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Aplicações da alumina (na engenharia mecânica
Aldair Higino Domingos António, yudeantonio@gmail.com
Edgar Américo de Fátima Vumpa, ed.vumpa@gmail.com
Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências, Departamento de Engenharia e Tecnologias, 
Resumo:Nos processos de fabricação da cerâmica existem diversos fatores que contribuem para as características do produto final.Devido a isso,muitos pesquisadores têm trabalhado nos estudo da alumina() e a sua aplicação na engenharia mecânica,bem como as suas propriedades.
Palvra chave:Cerâmica,Alumina(),Propriedaes.
1.Introdução
Os materiais cerâmicos já foram discutidos sucintamente na cadeira de Materiais de Engenharia 1,que observou que eles são materiais inorgânicos e não-metálicos.A maioria das cerâmicas são compostos formados entre elementos metálicos e não metálicos,para os quais as ligações interatômicas ou são totalmente iônicas ou são predominantemente iônicas,mas com alguma natureza covalente.
O termo cerâmica vem da palavra grega Keramikos,que significa matéria queimada,indicando que as propriedades desejáveis desses materiais são obtidas normalmente por meio de um processo de tratamento térmico a alta temperatura chamado cozimento.
Até cerxa de 60 anos atrás,os materiais mais importantes nessa categoria eram denominados cerâmicas tradicionais sendo aqueles para os quais a matéria-prima principal é a argila;Os produtos considerados cerâmicas tradicionais são a porcelana usada em louças,porcelana,tijolos,telhas e,além desses, os vidros e as cerâmicas de alta temperatura.
Recentemente,foi realizado um progresso significativo em relação à compreensão da natureza fundamental desses materiais e dos fenômenos que ocorrem neles,responsáveis por suas propriedades únicas.Consequentemente,uma nova geração desses materiais foi desenvolvida, e o termo cerâmica tomou o significado muito mais amplo.Em grau ou outro,esses novos materiais causam um efeito consideravelmente drástico sobre nossas vidas;As indústrias de componentes eletrônicos,computadores,comunicação,aeroespacial,e uma gama de outras indústrias dependem do uso desses materiais.
Este trabalho consistiu na aplicação da alumina(), na engenharia mecânica,o estudo das propriedades dos materiais cerâmicos,classificação e bem como a sua aplicação.
2.Classificação dos Materiais Cerâmicos
Existem diferenças significantes entre as propriedades físicas dos metais, das cerâmicas e dos polímeros. Conseqüentemente, estes materiais são utilizados em tipos de aplicações totalmente diferentes e, assim, tendem a complementar uns aos outros. 
A maioria dos materiais cerâmicos cai no esquema de aplicação e classificação que inclui os seguintes grupos: vidros, produtos de argila estrutural, cerâmica branca, refratários, abrasivos, cimentos, e as recentemente desenvolvidas cerâmicas avançadas.
Os materiais cerâmicos se classificam em: 
1) Vidros: 1.1) Vidros e 2.2) Vitros-Cerâmicos; 
2) Produtos de Argila: 2.1) Produtos Estruturais de Argila, 2.2) Cerâmica de Louça Branca; 
3) Refratários: 3.1) Refratários de Argila Cozida (Chamote), 3.2) Refratários de Sílica, 3.3) Refratários Básico e 3.4) Refratários Especiais; 
4) Abrasivos; 
5) Cimentos; 
6) Cerâmicas Avançadas
3.Materiais Cerâmicos Óxidos
Convencionou-se designar áxidos cerâmicos a um conjunto de óxidos que, por possuírem certas propriedades, sõ amplamente usados me diferentes ramos industriais. Estes materiais baseiam-se, na maioria dos casos, em óxidos de apenas um elemento metálico, como por exmplo , , , , , etc. 
As propriedades destes óxidos são frequentemente melhoradas quanto maior for o grau de pureza. Normalmente, adiciona-se, controladamente, aditivos, com o objetivo de otimizar o processo de fabricação e/ou melhorar as propriedades finais das peças sinterizadas. 
Em outros casos, somente com uma mistura de dois ou mais óxidos adquiri-se determinadas propriedades. Este caso refere-se aos óxidos cerâmicos usado na tecnologia elétrica/eletrônica.
O alumínio é o terceiro metal mais abundante da crosta terrestre e tem atualmente uma produção que supera a soma de todos os outros metais não ferrosos, como o cobre, chumbo, estanho e níquel. A rocha-minério do qual se obtém o alumínio é a bauxita.O alumínio não é encontrado na forma metálica na natureza, mas em forma de óxido, a alumina (Al2O3), componente químico da bauxita, a qual possui mais de 40% do óxido (Sampaio et al., 2005). O beneficiamento ou processamento da rocha-minério tem como produto final a alumina, que sofre um processo de redução para a obtenção do alumínio metálico no estado líquido. 
A alumina, ou óxido de alumínio, é o item de maior custo na produção de alumínio. É preciso ter alumina de excelente qualidade para produzir um metal de qualidade e de baixo impacto ambiental. A produção mundial de quase 100 milhões de toneladas é feita principalmente com bauxita, empregando o processo Bayer.A alumina é um material que apresenta boas proriedades mecâncicas,com elevados valores de módulo de elasticidade,dureza,resistência à compressão e resistência ao desgaste.No entanto,apresenta fore tendência a falhas catastróficas.A influência de aditivos na sinterização de alumina tem sido estudada por diversos autores.Esses aditivos consistem de óxidos que promovem a ormação de uma fase líquida com a alumina,permitindo que a sinterização ocorra a uma temperatura inferior.O problema da formação da fase líquida é que ela implica normalmente na degradação das propriedades termomecânicas(Tenacidade,por exemplo) e ainda no desgaste por abrasão.
Óxido de Alumínio() - Alumina cerâmica calcinada é extensivamente aplicada em diferentes campos da tecnologia moderna. Este fato está ligado às várias propriedades deste óxido, tais como propriedades elétricas, alta resistência a abrasão e ao desgaste, resistência a altas temperaturas e o seu caráter inerte; associados a grande disponibilidade e custo do pó de () e a relativa facilidade de processamento e sinterização de peças cerâmicas. 
Por ser um material muito empregado na alta tecnologia, a literatura já dispõe de muitas informações técnicas a respeito do processamento para obtenção do pó de (), do comportamento de sinterização e das propriedades das peças sinterizadas.
 As principais aplicações da alumina cerâmica são: - Na indústria elétrica eletrônica: como isoladores, substratos para microeletrônica, lâmpadas de discargas, selagem de componentes metal-cerâmicos, etc. - Na industria mecânica: como guia de fios na indústria têxtil, componentes de máquinas na indústria de fio, arame e papel, componentes de bombas e máquinas de combustão na indústria automotiva, ferramente de corte, abrasivo para polimento, etc. Na Medicina: como implantes biológicos. Na Indústria bélica: Como blindagem de veículos militares, helicópteros, etc.
Alumina(),a preparação de pós para cerâmica avançada à base de óxidos fornece maior flexibilidade devido aos precursores serem solúveis em água. Existem vários métodos a saber: - Precipitação - Decomposição de Sais - Recristalização, etc. 
As vantagens das técnicas de solução são: - Facilidade de preparação - Controle rígido da decomposição e homogeneização - Pureza do material
O uso de sais de alumínio de alta pureza tais como sulfatos, nitratos, acetatos, cloretos, etc. fornecem aluminas de alta pureza. O processo típico involve: - Dissolução dos reagentes - Cristalização controlada para segregar as impurezas (geralmente mais do que uma) - Calcinação para converter o sal em alumina Materiais preprados por esta técnica estão disponíveis comercialemente com alta pureza, larga faixa de tamanho de partículas e área específica variando de 2 a 30 /m g2 . Outra técnica de síntese de alumina é o processo sol-gel que pode fornecer material com um total de impurezas 50 ppm . A melhoria na qualidade das aluminas está associada a um grande aumento no custo, porém o consumo vem aumentando acentuadamente visto que a relação custo x benefício é bastante satisfatória para muita aplicações.3.1.Áreas de aplicação da alumina
Para a produção de alumínio pelo processo de Hall-Héroult;
Outras aplicações industriais incluem abrasivos,aditivos em plásticos e suporte de catalisação em catalisadores industriais. 
3.2.Processo eletrolítico de alumina
Neste processo, o oxigênio na alumina reage com os ânodos de carbono e os cátodos formando e alumínio. A alumina é transportada dos silos de armazenamento e alimentada em uma caixa de minério centralmente localizada sobre a célula. O recipiente então fornece a célula com alumina conforme necessário.
O pó de criolita (fluoreto de sódio) e a alumina são carregados na célula. A corrente elétrica CC de baixa voltagem e alta intensidade é aplicada na haste de barramento de ânodo de onde é transmitida para o bloco de ânodo, enquanto a monitoração da temperatura do barramento DC de fundição de alumínio é realizada na sala de controle. 
A corrente passa do bloco de ânodo, através da mistura de criolita e alumina no cátodo, e no processo a alumina é reduzida, tornando-se alumínio fundido. O alumínio fundido cai para o fundo da célula de onde é removido por um sifão em um cadinho e transportado em seu estado fundido para a casa do elenco para passar pelo próximo processo.
3.3.Vantagens do alumínio
As características do alumínio permitem que ele tenha uma diversa gama de aplicações. Por isso, o metal é um dos mais utilizados no mundo todo. Material leve, durável e bonito, o alumínio mostra uma excelente performance e propriedades superiores na maioria das aplicações. Produtos que utilizam o alumínio ganham também competitividade, em função dos inúmeros atributos que este metal incorpora, como pode ser conferido a seguir:
Leveza
Característica essencial na indústria de transportes, a leveza do alumínio representa menor consumo de combustível, menor desgaste, mais eficiência e capacidade de carga. Para o setor de alimentos, traz funcionalidade e praticidade às embalagens por seu peso reduzido em relação a outros materiais.
Elevada condução de energia
O alumínio é um excelente meio de transmissão de energia, seja elétrica ou térmica. Um condutor elétrico de alumínio pode conduzir tanta corrente elétrica quanto um de cobre, que é duas vezes mais pesado e, conseqüentemente, caro. Por isso, o alumínio é muito utilizado pelo setor de fios e cabos. O metal também oferece um bom ambiente de aquecimento e resfriamento. Trocadores e dissipadores de calor em alumínio são utilizados em larga escala nas indústrias alimentícia, automobilística, química, aeronáutica, petrolífera, etc. Para as embalagens e utensílios domésticos, essa característica confere ao alumínio a condição de melhor condutor térmico, o que na cozinha é extremamente importante.
Impermeabilidade e opacidade 
Característica fundamental para embalagens de alumínio para alimentos e medicamentos. O alumínio não permite a passagem de umidade, oxigênio e luz. Essa propriedade faz com que o metal evite a deterioração de alimentos, remédios e outros produtos consumíveis
Alta relação,resistência/peso 
Importante para a indústria automotiva e de transportes, confere um desempenho excepcional a qualquer parte de equipamento de transporte que consuma energia para se movimentar. Aos utensílios domésticos oferece uma maior durabilidade e manuseio seguro, com facilidade de conservação. Com uma resistência à tração de 90 Mpa, por meio do trabalho a frio, essa propriedade pode ser praticamente dobrada, permitindo seu uso em estruturas, com excelente comportamento mecânico, aprovado em aplicações como aviões e trens.
Beleza
O aspecto externo do alumínio, além de conferir um bom acabamento apenas com sua aplicação pura, confere modernidade a qualquer aplicação por ser um material nobre, limpo e que não se deteriora com o passar do tempo. Por outro lado, o metal permite uma ampla gama de aplicações de tintas e outros acabamentos, mantendo sempre o aspecto original e permitindo soluções criativas de design.
Durabilidade
O alumínio oferece uma excepcional resistência a agentes externos, intempéries, raios ultravioleta, abrasão e riscos, proporcionando elevada durabilidade, inclusive quando usado na orla marítima e em ambientes agressivos. O alumínio tem uma autoproteção natural que só é destruída por uma condição agressiva ou por determinada substância que dissipe sua película de óxido de proteção. Essa propriedade facilita a conservação e a manutenção das obras, em produtos como portas, janelas, forros, telhas e revestimentos usados na construção civil, bem como em equipamentos, partes e estruturas de veículos de qualquer porte. Nas embalagens é fator decisivo quanto à higienização e barreira à contaminação.
Maleabilidade e soldabilidade 
A alta maleabilidade e ductibilidade do alumínio permite à indústria utilizá-lo de diversas formas. Suas propriedades mecânicas facilitam sua conformação e possibilitam a construção de formas adequadas aos mais variados projetos.
Resistência à corosão 
O alumínio tem uma auto-proteção natural que só é destruída por uma condição agressiva ou por determinada substância que dissipe sua película de óxido de proteção. Essa propriedade facilita a conservação e a manutenção das obras, em produtos como portas, janelas, forros, telhas e revestimentos usados na construção civil, bem como em equipamentos, partes e estruturas de veículos de qualquer porte. Nas embalagens é fator decisivo quanto à higienização e barreira à contaminação.
Resistência e dureza 
Ao mesmo tempo em que o alumínio possui um alto grau de maleabilidade, ele também pode ser trabalhado de forma a aumentar sua robustez natural. Com uma resistência à tração de 90 Mpa, por meio do trabalho a frio, essa propriedade pode ser praticamente dobrada, permitindo seu uso em estruturas, com excelente comportamento mecânico, aprovado em aplicações como aviões e trens.
Possibilidade de muitos acabamentos 
Seja pela anodização ou pela pintura, o alumínio assume a aparência adequada para aplicações em construção civil, por exemplo, com acabamentos que reforçam ainda mais a resistência natural do material à corrosão.
Infinitamente reciclável 
Uma das principais características do alumínio é sua alta reciclabilidade. Depois de muitos anos de vida útil, segura e eficiente, o alumínio pode ser reaproveitado, com recuperação de parte significativa do investimento e economia de energia, como já acontece largamente no caso da lata de alumínio. Além disso, o meio ambiente é beneficiado pela redução de resíduos e economia de matérias-primas propiciadas pela reciclagem.
3.3.Fundição de alumínio
O alumínio fundido no cadinho é vertido em um forno reverberado, geralmente localizado na seção da casa do elenco da fundição. Este é um forno simples, composto por uma caixa de aço revestida de fogo embutidos internamente e externamente, com dois ou três queimadores a gás inserido nas paredes laterais. Existe uma porta de carregamento na frente, que pode ser baixada e levantada conforme necessário e um ponto de derivação na parte traseira para permitir que o metal seja fornecido ao equipamento de fundição.
Figura 1- Forno simples, composto por uma caixa de aço revestida de fogo.
A temperatura do forno é mantida um pouco acima de 600 ° C, enquanto as amostras do alumínio fundido são tomadas para avaliar as propriedades do metal. Todas as medidas necessárias são tomadas para remover impurezas.
Uma vez que a pureza requerida é alcançada, o forno é batido e o alumínio fundido é moldado em lingotes, tarugos ou blocos retangulares, dependendo dos requisitos dos clientes. Os tarugos e blocos então são cortados em tamanhos padrão, carimbados com os detalhes do elenco e palatizados para transporte para as várias instalações de extrusão de alumínio.
 
3.4.Processo de Bayer
Sampaio et al. (2005), explicam que o inicio do processo Bayer, se dá pela moagem da bauxita para uma granulometriaabaixo de 208 µm, em seguida, a mesma será misturada a uma solução de soda cáustica (NaOH) a qual reage sob pressão em reatores, nestas condições a bauxita dissolve-se formando o aluminato de sódio (NaO.Al2O3), finalizando a etapa de digestão, enquanto as impurezas permanecem na fase sólida e são conhecidas como “lama vermelha”.
 Prosseguindo, para se separar a lama vermelha da fase líquida, realiza-se, mais comumente, etapas de espessamento seguidas de filtragem. O espessamento consiste em um processo de decantação que ocorre em tanques chamados de espessadores ou lavadores. O objetivo na fase de espessamento é adensar as partículas sólidas, podendo-se, para isto, utilizar-se de coagulantes que irão propiciar a formação de partículas mais densas que irão sedimentar e, assim, separar a fase líquida da sólida (lama vermelha). A precipitação é a etapa seguinte. Nela, a solução de NaO.Al2O3 na fase líquida, já livre da lama vermelha, sofre uma redução na temperatura e é feita a adição de uma quantidade pequena de cristais de alumina (semeadura) para estimular a precipitação. Como produto da precipitação, tem-se o Al(OH)3, na fase sólida, e o NaOH, na fase líquida, ou seja, uma ação reversa a da digestão (Silva et al., 2007). 
O Al(OH)3 cristalizado é enviado para a etapa de calcinação, enquanto uma quantidade de NaO.Al2O3, na fase líquida, com soda cáustica retorna para a digestão. A calcinação é a etapa final do processo, em que o Al(OH)3 é lavado para remover qualquer resíduo que ficou da fase líquida não cristalizada, posteriormente é secada. 
Em seguida a alumina é calcinada a aproximadamente 1000 °C para desidratar os cristais, formando cristais de alumina puros, de aspecto arenoso e branco, como mostra a figura 4 (Silva et al., 2007). A equação 1 mostra a reação química que caracteriza a calcinação:
Figura 2 – Alumina obtida através do processo de Bayer.
4.Conclusão
5.Referências 
ABAL – Associação Brasileira do Alumínio, http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp. Acessado em setembro de 2009.
Sampaio, J.A.; Andrade, M.C.; Dutra, A.J.B., 2005 “Bauxita” In: Rochas & Minerais Industriais, Ed. A.B. da Luz; F.F Lins, CETEM/MCT, Rio de Janeiro RJ, pp.279-304.