Cerâmicas avançadas - Metalurgia do Pó

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Amanda Alves de Souza
Jean Paulo Carneiro Junior
Thiago Lenon Barros da Silva
Metalurgia do Pó e Polímeros
Cerâmicas Avançadas
Universidade Federal da Grande Dourados – UFGD
Faculdade de Engenharia
Orientador: Edilson Nunes Pollnow
Brasil
Agosto, 2017
Sumário
1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 CERÂMICAS TRADICIONAIS E CERÂMICAS AVANÇADAS . . . 5
3 APLICAÇÃO DAS CERÂMICAS AVANÇADAS . . . . . . . . . . . 7
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
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1 Introdução
Cerâmicos são materiais inorgânicos não metálicos com baixa densidade e alta
resistência térmica e química e com grande variedade em suas composições tornando-os
adequados para diversas funções em que apenas os mesmos sejam capazes de executar. A
maioria das cerâmicas são compostos formados entre elementos metálicos e não metálicos,
para os quais as ligações interatômicas são totalmente ou predominantemente iônicas, mas
com alguma natureza covalente (CALLISTER; RETHWISCH, 2011).
As propriedades desses materiais cria especificidades que tornam foco de pesquisas
para aplicações de materiais em casos mais extremos como na área medicinal ou aplicações
à alta temperatura, dessa maneira, mudanças e criação na composição de cerâmicos tem
sido realizadas para que o mesmo atenda a essa funções de alta especificação abrindo espaço
para novas áreas de estudo na aplicação de materiais. Esses cerâmicos com determinada
eficácia são dominados cerâmicos especiais ou cerâmicos avançados e que será discorrido
neste trabalho.
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2 Cerâmicas tradicionais e cerâmicas avança-
das
Podemos chamar as cerâmicas avançadas de: cerâmicas finas ou cerâmica de alta
tecnologia, esse nome tem origem pelo fato de que normalmente, são trabalhadas com
matérias-primas sintéticas, ou seja, obtidas por meio de reações químicas onde essa matéria
prima se torna mais purificada (INFOESCOLA, 2017). Já as cerâmicas tradicionais não
são submetidas a reações químicas, portanto, considera-se que a matéria-prima é natural.
Se analisarmos alguns exemplos como os tijolos comuns que são feitos de cerâmicas
tradicionais, já tijolos refratários, que são usados em churrasqueiras, ou seja, que suportam
altos índices de calor, são feitos de cerâmicas avançadas. Isso nos faz concluir que caso haja
necessidade de um material mais nobre, que tenha que suportar altas tensões, utilizamos as
cerâmicas de alta tecnologia, já caso precisamos de algo que seja mais simples, utilizamos
as tradicionais.
A grande maioria das cerâmicas avançadas possui bases de composição alguns
elementos de uma família de compostos conhecida como óxidos de terras raras, que são
capazes de lhe fornecer maior dureza (C.R.Q., 2017). Elas são produzidas a partir de pós
de complexos compostos químicos e sua produção exige um controle cuidadoso e preciso
em cada etapa da produção (MACEA, 2017). Hoje em dia, estudos e desenvolvimentos se
caminham em direção para permitir maior controle em nível atômico desses compostos.
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3 Aplicação das cerâmicas avançadas
Componentes de turbinas a gás – onde combustível é oxidado a temperaturas
superiores a 1000◦C – , como rolamentos, começam a ser fabricados com materiais cerâmicos
avançados, como por exemplo a cerâmica sílica Si3N4 (Figura 1). As propriedades desses
materiais garantem uma melhor eficiência.
Cerâmicas avançadas também estão sendo usadas em peças de motores, especial-
mente os automobilísticos, freios e outros partes que são submetidas a altas temperaturas
(Figura 2). Ainda no setor de transportes, proteção balísticas também são fabricadas a
partir dessas cerâmica.
Na indústria temos cerâmicas avançadas na fabricação de componentes de válvulas
de exaustão, bicos de nebulização, componentes de alta performance para selagem metal-
mecânica, entre outros. Em sua maioria essas cerâmicas possuem base sílica.
A alumina (Al2O3) é utilizada como matéria prima para uma ampla gama de
produtos cerâmicos avançados [...], é um material de elevada dureza, excedido apenas
pelo diamante, compostos de sílica e materiais sintéticos. Outra propriedade útil desse
material é seu ponto de fusão, i.e., acima de 2000◦, o que o torna útil como refratário
(DAVIS, 2010). Compostos de alumina são usadas para a fabricação de filtros de materiais
a altas temperaturas, ou filtros seletivos, como os usados em aquários para a filtragem
biológica. Importante comentarmos que, esses últimos, podem passar por tratamentos
químicos superficiais.
No campo da eletrônica, grande parte dos componentes piezoeletrônicos possuem
aplicação de cerâmicas avançadas a base de sílica, possuindo também misturas com terras
raras. De forma semelhante, as cerâmicas avançadas atuam largamente na ótica, principal-
mente na fabricação de fibra ótica. Estudos mais modernos apontam para aplicações em
eletrólitos para células a combustível.
Outro campo onde as cerâmicas avançadas tem crescido de forma considerável é na
bioengenharia, onde esses materiais são usados em próteses de cabeça femoral, menisco e
outros, além de implantes odontológicos. Essas próteses são fabricadas geralmente em base
de alta alumina (Figura 3). (MONTAZERIAN; ZANOTTO, 2016) sugere que as cerâmicas
avançadas e as vitrocerâmicas são um campo promissor e um "potencial impulso para o
avanço tecnológico".
Como não poderia deixar de comentar, na vida cotidiana as cerâmicas avançadas
também tem avançado através dos vitrocerâmicos a base de ZrO2, temos com isso a
fabricação de diversos objetos domésticos de cozinha e peças de lareiras e fornos, objetos
8 Capítulo 3. Aplicação das cerâmicas avançadas
onde a solicitação térmica e elevada.
Figura 1 – Montagem de turbina a gás. Fonte (USACA, 2017)
Figura 2 – Patilhas de frios cerâmicas. Fonte (FREIOS, 2017)
Figura 3 – Prótese de cabeça femoral. Fonte (SUBSTECH, 2017)
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4 Considerações Finais
Até o metade do século passado os materiais mais importantes na categoria dos
cerâmicos, eram ditos "cerâmicas tradicionais", onde sua principal base era a argila. O
progresso no estudo das ciências e engenharia dos materiais proporcionou um novo campo
de pesquisa, as cerâmicas avançadas, alargando as áreas de aplicações desses materiais em
função de suas propriedades. A Figura 4 da-nos uma ideia da relação entre propriedades e
aplicações da cerâmicas.
Figura 4 – Tabela comparativa das cerâmicas e suas propriedades e aplicações. Fonte
(SUBSTECH, 2017)
Toda a discussão e informações expostas nesse trabalho, levam-nos a considerar
que apesar das limitações encontradas no processamento e na utilização das cerâmicas
avançadas, essas por sua vez, apresentam um vasto campo de melhoramento, para a ciência
e para a qualidade de vida da pessoa humana.
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Referências
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Materials science and engineering. [S.l.]: John
Wiley & Sons NY, 2011. v. 5. Citado na página 3.
C.R.Q. CerâmicasCerâmicas. 2017. Disponível em: <http://www.crq4.org.br/quimica_
viva__ceramicas_>. Citado na página 5.
DAVIS, K. Material review: Alumina (al 2 o 3). School of Doctoral Studies European
Union Journal, n. 2, 2010. Citado na página 7.
FREIOS, B. A. Freios cerâmicos Freios cerâmicos. 2017. Disponível em: <https:
//freiosbreque.com.br/pastilhas-de-freio-de-ceramica/>. Citado na página 8.
INFOESCOLA. CerâmicasCerâmicas. 2017. Disponível em: <http://www.infoescola.com/
materiais/ceramica/>. Citado na página 5.
MACEA. A Estrutura Atômica das cerâmicas avançadasCerâmicas. 2017. Disponível em:
<http://www.macea.com.br/noticias/a-estrutura-atomica-das-ceramicas-avancadas>.
Citado na página 5.
MONTAZERIAN, M.; ZANOTTO, E. D. Bioactive and inert dental glass-ceramics.
Journal of Biomedical Materials Research Part A, Wiley Online Library, 2016. Citado na
página 7.SUBSTECH. Tribological properties and applications of alumina SubsTech. 2017. Disponível
em: <http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=tribological_properties_and_
applications_of_aluminahttps://freiosbreque.com.br/pastilhas-de-freio-de-ceramica/>.
Citado 2 vezes nas páginas 8 e 9.
USACA. Advanced Ceramics Advanced Ceramics. 2017. Disponível em: <https:
//advancedceramics.org/>. Citado na página 8.
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	Sumário
	Introdução
	Cerâmicas tradicionais e cerâmicas avançadas
	Aplicação das cerâmicas avançadas
	Considerações Finais
	Referências