Aula 7_MATERIAIS CERÂMICOS

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MATERIAIS CERÂMICOS
Materiais cerâmicos – Definições 
 São compostos inorgânicos formados pela combinação de elementos
metálicos e não metálicos . Do ponto de vista das ligações químicas,
estas podem ser totalmente iônicas, ou predominantemente iônicas
com alguma natureza covalente. São materiais obtidos geralmente
após tratamento térmico em temperaturas elevadas.
 O termo “cerâmica” vem da palavra grega Keramikos que significa
matéria-prima queimada.
Materiais cerâmicos – Definições 
Sílica (SiO2)
Alumina (Al2O3)
Talco (Mg3Si4O10(OH)2)
 Os principais tipos são: óxidos, nitretos, carbonetos e silicatos. A 
esse grupo de materiais também pertencem os argilo-minerais, o 
cimento e os vidros.
Os materiais cerâmicos são constituídos de metais e não-metais.
Materiais cerâmicos – Características 
 Maior resistência à altas temperaturas (devido ao elevado Ponto de Fusão) 
e à ambientes severos (corrosão) que metais e polímeros;
 Maior dureza quando comparada aos aços;
 Menor densidade que a maioria dos metais e suas ligas;
 Os materiais usados na produção de cerâmicas são abundantes e mais 
baratos;
 A ligação atômica em cerâmicas é do tipo mista: covalente e iônica;
 São isolantes térmicos e elétricos
Materiais cerâmicos – Características 
Cubo de sílica 
de isolamento 
térmico. O 
interior do 
cubo está a 
1250ºC e pode 
ser manuseado 
sem proteção.
Usada no 
isolamento 
térmico do 
Space Shuttle.
Materiais cerâmicos – Estrutura 
 ESTRUTURA CRISTALINA SEM SILICATOS (SiO4
-4): 
- São compostos por íons eletricamente carregados, em vez de átomos;
- Os íons metálicos estão carregados positivamente (cátions) e os íons não 
metálicos estão carregados negativamente (ânions); 
- A ligação iônica não é direcional, a atração é mútua;
- A ligação é forte, por isso o Ponto de Fusão dos materiais com esse tipo de 
ligação é geralmente alto;
- A estrutura do cristal é influenciada pela magnitude da carga elétrica em cada 
um dos íons componentes e pelo tamanho relativo dos cátions e ânions. 
LIGAÇÃO IÔNICA:
A força atrativa eletrostática entre os átomos
é não-direcional , ou seja, os átomos em um 
material iônico arranjam-se de forma que
todos os íons positivos têm como vizinho mais
próximo os íons negativos, sendo as forças
atrativas igual em todas as direções. 
- . 
Materiais cerâmicos – Estrutura 
 ESTRUTURA CRISTALINA SEM SILICATOS (SiO4
-4):
- Duas características dos íons influenciam a estrutura do cristal:
O cristal deve ser eletricamente neutro, CaF2, NaCl, Al2O3;
 Envolve os raios iônicos dos cátions e ânions;
O número de coordenação 
(número de ânions vizinhos 
mais próximos para um 
cátion) está relacionado com 
a razão entre o raio do cátion 
e o raio do ânion. 
Por exemplo: para razões 
rc/ra<0,155, o cátion é 
muito pequeno e está ligado a 
dois ânions de uma maneira 
linear
Se rc/ra apresentar um valor 
entre 0,155 e 0,225, o número 
de coordenação para o cátion é 
3.Isso significa que cada cátion 
está envolvido por três ânions 
na forma de um triângulo 
equilátero planar, com o cátion 
localizado no centro
Materiais cerâmicos – Estrutura 
 ESTRUTURA CRISTALINA SEM 
SILICATOS (SiO4
-4): 
- Alguns dos materiais cerâmicos usuais
possuem números iguais de cátions e
ânions e por isso, são designados por
compostos AX – onde A representa o cátion
e X representa o ânion.
- Existem várias estruturas para os
compostos AX.
- rc/ra
- Neutralidade 
do cristal
Materiais cerâmicos – Estrutura 
Os materiais cerâmicos que se formam 
segundo esta estrutura são: MgO, MnS, 
LiF, FeO.
O número de coordenação tanto para os cátions como 
para os ânions é de 6, a razão entre os raios do cátion e 
ânion, está situada entre aproximadamente 
0,414 – 0,732
O número de 
coordenação para 
ambos os tipos de 
íons é 8. Os 
ânions estão 
localizados em 
cada um dos 
vértices de um 
cubo, enquanto 
que o centro do 
cubo, contém um 
único cátion
Aplicação: 
relógios atômicos, 
referência em 
unidade de tempo
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
Os cerâmicos avançados são 
baseados em óxidos, 
carbonetos e nitretos com 
elevados graus de pureza
O Silício e o 
Oxigênio formam 
cerca de 75% da 
crosta terrestre, 
sendo materiais de 
ocorrência comum 
na natureza e de 
baixo custo !
MATERIAIS CERÂMICOS CRISTALINOS SEM SILICATOS:
NiFe2O4
BaTiO3
ZrO2
UO2
Cr2O3
MgO.Al2O3
MgO
Al2O3
Composição
Componentes “magnéticos”
Componentes eletrónicos 
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
Ferrite de Níquel
Óxido de Crómio
Spinel
Magnésia, magnésia refratária
Alumina, alumina refratária
Nome comum
BN
B4C
WC
TaC
TiC
Si3N4
SiC
Composição
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
Abrasivos – desgastar, polir ou limparCarboneto de Silício
UtilizaçãoNome comum