Cerâmicas Nucleares e suas Propriedades

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Cerâmicas Nucleares
O combustível é o componente fundamental de uma usina nuclear, é através da fissão de uranio, ou plutônio que é possível liberar energia térmica.
Unraninita é o principal minério do dióxido de urânio.
Plutônio é criado no processo de fissão, o combustível reprocessado contém tanto U como Pu radioativo, e é chamado de dióxido misto.
Requisitos que o material cerâmico deve ter para imobilização de resíduos: Os elementos radioativos devem ser imobilizados em estrutura de vidro ou a taxa de lixiviação dos elementos radioativos deve ser baixa e o custo deve ser aceitável.
Materiais absorventes são aqueles que contem elementos químicos dos quais um ou mais isótopos capturam os nêutrons de acordo com as diferentes reações nucleares.
Dois principais materiais absorventes: Materiais cerâmicos, carboneto de boro B4C; Materiais metálicos, liga ternária de prata-índio-cádmio, conhecido como SIC.
O Carbeto de boro é usado na forma de pastilha selado em um tubo de aço inoxidável, à prova d’água, constituindo, assim, uma “vara de absorvedor”.
As partilhas de carbonetos de boro (B4C) são preparadas por sintetização de pós.
Diagramas
Para cerâmica as razões para ligar umas com as outras é geralmente para aumentar a densidade pela sintetização, ou melhorar a tenacidade à fratura.
As soluções solidas em materiais cerâmicos, geralmente, envolvem sistemas contendo mais de dois tipos de átomos.
Elétricas
Os eletrodos se movimentem através de um solido sob a influencia do campo elétrico aplicado. A velocidade de deslocamento é proporcional ao campo elétrico e esse fator de proporcionalidade é denominado mobilidade do eletro sólido.
Resistencia elétrica, em temperatura ambiente, muitas cerâmicas apresentam resistividade elétrica de aproximadamente 20 vezes maior que dos metais.
Composições de cerâmicas com conteúdo elevado desta fase vítrea tem resistividade mais baixa em temperaturas moderadas.
Resistividade residual se a estrutura cristalina do material fosse perfeita e nenhuma vibração ocorresse, os elétrons passariam pela estrutura sem sofrer espalhamento e não encontrariam resistência.
Os semicondutores constituem uma classe de materiais cuja condutibilidade elétrica não é tão elevada quanto aquela dos metais, não o bastante, tem algumas características elétricas originais que as tornam especialmente uteis.
Semicondutores podem ser intrínsecos ou extrínsecos.
Intrínsecos não tem muito uso pratico porque sua condutibilidade é muito baixa.
Extrínsecos são de dois tipos, um que a impureza contribui com elétrons adicionais para a faixa de condução e valência e a outro que a impureza contribui com buracos adicionais na faixa de valência.
As propriedades elétricas são extremamente sensíveis à presença de impurezas ainda que em concentrações mínimas.
Uma vez que os elétrons de valência estão ligados um átomo a outro, não haverá condução elétrica até que ocorra algum rompimento das ligações.
O termo dielétrico, não condutor e isolante muitas vezes é usado como sinônimos. Quando os materiais cerâmicos são usados como isolantes, devem ser apenas eletricamente inertes e capazes de isolar dois condutores.
Uma das mais importantes aplicações dos materiais dielétricos é na fabricação de capacitores
Os materiais piezoelétricos são utilizados como transdutores, que são componentes que convertem energia elétrica em deformação mecânica e vice-versa.
Magnéticas
As propriedades magnéticas intrínsecas de um material são determinadas pela estrutura eletrônica e estrutura cristalina.
Diamagnetismo é uma forma muito fraca de magnetismo que persiste apenas enquanto um campo externo é aplicado.
Paramagnetismo nos materiais onde os elétrons estão desemparelhados, cada átomo apresenta um dipolo permanente.
A susceptibilidade é usada geralmente quando a resposta a um campo magnético aplicado é fraca.
A Permeabilidade é usada quando a resposta é grande. (para interesse dos engenheiros)
Os materiais diamagnéticos e paramagnéticos são considerados não magnéticos porque exibem a magnetização somente quando na presença de um campo externo.
A magnetização espontânea é devido ao alinhamento de eletron com spin desemparelhado por um forte quantum mecânico de energia envolvendo forças de troca. É um fenômeno raro restrito aos elementos ferro, cobalto, níquel e gadolínio e determinadas ligas.
Propriedades térmicas
As principais propriedades térmicas são: Capacidade calorifica, coeficiente de expansão térmica e condutividade térmica.
Um alto ponto de fusão resulta de uma forte ligação química.
Fatores que afetam o ponto de fusão dos cerâmicos que são predominantes iônicos é a carga iônica e o caráter covalente da ligação.
Capacidade calorifica é a medida da qualidade de energia requerida para aumentar a temperatura do material.
Condutividade térmica se da pela vibração dos átomos em torno de suas posições quando aquecidos.
Nas cerâmicas a capacidade calorifica inicialmente cresce com a temperatura, mas aproxima-se de um valor constante e a velocidade permanece relativamente constante.
A porosidade é um fator que afeta de forma eficaz a condutividade térmica, aumenta os poros reduz a condutibilidade térmica.
Impurezas distorcem o arranjo cristalino, mas com o aumento da temperatura o efeito das impurezas torna-se menor porque o caminho livre médio se aproxima das dimensões da célula unitária.
Expansão térmica se da pelas vibrações atômicas no interior de uma estrutura com o aumento térmico.
A cerâmica e os vidros são materiais mais prováveis a desenvolver o esforço térmico, muito mais do que os metais, isso porque: Elas geralmente tem k mais baixo e são frágeis.
Mecânica
A dureza do material cerâmico é uma propriedade que é de grande significado no que se refere à capacidade do material para resistir a penetração da superfície por meio de uma combinação de ruptura e é medida pelo teste de dureza Vickers.
A dureza e a fragilidade são as características fundamentais para descrever o material cerâmico. 
O termo fragilidade (brittleness) indica ausência de plasticidade e baixa resistência ao impacto. 
A resistência ao crescimento da trinca ou tenacidade à fratura é caracterizada pelo valor de K1C, que para as cerâmicas, depende do tamanho do grão e do comprimento da trinca e em alguns caso da geometria do corpo de prova. Depende também de fatores tais como taxa de deformação e microestrutura.
Mecanismos de reforço ocorrendo próximo da trinca: a) aparecimento de uma zona onde o comportamento é micro plástico ou uma zona de absorção de energia devido à transformação de fase na ponta da trinca; b) formação de pontes entre grãos aciculares ou entre fibras atrás da ponta da trinca; c) Mecanismo de compressão na cauda da trinca durante a formação da trinca ou devido à modificação da microestrutura do material.