Vitrocerâmica: Definição, Processo e Aplicações

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Vitrocerâmicas
Larissa Kerollaine M. Gomes 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI
Vitrocerâmica 
Definição:
São materiais inorgânicos policristalinos contendo fração minoritária de fase vítrea, obtidos através da cristalização controlada de certos vidros.
Vitrocerâmica 
A maioria dos vidros inorgânicos pode ser transformada do estado não cristalino para cristalino por um apropriado tratamento térmico –
 devitrificação.
O produto da devitrificação é a vitrocerâmica.
Histórico
No final dos anos 50 - pesquisador norte-americano Donald Stookey, da empresa Corning Glass, conduzia pesquisas com vidros fotocromáticos.
Histórico
Resultado do esquecimento:
 Lentes opacas completamente cristalizadas , material muito resistente, chamou-as de vitrocerâmica
Cristalização
Diagramas TTT (tempo-temperatura-transformação)
Descreve as taxas de resfriamento necessárias para prevenir cristalização detectável (fração volumétrica do cristal, Vc/Vtotal ~ 10-6)
a taxa de cristalização total é reduzida para altas e baixas temperaturas
•Para T próximas a Tm –taxa de nucleação é baixa devido a reduzida força motriz para cristalização •Para T baixas –cristalização novamente lenta, porque a velocidade de crescimento dos cristais é baixa.
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Nucleação e crescimento de cristais
Nucleação
• Formação de núcleos estáveis no fundido
Crescimento
• Transformação de núcleos em cristais
• Formação de uma estrutura de grãos
Tipos de nucleação
Dois tipos podem ocorrer durante a cristalização de volume:
 →Nucleação homogênea 
 →Nucleação heterogênea 
Tipos de nucleação
Nucleação homogênea
• Próprio material fornece átomos para formar núcleos
• Subresfriamento usualmente de centenas de graus 
Celsius
Nucleação heterogênea
• Presença de agentes nucleantes: superfície do
recipiente, impurezas insolúveis, ou material estrutural
• Prática industrial: subresfriamento de 0,1 a 10°C
Nucleação Heterogênea
Ocorre quando superfícies estranhas presentes nos vidros têm grande probabilidade de desenvolver um núcleo com raio acima do tamanho crítico.
Nucleação Heterogênea
Superfícies estranhas podem ser:
contornos de grãos,
discordâncias,
bolhas ou partículas de impurezas,
camadas de agentes nucleantes.
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Mecanismos de nucleação
Volumétrica: Nucleação homogênea ou heterogênea
Superficial: Nucleação heterogênea
Cristalização volumétrica
Cristalização volumétrica
Cristalização superficial
Vitrocerâmicas
Cristalização é estimulada por agentes nucleantes, os quais favorecem :
o crescimento de cristais sobre eles. 
Sítios de nucleação heterogênea de baixa energia
formando uma interface coerente de baixa energia, na qual os planos da rede mantém sua continuidade através da interface. •Sítios de nucleação heterogênea de baixa energia
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Processo para obter vitrocerâmicas
• Cristalização controlada
Seleção adequada da composição do vidro
permitir nucleação volumétrica
crescimento do cristal deve ocorrer:
Cristalização controlada - Submeter o vidro a um controlado ciclo
de tratamento térmico. A cristalização controlada é um fenômeno que ocorre quando o vidro, contendo um agente nucleante dissolvido (óxido de titânio, óxido de fósforo, óxido de zircônio, prata, ouro, etc.), é submetido a temperaturas que variam de 500 a 1.100 graus centígrados. Como resultado desse processo, ele se transforma num novo material, dotado de características diferenciadas
permitir nucleação volumétrica (não só superficial)
• crescimento do cristal deve ocorrer numa velocidade suficiente
para evitar deformações na peça durante o tratamento térmico
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Vitrocerâmica
•Agentes nucleantes –TiO2, ZrO2, P2O5
Exemplos: Vidros da família Li2O-Al2O3-SiO2
Pyroceram –cristaliza duas fases diferentes β-spudomene como fase majoritária e soluções sólidas de quartzo-β
Panelas Vision -contém quartzo-β como fase majoritária na forma de cristais menores que 
Processamento de vitrocerâmicas
Fusão e conformação
Nucleação
Crescimento
Tempo
Temperatura
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Características das vitrocerâmicas
“Os materiais vitrocerâmicos são lisos e muito mais resistentes do que o vidro. Além disso, eles podem ter baixa condutividade elétrica e dilatação térmica próxima ao zero’’
 
 Explica: engenheiro de materiais Edgar Dutra Zanotto
Propriedades
Materiais vitrocerâmicos possuem:
Maior resistência 
baixa condutividade elétrica 
Quase nenhuma dilatação térmica. 
Apresenta baixa condutividade térmica e resistência a choque térmico.
Materiais vitrocerâmicos possuem maior resistência (não sendo, porém, totalmente inquebráveis) que os vidros comuns, uma baixa condutividade elétrica e quase nenhuma dilatação térmica. Ao mesmo tempo apresenta baixa condutividade térmica e resistência a choque térmico.
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Vantagens
As vantagens dessas qualidades são que esses materiais funcionam como isolantes elétricos, característica necessária aos substratos de discos rígidos, por exemplo, e podem ser usados em situações onde a dilatação do vidro provoca prejuízos ao bom funcionamento do equipamento, como no caso dos telescópios ou placas de fogões
As vantagens dessas qualidades são que esses materiais funcionam como isolantes elétricos, característica necessária aos substratos de discos rígidos, por exemplo, e podem ser usados em situações onde a dilatação do vidro provoca prejuízos ao bom funcionamento do equipamento, como no caso dos telescópios ou placas de fogões
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Aplicações
Possui algumas aplicações importantes:
na astronomia (espelhos de telescópios), 
medicina (ossos e dentes artificiais) e 
uso doméstico (fogões elétricos).
Possui algumas aplicações importantes na astronomia (espelhos de telescópios), medicina (ossos e dentes artificiais) e uso doméstico (fogões elétricos).
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Referências
 Low Thermal Expansion Glass Ceramics (Bach, Hans & Krause, Dieter). Springer