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3 - Materiais Cerâmicos

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MATERIAIS CERÂMICOS
Cubo de sílica de 
isolamento 
térmico. O interior 
do cubo está a 
MATERIAIS CERÂMICOS
do cubo está a 
1250ºC e pode 
ser manuseado 
sem proteção.
Usada no 
isolamento 
térmico do 
Ônibus Espacial.
� Materiais cerâmicos são geralmente
uma combinação de elementos
metálicos e não-metálicos (formam
óxidos, nitretos e carbetos)
� Geralmente a ligação predominante é 
iônica
Geralmente são isolantes de calor e 
ALUMINA
CARACTERÍSTICAS GERAIS
MATERIAIS CERÂMICOSMATERIAIS CERÂMICOS
� Geralmente são isolantes de calor e 
eletricidade, mas há supercondutores
� São mais resistêntes à altas
temperaturas (devido ao elvado PF) e 
à ambientes severos que metais e 
polímeros
� As cerâmicas são duras, frágeis, 
possuem um elevado módulo de 
elasticidade e elevada resistência ao
desgaste
� Em geral são leves (2-3 g/cm3)
SiC
MATERIAIS CERÂMICOS
OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA
MATERIAIS CERÂMICOSMATERIAIS CERÂMICOS
Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais
� Forma-se com átomos de diferentes eletronegatividades
(um alta e outro baixa) 
� Os elétrons de valência são “transferidos” entre átomos
produzindo íons
A LIGAÇÃO IÔNICA E AS 
ESTRUTURAS CRISTALINAS DAS CERÂMICAS
MATERIAIS CERÂMICOSMATERIAIS CERÂMICOS
produzindo íons
� A ligação iônica não é direcional e a atração é mútua
� A ligação é forte, por isso o PF dos materiais com esse tipo
de ligação é geralmente alto
Como conseqüência da ligação ser predominantemente iônica a
estrutura cristalina das cerâmicas são compostas por íons
carregados eletricamente (CÁTIONS E ÂNIONS). As características
dos íons que afetam a estrutura cristalina são a CARGA e o RAIO
IÔNICO.
LIGAÇÃO IÔNICA
� As forças atrativas eletrostáticas entre os átomos
são não-direcionais os átomos num material
iônico arranjam-se de forma que todos os íons
positivos têm como vizinhos mais próximos íons
negativos, sendo as forças atrativas iguais em todas
MATERIAIS CERÂMICOSMATERIAIS CERÂMICOS
negativos, sendo as forças atrativas iguais em todas
as direções.
� A magnitude da força obedece a Lei de Coulomb
MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
• Materiais cerâmicos são compostos sólidos inorgânicos 
formados pela aplicação de calor, algumas vezes calor e 
pressão, constituídos por ao menos: 
– um metal (M) e um sólido elementar não-metálico 
Cerâmica: definição moderna
MATERIAIS CERÂMICOS
– um metal (M) e um sólido elementar não-metálico 
(SENM) ou um não-metal (NM),
– dois SENM, ou
– um SENM e um não-metal (NM)
O termo cerâmico vem do grego keramikos, que significa
matéria prima queimada, indicando que a otimização das
propriedades desses materiais são normalmente atingidas
através de um processamento em alta temperatura.
Metais e não-metais
• Metais (M): Na, Mg, Ti, Cr, Fe, Ni, Zn, Al... 
• Não-metais (NM): N, O, H, halogênios, gases nobres...
MATERIAIS CERÂMICOS
• Não-metais (NM): N, O, H, halogênios, gases nobres...
• Sólidos elementares não-metálicos (SENM): isolantes 
(B, P, S, C ) ou semicondutores (Si, Ge)
ESTRUTURAS CRISTALINAS DAS CERÂMICAS
A extrema fragilidade e 
dureza dos cerâmicos vem 
da natureza das suas 
ligações atómicas iônicas 
ou covalentes
MATERIAIS CERÂMICOS
ou covalentes
As estruturas cristalinas, 
quando presentes,são 
extremamente complexas
Exemplo: o óxido de silício 
(SiO2) pode ter três formas 
cristalinas distintas: 
quartzo, cristobalite e 
tridimite
MATERIAIS CERÂMICOS
ESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
AX AmXp - AX2 (CaF2)
ESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
AmBnXp - ABX3 (BaTiO3)
PEROVSKITA
ESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
ESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS - DEFEITOS
COMPORTAMENTO MECÂNICO DE CERÂMICOS E VIDROS
COMPORTAMENTO FRÁGIL
• Característica típica dos 
cerâmicos: melhor 
resistência em compressão 
que em tração.
• Comportamento partilhado 
por ferros fundidos
• Ensaio de tracção é difícil de 
fazer e dá dispersão de 
resultados muito grande
• Fazem-se ensaios de flexão!
Al2O3 policristalina
COMPORTAMENTO MECÂNICO DE CERÂMICOS E VIDROS
MATERIAIS CERÂMICOS
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS
VIDRO-CERÂMICOSCRISTALINOS AMORFOS (VIDROS)
Incluem os cerâmicos à 
base de Silicatos, 
Óxidos, Carbonetos e 
Nitretos
Em geral com a mesma 
composição dos 
cristalinos, diferindo no 
processamento
Formados inicialmente 
como amorfos e 
tratados termicamente
O Silício e o Oxigênio 
formam cerca de 75% 
da crosta terrestre, da crosta terrestre, 
sendo materiais de 
ocorrência comum na 
natureza e de baixo 
custo !
As cerâmicas avançadas
são baseadas em óxidos, 
carbonetos e nitretos 
com elevados graus de 
pureza
Classificação dos materiais cerâmicos - aplicação
MATERIAIS CERÂMICOS
PRINCIPAIS APLICAÇÕES
MATERIAIS CERÂMICOS
CERÂMICAS CRISTALINAS DE SILICATOS
----7228Mulita refractária
545-2550-70Tijolo refractário
496Sílica refractária
Outro
sCaOMgOK2OAl2O3SiO2
Composição (% em peso)
264925Cimento Portland
130564Porcelana steatite
163261Porcelana eléctrica
----7228refractária
Os cerâmicos cristalinos à base de Silicatos 
não são usados como materiais estruturais 
(não são considerados cerâmicos avançados)
CERÂMICAS CRISTALINAS SEM SILICATOS
BaTiO3
ZrO2
UO2
Cr2O3
MgO.Al2O3
MgO
Al2O3
Comp.
Componentes electrónicos
Isolamento térmico (estab. com 10%CaO)
Combustível em reactores nucleares
Revestimentos para resist. ao desgaste
Idem
Resistência ao desgaste
Isolamento térmico e eléctrico
Utilização
Dióxido de urânio
Zircónia (parcial.) estabilizada
Titanato de Bário
Óxido de Crómio
Spinel
Magnésia, magnésia 
refractária
Alumina, alumina refractária
Nome comum
NiFe2O4
BaTiO3
Componentes “magnéticos”
Componentes electrónicosTitanato de Bário
Ferrite de Níquel
BN
B4C
WC
TaC
TiC
Si3N4
SiC
Comp
AbrasivosCarboneto de Boro
IsolamentoNitreto de Boro
Ferramentas de corteCarboneto de Tungsténio
Resistência ao desgasteCarboneto de Tântalo
Resistência ao desgasteCarboneto de Titânio
Resistência ao desgasteNitreto de Silício
AbrasivosCarboneto de Silício
UtilizaçãoNome comum
VIDROS (CERÂMICOS AMORFOS)
Vidro p/ química
Vidro alta pureza(*)
UtilizaçãoNa2O
54
Al2O3
13
B2O3
76
100
SiO2
1Borosilicato
Sílica vítrea
PbOZnOK2OMgOCaO
MATERIAIS CERÂMICOS
Revestimento p/ 
metais
Fibras p/ compósitos
Vidro p/ química
61171660Verniz
14
14
4
15
2
1
3
8
34
54
73
72
4217Enamel
22Fibra vidro E
10Vidro (conten.)
48Vidro (janelas)
Borosilicato
VIDROS
O vidro é uma substância inorgânica, homogênea e amorfa. É obtido 
através do resfriamento de uma massa líquida à base de sílica e 
outros minerais.
Componentes dos vidros:
MATERIAIS CERÂMICOS
Componentes dos vidros:
Vitrificantes (dióxido de silício SiO2, carbonato de sódio – Na2CO3, 
carbonato de cálicio – CaCO3): conferem as características vítreas;
Fundentes (óxido de sódio - Na2O e óxido de potássio - K2O): 
facilitam a fusão da massa vitrificante;
Estabilizantes (óxido de cálcio - CaO, óxido de magnésio - MgO e 
óxido de zindo - ZnO): conferem estabilidade química no processo de 
fabricação.
PROPRIEDADES DOS VIDROS
- Não ocorre cristalização (ordenação dos íons em uma
estrutura cristalina) durante o resfriamento.
- Quando o líquido é resfriado, aumenta a sua viscosidade (e diminui 
MATERIAIS CERÂMICOS
- Quandoo líquido é resfriado, aumenta a sua viscosidade (e diminui 
o seu volume) até que a viscosidade aumente tanto que o material 
comece a apresentar o comportamento mecânico de um sólido.
- Não existe uma temperatura de fusão cristalina, mas
uma temperatura de transição vítrea ( Tg ).
MATERIAIS CERÂMICOS
VIDROS
Cerâmica tradicional x avançada
Cerâmica Matérias-
primas
Estrutura Proprie-
dades
Processa-
mento
Aplicações
Tradicional
(silicatos)
naturais,
minerais
não-uniforme,
porosa
mecânica,
estética
olaria,
colagem,
construção,
produtos
MATERIAIS CERÂMICOS
(silicatos) minerais
industriais
(<98%
pureza)
porosa estética colagem,
prensagem,
extrusão,
queima
produtos
domésticos
Avançada
(alto de-
sempenho,
alta tecno-
logia)
produtos
químicos
industriais
(>98%
pureza)
homogênea,
menos porosa
elétrica,
magnética,
nuclear, ótica,
mecânica,
térmica,
química,
biológica
prensagem
isostática,
moldagem
por injeção,
sinterização,
ligação por
reação
eletrônica,
estrutural,
química,
refratários
Produtos – áreas de aplicações (funções) 
� Térmica
� Elétrica
� Magnética
Ótica
MATERIAIS CERÂMICOS
� Ótica
� Nuclear
� Química
� Biológica
� Mecânica
� Estética
Funções térmicas
Funções Classes Aplicações Exemplos
condutividade trocadores de calor
para pacotes
eletrônicos
AlN
MATERIAIS CERÂMICOS
eletrônicos
Térmicas isolamento revestimentos
isolantes para fornos
de alta temperatura
fibras de SiO2, Al2O3,
ZrO2
refratariedade revestimentos
isolantes para fornos
de alta temperatura
(metais fundidos,
escórias)
SiO2, Al2O3, ZrO2
Funções elétricas
Funções Classes Aplicações Exemplos
condutividade elementos de
aquecimento para
fornos
SiC, ZrO2, MoSi2
MATERIAIS CERÂMICOS
fornos
Elétricas ferroeletricidade capacitores BaTiO3, SrTiO3
isolamento substratos de circuitos
eletrônicos
Al2O3, AlN
Funções magnéticas
Funções Classes Aplicações Exemplos
magnetos duros ímãs de ferrite (Ba,Sr)O·6Fe2O3
MATERIAIS CERÂMICOS
Magnéticas e
super-
condutoras
magnetos moles núcleos de
transformadores
(Zn,M)·6Fe2O3, com
M=Mn,Co, Mg
supercondutividade fios e magnetômetros YBa2Cu3O7
Funções óticas
Funções Classes Aplicações Exemplos
translucência materiais para
lâmpadas de Na
Al2O3, MgO
MATERIAIS CERÂMICOS
Óticas transparência cabos de fibra ótica SiO2
transparência ao
infravermelho
janelas para laser
infravermelho
CaF2, SrF2, NaCl
Funções nucleares
Funções Classes Aplicações Exemplos
fissão combustível UO3, UC
MATERIAIS CERÂMICOS
Nucleares fissão moderadores de
nêutrons
C, BeO
fissão, fusão revestimentos em
reatores
C, SiC
Funções químicas
Funções Classes Aplicações Exemplos
catálise suporte de catalisador Mg2Al4Si5O15
MATERIAIS CERÂMICOS
Químicas condutividade
sensitiva a gases
sensores de gases ZnO, ZrO2, SnO2,
Fe2O3
separação filtros SiO2, Al2O3
Funções biológicas
Funções Classes Aplicações Exemplos
biocompatibilidade cimentos CaHPO4·2H2O
MATERIAIS CERÂMICOS
Biológicas biocompatibilidade próteses estruturais Al2O3
Funções mecânicas
Funções Classes Aplicações Exemplos
dureza ferramentas de corte Al2O3, Si3N4, ZrO2, TiC
MATERIAIS CERÂMICOS
Mecânicas refratariedade
estrutural
estatores e lâminas de
turbina
Al2O3, Si3N4, MgO, SiC
resistência a desgaste,
abrasão
mancais Al2O3, Si3N4, ZrO2, SiC
Funções estéticas
Funções Classes Aplicações Exemplos
cerâmica de mesa pratos, xícaras, vasos louça, porcelana
MATERIAIS CERÂMICOS
Estéticas cerâmica de
revestimento
pisos, azulejos grés, porcelanato
cerâmica sanitária vasos sanitários, pias louça, porcelana
PROCESSAMENTO 
INDUSTRIAL 
CERÂMICO
Matérias-primas
Dosagem
Aditivos Aditivos
Reciclo Reciclo
Moagem/
mistura 
a seco
Moagem/
mistura 
a úmido
Classificação
Granulação Atomização Filtro-prensagem
MATERIAIS CERÂMICOS
Mistura/deaeração
Prensagem Conformação 
plástica
Colagem
Secagem Secagem Secagem 
Acabamento 
superficial 
Acabamento 
superficial 
Tratamento térmico
Acabamento superficial final
Tipos Seqüência de processamento
Cerâmica pó → forma → calor
Vidro pó → calor → forma
MATERIAIS CERÂMICOS
PROCESSAMENTODE 
CERÂMICAS
AVANÇADAS
MÉTODOS DE CONFORMAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
ETAPAS DA FORMAÇÃO DE PEÇAS CERÂMICAS – PRENSAGEM UNIAXIAL DO PÓ
DIFUSÃO NO CONTORNO DE GRÃO E VOLUME
MATERIAIS CERÂMICOS
MICROESTRUTURA DA CERÂMICA DE TANTALATO DE MAGNÉSIO E BÁRIO 
OBTIDA POR PRENSAGEM UNIAXIAL
MATERIAIS CERÂMICOS
COLAGEM DE BARBOTINA
EXEMPLO: CERÂMICAS SANITÁRIAS
MATERIAIS CERÂMICOS
QUEIMA DAS PEÇAS APÓS SECAGEM
MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
CONFORMAÇÃO DE PRODUTOS DE VIDRO
MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
ÓXIDOS: PODEM SER SIMPLES OU MISTOS
• EXEMPLOS DE ÓXIDO SIMPLES:
- Alumina (Al2O3), 
- Berília (óxido de berilo), 
MATERIAIS CERÂMICOS
- Magnésia (óxido de Mg), 
- Zirconia (óxido de zircônio),
- Tória (óxido de tório)
- Sílica (SiO2)
ÓXIDO MISTOS: são misturas de alumina, 
magnésia e sílica
ALUMINA
• CARACTERÍSTICAS:
- Baixo custo
MATERIAIS CERÂMICOS
- Baixo custo
- Boas propriedades mecânicas
- Excelente resitividade elétrica e dielétrica
- Resistente à ação química
- Aplicações: isoladores elétricos, aplicações
aeroespaciais, componentes resistentes à abrasão,….
BERÍLIA
• CARACTERÍSTICAS:
- Apresenta boa condutividade térmica
- Alta resistência Mecânica
MATERIAIS CERÂMICOS
- Alta resistência Mecânica
- Boas propriedades dielétricas
- É cara e difícil de trabalhar
- A poeira é tóxica
- Aplicações: giroscópios, transistores, resistores, …
ZIRCÔNIA
• CARACTERÍSTICAS:
- Apresenta-se em várias formas (monoclínica, cúbica
MATERIAIS CERÂMICOS
- Apresenta-se em várias formas (monoclínica, cúbica
estabilizada,..)
- A zircônica estabilizada apresenta:
� Alta tempratura de fusão (2760°C)
� Baixa condutividade térmica
� Alta resistência à ação química
TÓRIA
• CARACTERÍSTICAS:
MATERIAIS CERÂMICOS
- É o material cerâmico mais estável e o de mais alto 
ponto de fusão (3315°C)
- Aplicado em reatores nucleares
PROPRIEDADES TÍPICAS DE ÓXIDOS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS
OUTROS TIPOS DE MATERIAIS 
CERÂMICOS
• CARBONETOS:
- Carboneto de tungstênio, carboneto de silício
MATERIAIS CERÂMICOS
- Carboneto de tungstênio, carboneto de silício
(conhecido como carborundum), carbonto de titânio.
• BORETOS:
- Boretos de hafnio, tântalo, tório, titânio, zircônio
• NITRETOS DE BORO E SILÍCIO:
- Os nitretos de boro tem dureza equivalente ao
diamante e resiste sem oxidação até 1926°C
VIDROS DA FAMÍLIA SODA-CAL
• São os mais antigos, mais baratos e mais
utilizados
• São de fácil conformação
MATERIAIS CERÂMICOS
• São de fácil conformação
• Podem ser usados até temperaturas de 460°C 
no estado recozido e até 250°C no estado
temperado
• Aplicações:
• Janelas, garrafas, copos,…
VIDROS AO CHUMBO
• Têm alta resistividade elétrica
• Custo relativamente baixo
MATERIAIS CERÂMICOS
• Aplicações:
• Tubulações de sinalização de neônio, 
diversos componentes ópticos, …
VIDROS AO SILICATO DE BORO
• Têm excelente durabilidade química
• Excelente resitência ao calor e ao choque
térmico
• O tipo mais + comum é o pyrex e o kovar
MATERIAIS CERÂMICOS
• O tipo mais + comum é o pyrex e o kovar
• Aplicações:
• Vedações, visores, medidores, tubulações, 
espelhos de telescópios,vidros de 
laboratórios, vidros de fornos,…
VIDROS AO SILICATO ALUMINOSO
• São de custo elevado
• Apresentam boa resistência a temperaturas
relativamente elevadas e boa resistência ao
choque térmico
MATERIAIS CERÂMICOS
choque térmico
• Boa resistência `a produtos químicos
• Aplicações:
• Termômetros para altas temperaturas, 
tubos de combustão, utensílios para
empregos em fornos de cozinhar,…
VIDROS DE SÍLICA FUNDIDA
• São constituídos 100% de sílica
• São muito puros e um dos mais transparentes
• São os mais resistentes à temperatura (resistem até 1260°)
• Possuem excelente resistência ao choque térmico e à ação
MATERIAIS CERÂMICOS
• Possuem excelente resistência ao choque térmico e à ação
de agentes químicos
• São de custo elevado e de conformação difícil
• Aplicações:
• Especiais como sistemas ópticos de laboratório, 
instrumentos para laboratório de pesquisa
FIMFIM

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