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* * ESTRUTURAS E PROPRIEDADES CERÂMICAS Cap. 13 - Callister * * CERÂMICAS As Cerâmicas compreendem todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas. Classificação das cerâmicas: Óxidos; Nitretos; Carbetos Figura 1: Materiais cerâmicos: um dos três grandes grupos de materiais utilizados em engenharia. _1060368926/ole-[42, 4D, 16, 53, 04, 00, 00, 00] * * Convencionais Estruturais Vidros Louças Cimentos Avançadas Eletrônicos Ópticos Biomateriais CLASSIFICAÇÃO * * 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; A ligação atômica em cerâmicas é do tipo mista: covalente + iônica. CARACTERÍSTICAS GERAIS átomos Ligação Química * * ESTRUTURAS CERÂMICAS Pode ser definida pela: magnitude da carga elétrica de cada íon; os tamanhos relativos dos cátions e ânions; Cerâmicas estáveis : todos os ânions estão em contato com os cátions. Estáveis Instável * * NÚMERO DE COORDENAÇÃO Para um número de coordenação específico há uma razão crítica rc/ra para a qual o contato entre os íons é mantido. NC rc/ra geometria NC rc/ra geometria * * Estruturas Cristalinas do Tipo AX rc/ra = 0,56 NC = 6 rc = rNa = 0,102 nm ra = rCl = 0,181 nm SAL-GEMA (NaCl) rc = rZn = 0,074 nm ra = rS = 0,184 nm rc/ra = 0,40 NC = 4 BLENDA DE ZINCO (esfarelita- ZnS) A = Cátion, X = Ânion. rc/ra = 0,94 NC = 8 rc = rCs = 0,170 nm ra = rCl = 0,181 nm CLORETO DE CÉSIO (CsCl) * * Estruturas Cristalinas do Tipo AmXp Estrutura da Fluorita (CaF2) Estruturas Cristalinas do Tipo AmBnXp Estrutura do Titanato de bário (BaTiO3) – estrutura cristalina da perovskita rc = rCa = 0,100 nm ra = rF = 0,133 nm rc/ra = 0,75 NC = 8 * * IMPERFEIÇÕES NA CERÂMICA Defeitos pontuais: Defeito de Frenkel: par formado por uma lacuna de cátion e um cátion intersticial; Defeito de Schottky: par formado por uma lacuna de cátion e outra de ânion. Ambos não alteram a estequiometria do composto * * Defeitos pontuais – não estequiométricos: ocorrem quando um íon pode assumir mais de uma valência. Exemplo: No FeO o Fe tem geralmente valência +2. Se dois íons de Fe com valência +3 ocupam a rede, então teremos menos íons de Fe presentes e a estequiometria do material fica alterada. IMPERFEIÇÕES NA CERÂMICA * * IMPERFEIÇÕES NA CERÂMICA (Impurezas) Impurezas podem ser intersticiais ou substitucionais: Impureza substitucional – substituição de íon com carga elétrica semelhante; Impureza intersticial – o raio atômico da impureza deve ser pequeno em comparação ao do ânion; Solubilidade de impurezas aumenta se os raios iônicos e as cargas da impureza e dos íons hospedeiros é semelhante; A incorporação de uma impureza com carga elétrica diferente do íon hospedeiro gera defeitos pontuais. * * PROPRIEDADES MECÂNICAS Os materiais cerâmicos de sua aplicabilidade limitadas em certos aspectos devido às sua propriedades mecânicas, que em muitos aspectos são inferiores aquelas apresentadas pelo os metais. A principal desvantagem é uma disposição à fratura catastrófica de uma maneira frágil, com muito pouca absorção de energia. A temperatura ambiente, tanto a cerâmica cristalina como as não cristalinas quase sempre se fraturam antes de ocorrer uma deformação plástica, em resposta à aplicação de uma carga de tração. A medição teórica da resistência mecânica das cerâmicas (através das ligações interatômicas) são inferiores ao que ocorre na prática, isso devido a defeitos existente no material, os quais servem como concentradores de tensão, isto é, onde a magnitude se uma tensão de tração que é aplicada é amplificada. * * PROPRIEDADES MECÂNICAS * * PROPRIEDADES MECÂNICAS Deformação plástica em cerâmicas Cerâmicas Cristalinas: O deslocamento de discordâncias é muito difícil – íons com mesma carga elétrica são colocados próximos uns dos outros – REPULSÂO; (ligação iônica) No caso de cerâmicas onde a ligação covalente predomina o escorregamento também é difícil – LIGAÇÃO FORTE, NÚMERO LIMITADO DE SISTEMA DE ESCORREGAMNETO, DISCORDÂNCIA COMPLEXA. Cerâmicas Amorfas: Não há uma estrutura cristalina regular – A DEFROMAÇÃO PLÁSTICA NÃO OCORRE PELO MOVIMENTO DAS DISCORDÂNCIAS (NÃO EXISTE DISCORDÂNCIAS); Materiais se deformam por ESCOAMENTO VISCOSO. A resistência à deformação em um material não-cristalino é medida por intermédio de sua viscosidade. porosidade Resistência a flexão Módulo de elasticidade * * APLICAÇÕES E PROCESSAMENTO CERÂMICO Cap. 14 - Callister * * CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS COM BASE EM SUA APLICAÇÃO * * CONFROMAÇÃO DO VIDRO Conformação do vidro Temperatura de transição vítrea Temperatura De fusão Ponto de fusão Faixa de operação Ponto de amolecimento Ponto de recozimento Ponto de deformação * * PRODUTO * * PRODUTOS À BASE DE ARGILA Produtos estruturais; Louças brancas Composição do material: Argila; Quartzo (carga); Fundente Processo de conformação: Prensagem; Colagem de barbotina; Injeção; Extrusão * * * * SECAGEM E SINTERIZAÇÃO * * As reações provocadas nas várias etapas do ciclo de queima, constituem a base das seguintes conversões físicas e químicas: - Até 100°C: eliminação da água livre não eliminada totalmente na secagem; - ~ 200°C: elimina-se a água coloidal, que permanece intercalada entre as pequenas partículas de argila; De 350 a 650°C: combustão das substancias orgânicas contidas na argila; - De 450 a 650°C: decomposição da argila com liberação de vapor; - ~ 570°C: rápida transformação do quartzo; - Acima de 700°C: reações químicas da sílica com a alumina, formando sílicoaluminatos complexos que dão ao corpo cerâmico suas características de dureza, estabilidade, resistência física e química; - De 800 a 950°C: carbonatos se decompõem e liberam CO2 ; - Acima de 1000°C: os sílico-aluminatos que estão em forma vítrea começam amolecer, assimilando as partículas menores e menos fundentes, dando ao corpo maior dureza, compatibilidade e impermeabilidade. * * SECAGEM SINTERIZAÇÃO * * ATÉ A PRÓXIMA AULA!!
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