: indústria de papel (para tornar a superfície do papel macia), plástico
- ball clay:
- argila mais plástica que existe (parece massinha de modelar)
- alto teor de matéria orgânica
- cor escura – mas depois da queima se torca branca
- dá alta resistência à massa cerâmica
- aplicações: azulejo, louça de mesa e sanitária
- refratária: dois tipos de argila refratária
1- flint: tem pouca plasticidade – altamente aluminosa
2- plástica: usada na produção de tijolo refratário
- para cerâmica vermelha:
- adquire alta resistência a temperaturas moderadas
- são ferruginosas e calcárias
- a argila pode ser primária ou secundária
- primária ou residual = encontrada no mesmo local da rocha-mãe
- secundária ou sedimentar = transportada para outros locais, pela ação de ventos, chuvas, 
etc. - contêm menos areia e fragmentos de rochas, pois somente as partes mais finas são 
transportadas
propriedades das argilas
- tamanho das partículas: identificado por microscopia, distribuição granulométrica, peneiração 
 (não é usada para partículas muito pequenas), laser, etc.
- forma das partículas: feita por microscopia, assim, é possível conhecer o formato das partículas
por visualização direta
- troca catiônica: um cátion troca de lugar ou substitui outro
- plasticidade
- retração na secagem
- desagregabilidade em água: capacidade de se tornar plástica em água
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• MOAGEM / HOMOGENEIZAÇÃO
- reduzir o tamanho médio das partículas
- liberar as impurezas
- quebrar aglomerados e agregados
- homogeneizar misturas
- a moagem pode ser feita pelo moinho de bolas, entre outros equipamentos
beneficiamento
- britagem: processo de cominuição (fragmentação) que diminui o tamanho das partículas de argila
- moagem: processo de cominuição que ocorre depois da britagem, para diminuir ainda mais o
tamanho das partículas
- atomização: torna as partículas esféricas e aumenta o escoamento – é feita pelo Spray Dryer
- Spray Dryer – processo em que um produto líquido se transforma em partículas sólidas. O 
líquido (no caso, barbotina) é injetado em forma de gotas no atomizador através de um 
bico. Quanto menor for o bico, menores serão as partículas sólidas a serem formadas, pois
aumentará a superfície de contato das gotículas. Ao mesmo tempo, um aquecedor injeta ar
quente no atomizador. Isso faz com que as partículas de água evaporem e, assim, as 
partículas líquidas de tornam sólidas, mantendo o formato esférico das gotículas.
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matérias-primas sintéticas
ALUMINA (Al2O3)
- a matéria-prima é a bauxita (minério natural formado por óxido de alumínio, sílica e outros
compostos)
- obtida pelo Processo Bayer (também existem outros processos)
- Processo Bayer: ocorre através da bauxita. A bauxita é moída, para aumentar a superfície de
contato de suas partículas, e então se adiciona uma solução de soda cáustica a ela. Ocorre a
digestão, em que a mistura é aquecida e submetida à pressão. Assim, a alumina é dissolvida pela
soda cáustica e se precipita. Depois, ocorre a clarificação, onde a fase sólida e líquida (licor verde)
se separam, formando a lama vermelha. A lama é lavada para remover a soda cáustica. Por fim,
ocorre a calcinação da alumina para que ela se torne um pó branco.
bauxita → moagem → digestão → precipitação → clarificação → lavagem da lama → calcinação
 ↓
 alumina
- tipos de alumina e aplicações:
- calcinada – produção e vidros e revestimento
- tabular – refratários
- eletrofundida marrom – abrasivos e refratários
- eletrofundida branca – abrasivos, refratários e massas de porcelana
ZIRCÔNIA (ZrO2)
- polimorfismo: monoclínica, tetragonal e cúbica
- a zircônia é uma cerâmica tenaz
- a tenacificação é feita pela adição controlada de óxidos estabilizantes (ex.: óxido de ítrio)
aplicações: catalisadores, biomateriais
- Processo Sol Gel: é um processo que parte de uma solução para um gel. É feita uma solução de
cloreto de zirconila e cloreto de ítrio. Após isso, ocorre a gelificação, que é quando se adiciona
amido de milho para formar o gel. O produto formado passa pela secagem numa estufa a
temperaturas diferentes (80°C durante 24h e 120°C durante 72h). Depois, ocorre a pré-calcinação
(400°C por 2h) para melhorar a qualidade do gel. É feita a desaglomeração das partículas numa
peneira. Por fim, ocorre a calcinação (600°C por 1,5h).
solução (cloreto de zirconila+cloreto de ítrio) → gelificação → secagem → pré-calcinação
↓
 calcinação ← desaglomeração
CARBETO DE SILÍCIO (SiC)
- alta dureza, estabilidade térmica, condutividade térmica, resistência ao choque térmico,
relativamente estável em ambiente corrosivo
- é obtido pelo processo Acheson
- Processo Acheson: neste processo, é feita uma mistura de sílica de quartzo e coque de petróleo.
Essa mistura é aquecida através de resistência elétrica. O aquecimento causa a reação entre o
silício e o carbono,formando o SiC e monóxido de carbono.
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Massa cerâmica
- três tipos de massas cerâmicas, cada uma com um processo de conformação mais adequado:
1- massa fluida: é a mais úmida – usa-se o processo de colagem 
2- massa plástica: umidade intermediária – usa-se o processo de extrusão
3- massa seca: menor umidade – usa-se o processo de prensagem (= compactação)
- existem três Limites de Atterberg (são métodos de avaliação da natureza das massas)
- limite de liquidez = porcentagem de água em que a massa cerâmica deixa de ser plástica e 
se torna líquida, ou vice-versa
- limite de plasticidade = porcentagem de água em que a massa cerâmica deixa de ser 
plástica e se torna semi-sólida; a massa começa a se tornar quebradiça
- índice de plasticidade = diferença entre o limite de plasticidade e o de liquidez
- cálculo das matérias-primas para elaboração de uma massa cerâmica:
argila (100%) feldspato (100%)
sílica (100%)
- sílica – melhora a resistência
- feldspato – fundente, pois tem baixa temperatura de fusão
- tipos de misturadores de massa: roscas misturadoras, misturador de mós, misturador planetário
- aditivos de massa cerâmica – servem para dar características adicionais à massa
- plastificante – aumenta a plasticidade
- defloculante/dispersante – dispersa aglomerados
- lubrificante – facilita o fluxo do material
- agente suspensor – promove a suspensão dos sólidos
- fundente – abaixa a temperatura de vitrificação
- os aditivos não ficam no material no final do processo – eles são eliminados
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• CONFORMAÇÃO
Colagem
- barbotina = suspensão de materiais em forma de pós em água suficientemente fluida para ser
vertida num molde
- barbotina é defloculada – para reduzir o teor de água e formar peças mais resistentes e de
espessura uniforme
- os moldes de gesso são muito utilizados na colagem devido à alta porosidade (quanto mais água
houver na mistura, mais o molde deverá ser poroso) e também porque pode ser seco e reutilizado
- passos:
1- a barbotina é vertida num molde de gesso poroso 
2- os poros absorvem a água da barbotina, e então se forma uma parede de partículas 
sólidas
3- após a espessura desejada ser atingida, despeja-se o excesso de líquido do molde
4- a peça seca no molde por um certo tempo
5- quando a peça está seca, ela é retirada do molde
6- é feita a sinterização para melhorar a resistência mecânica da peça
- a colagem é uma técnica simples e de custo baixo
- propriedades desejáveis para a barbotina:
- viscosidade suficientemente baixa para ser vertida com facilidade no molde
- baixa velocidade de sedimentação quando em repouso
- habilidade para drenar uniformemente
- estabilidade das propriedades quando armazenada
- não deve aderir ao molde
- baixa retração de secagem após a colagem
- alta resistência mecânica na forma úmida e seca após a colagem
- a colagem é semelhante à filtração porque em ambos os processos ocorre separação da parte
sólida em relação à parte líquida. A água é “filtrada” pelo molde na colagem
- a velocidade de formação da parede na colagem diminui com o tempo, pois a parede formada no
início funciona como uma barreira que impede que a água restante da barbotina penetre no
molde; outro fator é que o molde pode sofrer encharcamento e, assim, não consegue mais
absorver água
- estabilização de suspensões:
- estabilização eletrostática = coloca-se um aditivo na suspensão para carregar positivamente a 
 superfície das partículas, e então elas vão se repelir (separação 
 química)
- estabilização estérica = adsorção de um polímero neutro à superfície das partículas para dificultar
 que elas se aproximem e se aglomerem (separação física)
- estabilização eletroestérica = junção da estabilização eletrostática com a estérica – causa
separação física e química entre as partículas
- cálculo da espessura da parece formada na colagem:
t = CL2 t = tempo para formação da camada
 (-ΔP) L = espessura da camada
 ΔP = variação de pressão
 C = constante que inclui viscosidade, empacotamento, qtde de líquido, etc.
- possíveis defeitos: falta de uniformidade, poros na parede externa, dimensões não concordantes,
fissuras
- aplicações: vaso sanitário, louças domésticas
Prensagem/Compactação
- a conformação por prensagem é baseada na compactação de um pó granulado feita por pressão
- passos:
1- preparação do molde
2- preenchimento
3- compressão
4- ejeção da peça
- é mais indicado usar massa seca ou semi-seca na prensagem, pois ocorre densificação da massa e
pouca retração
- mas também pode usar massa plástica ou semi-plástica – mas, nesse caso, o objetivo não é fazer
compactação da massa, é somente dar a forma (exemplo: telha) – além de ter alta retração
- a massa ideal para prensagem possui elevada fluidez (para que a massa escoe rapidamente e
preencha o molde de forma homogênea) e elevada densidade (para que a quantidade de ar
retirada seja menor)
- vantagens: elevada resistência mecânica, alta produtividade, facilidade na secagem, poucas
deformações, reduz a retração (pois a massa possui pouca água, geralmente), produtos com
dimensões e formas rigorosas
- poro intragranular = dentro do grão
- poro intergranular = entre os grãos
- mecanismos de compactação:
- aumenta a carga até chegar à tensão desejada
- reorganização dos grânulos
- deformação e destruição dos grânulos
- reordenação das partículas no interior dos grânulos para obter máximo empacotamento
- é impossível compactar 100%, devido a partículas irregulares e porosas que resistem à pressão,
devido a ligantes e plastificantes líquidos…
- tipo de prensagem:
- uniaxial a frio
- a pressão é aplicada em apenas uma direção na matriz, podendo ser por única ou dupla 
ação de pistão
- é bom usar lubrificante para diminuir o atrito no pistão
- vantagens: produção rápida; uniformidade de formas
- desvantagens: podem ocorrer defeitos, como fratura no topo com ângulo agudo (devido a 
pressão excessiva); laminação (para eliminar a laminação, deve-se fazer pré-compactação, 
com cargas mais leves, e depois fazer compactação)
- uniaxial a quente
- mesmo processo, mas dentro do forno
- vantagens: diminui a porosidade; conformação e tratamento térmico ocorrem 
simultaneamente; produz grãos mais finos
- desvantagens: mais caro; possibilidade de reações; gasto da matriz
- isostática a frio
- a pressão é aplicada em todas as direções do material por um fluido
- o molde deve ser flexível
- é preciso fazer pré-compactação
- isostática a quente
- mesmo processo, mas em temperatura elevada
- no lugar do fluido, usa-se um gás
Extrusão
- é um processo em que se força o material através de uma matriz com geometria da boquila
pretendida
- é um processo contínuo
- exemplos: tijolos, tubo de caldeira…
- condições para realizar extrusão:
- a massa deve ser suficientemente plástica para adquirir a forma desejada
- depois de extrudado, o sistema não deve deformar com seu próprio peso
- as massas cerâmicas para extrusão devem ter as menores variações possíveis em termos de:
composição, granulometria e teor de umidade
Torneamento
- a massa plástica é conformada girando
- exemplo: pratos
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• SECAGEM
- nem todos os materiais passam pela secagem, somente aqueles que possuem muita umidade
- economicamente, é bom que a secagem seja o mais rápido possível, porém, isso pode gerar
defeitos, como trincas, retração diferencial (a peça é seca de forma heterogênea e pode deformar),
fissuras…
- água interpartículas = água entre as partículas – água que resta depois da conformação – gera
uma retração grande
- água nos poros = gera poucaretração
- a secagem pode ser feita ao ar livre ou industrialmente
- para aumentar a velocidade de escoamento de água num material, pode-se aumentar a
permeabilidade do material, diminuir a viscosidade da água, entre outros métodos
- curva de retração:
- durante a secagem, há retração no volume da peça – primeiramente, a água perdida vem 
das camadas entre as partículas, de forma que elas vão se aproximando umas das outras 
até se tocarem – quando elas se tocam, não podem mais se consolidar – então, o volume 
aparente para de variar – depois disso, a água que passa a ser removida é a água que 
provém dos poros
- a retração total da argila varia com a granulometria, sendo que a de granulometria mais fina tem
maior retração
- a retração excessiva é indesejável porque pode causar defeitos na peça (trincas, empenamento
nos cantos…) - para corrigir esse defeito, pode-se adicionar materiais não plásticos à argila
(pois esses materiais têm granulometria grossa e retraem menos) – outra opção é fazer a
moldagem sob alta pressão (para diminuir a espessura das películas de água)
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• SINTERIZAÇÃO
- Queima = tratamento térmico no forno, feito em produtos a verde, para desenvolver
microestrutura e propriedades desejadas no material
- na secagem, chega uma hora que não dá mais para reduzir os poros (pois o que resta são os
poros intragranulares) – na sinterização, pode-se diminuir mais os poros e mudar seu formato por
causa do transporte de massa
- fases: 1- pré-sinterização; 2- sinterização; 3- resfriamento
1- pré-sinterização:
- saída de água
- decomposição de materiais orgânicos
- calcinação de carbonatos, sulfatos, etc.
- mudanças de fases cristalinas
2- sinterização:
- finalidades: eliminação das interfaces sólido-gás, produzindo interfaces sólido-sólido ou sólido-
líquido
- no início, temos partículas de pó solto
- volume dos poros diminui – os poros ficam arredondados e isolados
- formação de contorno de grão
- no final, temos grãos
- antes da sinterização: partículas individuais, porosidade entre 25 e 60% do volume
- durante a sinterização: mudança no tamanho e forma do grão e do poro
- na sinterização, pode-se ter dois objetivos:
- baixa porosidade – melhorar propriedades mecânicas, translucidez, condutividade térmica
- alta porosidade – boa resistência, boa permeabilidade
- um material cerâmico poroso se torna resistente após a sinterização
- força motriz= redução da área superficial para minimizar a energia. Partículas pequenas se
juntam para formar maiores e economizar energia
- tipos de sinterização:
- no estado sólido = só partículas sólidas e porosidade
- com fase líquida = pelo menos um componente na fase líquida (< 20% de líquido)
- vítrea viscosa = só líquido e porosidade
- compósito viscosa = pelo menos um componente na fase líquida (> 20% de líquido)
- sinterização por fase sólida:
- o calor causa transporte de massa, gerando pescoços entre as partículas, formando uma 
só partícula e economizando energia
- etapas: as partículas se encontram e formam pescoços → crescimento rápido por difusão, 
transporte de vapor → os poros atingem o seu equilíbrio de forma (ficam redondos) → fase 
final: os poros migram, isolando os grãos
- mecanismos de transporte:
- difusão pela superfície
- difusão pelo volume
- vapor
- difusão pelo contorno de grão
- difusão pelo volume (pelos contornos de grãos e pelas discordâncias) 
- sinterização por fase líquida:
- mistura de pós → fusão de um dos componentes → molhamento dessa fase líquida sobre 
as partículas sólidas → densificação
- molhamento – quanto menor o ângulo de contato das partículas líquidas com a superfície 
sólida, maior a molhabilidade 
- estágios: rearranjo → solução-reprecipitação → coalescência 
- rearranjo: inicia no aquecimento – formação do líquido – rearranjo – reempacotamento 
das partículas
- crescimento de grão – dissolução dos grãos menores – arredondamento dos grãos – 
densificação – desenvolvimento de um esqueleto sólido rígido – eliminação de porosidade–
engrossamento microestrutural 
- o final da sinterização por fase líquida (coalescência) é a sinterização por fase sólida
- defeitos da sinterização: pode ocorrer crescimento anormal no grão