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ESTRUTURAS E PROPRIEDADES CERÂMICAS

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ESTRUTURAS E PROPRIEDADES CERÂMICAS
Cap. 13 - Callister
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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]
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Convencionais
 Estruturais
 Vidros
 Louças
 Cimentos 
Avançadas
 Eletrônicos
 Ópticos
 Biomateriais
CLASSIFICAÇÃO
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 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
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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
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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
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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)
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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
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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
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 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
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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.
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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.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
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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
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APLICAÇÕES E PROCESSAMENTO CERÂMICO
Cap. 14 - Callister
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS COM BASE EM SUA APLICAÇÃO
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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
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PRODUTO
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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
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SECAGEM E SINTERIZAÇÃO
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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.
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SECAGEM
SINTERIZAÇÃO
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