Resumo P1 Cerâmicos

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CAPÍTULO 13 – CALLISTER – RESUMO DETALHADO DOS MATERIAIS CERÂMICOS
Estrutura e propriedades dos cerâmicos
A maioria das cerâmicas consistem em compostos que são formados entre elementos metálicos e elementos não-metálicos, para os quais as ligações interatômicas ou são totalmente iônicas ou são predominantemente iônicas com alguma natureza covalente. As propriedades desejáveis desses materiais são normalmente atingidas através de um processo de tratamento térmico a alta temperatura conhecido como ignição.
Cerâmicas tradicionais são a louça, a porcelana, os tijolos, as telhas, os azulejos e, ainda, os vidros e as cerâmicas de alta temperatura.
Estruturas Cerâmicas
As cerâmicas são compostas por pelo menos dois elementos, e frequentemente, suas estruturas cristalinas são em geral mais complexas que as dos metais. A ligação atômica nesses materiais varia desde puramente iônica até totalmente covalente. Muitas delas apresentam uma combinação desses dois tipos de ligação, sendo o nível do caráter iônico dependente das eletronegatividas dos átomos. 
Estruturas Cristalinas
Para os materiais cerâmicos os quais a ligação atômicas é predominantemente iônica, as estruturas cristalinas podem ser consideras como sendo compostas por íons eletricamente carregados, em vez de átomos. Os íons metálicos, carregados positivamente (cátions), doaram seus elétrons de valência para ínos não-metálicos, ou ânicos, os quais estão carregados negativamente.
Duas características dos íons componentes de materiais cerâmicos cristalinos influenciam a estrutura do cristal:
A magnitude da carga elétrica em cada um dos íons componentes: o cristal deve ser eletricamente neutro, cargas balanceadas;
Tamanhos relativos dos cátions e dos ânions.
Estruturas cerâmicas cristalinas estáveis se formam quando aqueles ânions que circundam um cátion estão todos em contato com aquele cátion. O número de coordenação está relacionado com a razão entre o Rc/Ra (Raio do cátion/Raio do ânion).
	Número de Coordenação
	Rc/Ra
	Geometria
	2
	<0,155
	Linear
	3
	0,155-0,255
	Triângulo equilátero planar
	4
	0,255-0,414
	Tetraédrica
	6
	0,414-0,732
	Octaédrica
	8
	0,732-1,0
	Cúbica
Estruturas cristalinas tipo AX
Alguns materiais cerâmicos usuais possuem números iguais de cátions e ânions, designados compostos AX, onde A representa o cátion e X representa o ânion.
Estrutura Sal-gema
Talvez a estrutura AX mais comum seja aquela do tipo cloreto de sódio (NaCl), ou sal-gema. O número de coordenação tanto para cátions como para ânions é 6, a razão entre os raios do cátion e do ânion está no intervalo de 0,414 e 0,732.
Uma célula unitária para essa estrutura cristalina é gerada a partir de uma configuração dos ânions do tipo CFC, com um cátion situado no centro do cubo e outro situado no centro de cada uma das 12 arestas do cubo. 
A estrutura sal-gema pode ser considerada como sendo composta por duas redes cristalinas CFC que se interpenetram, uma composta por cátions e a outra composta por ânions.
Exemplo de materiais que se formam com essa estrutura: NaCl, MgO, MnS, LiFe e FeO.
Estrutura do Cloreto de Césio
O número de coordenação para ambos os íons na estrutura do cloreto de césio (CsCl) é 8. Os ânions ficam localizados em cada vértice do cubo, enquanto o centro do cubo contém um único cátion. Essa não é uma estrutura CCC, pois estão envolvidos íons de duas espécies diferentes.
Estrutura da Blenda de Zinco
Seu número de coordenação é 4, os átomos estão coordenados tetraedricamente. Essa estrutura é conhecida como Blenda de Zinco o u Esfalerita, em função do termo minerológico para o Sulfeto de Zinco (ZnS).
Na célula unitária todos o s vértices e posições faciais da célula cúbica estão ocupados por átomos de S, enquanto os átomos de Zn preenchem posições tetraédricas interiores. Desta forma, cada átomo de Zn está ligado a quatro átomos de S, e vice-versa. Na maior parte das vezes, a ligação atômica nos compostos que exibem essa estrutura cristalina é altamente covalente, estando incluídos entre eles o ZnS, o ZnTe e o SiC.
Estruturas cristalinas do tipo 
Se as cargas dos cátions e dos ânions não forem iguais, pode existir um composto com a fórmula química , onde m e/ou p são diferentes de 1. Um exemplo seria um composto , para o qual é encontrada uma típica estrutura cristalina para a fluorita (). 
A razão entre Rc/Ra para o é de aproximadamente 0,8, a qual fornece um número de coordenação de 8. Os íons de cálcio estão posicionados nos centros de cubos, com os íons flúor localizados nos vértices. Uma célula unitária é composta por oito cubos. Outros compostos que possuem essa estrutura cristalina incluem , o e o 
Estruturas cristalinas do tipo 
Também é possível que os composto cerâmicos possuam mais do que um tipo de cátion. No caso de dois tipos as suas fórmulas químicas podem ser designadas como . O titanato de bário (), que possui os cátions e , se enquadra nessa classificação. Esse material possui a estrutura cristalina da perovskita. A temperaturas acima de 120°C a estrutura cristalina é cúbica.
Os íons estão localizados em oito vértices do cubo, enquanto o único íon encontra-se posicionado no centro do cubo, com os íons localizado no centro de cada uma das seis faces.
Estrutura Cristalina da compactação densa de ânions
Várias estruturas cristalinas cerâmicas podem ser consideradas em termos de planos de íons densamente compactados, bem como de células unitárias. Normalmente os planos densamente compactados são compostos pelos ânions, de maiores dimensões. À medida que esses planos são empilhados uns sobre os outros, pequenos espaços intersticiais são criados entre eles, onde os cátions podem ser alojados.
Essas posições intersticiais existem de dois tipos:
Tetraédrica: Quatro átomos, três de um único plano e um único átomo no plano adjacente) circundam um dos tipos. Essa posição é chamada de posição tetraédrica, uma vez que as linhas retas traçadas a partir dos centros das esferas circundantes formam um tetraedro com quatro lados. O número de coordenação para essa posição é 4.
Octaédrica: Envolve seis esferas de íons, três em cada um dos dois planos. Uma vez que o octaedro é produzido pela união desses seis centros, essa posição é chamada uma posição octaédrica. O número de coordenação para essa posição é 6.
Estruturas cêramicas desse tipo dependem de especialmente dois fatores:
O empilhamento das camadas densamente compactadas de ânions (são possíveis tanto arranjos CFC como arranjos HC).
A maneira com qual os interstícios são preenchidos com os cátions.
Exemplo:
Considere a estrutura sal-gema. A célula unitária possui uma simetria cúbica, e cada cátion Na+ possui seis íons Cl- como vizinhos mais próximos. Ou seja, o íon Na+ no centro possui como vizinhos mais próximos os seis íons Cl- que residem no centro de cada uma das faces do cubo. Os cátions se alojam em posições octaédricas. 
Cerâmicas à base de silicato
Os silicatos são materiais compostos principalmtente por silício e oxigênio, os dois elementos mais abundantes na crosta terrestre. Em vez de se caracterizar a estrutura cristalina desses materiais em termos de células unitárias, torna-se mais conveniente usar arranjos de um tetraedro composto por . 
Cada átomo de silício está ligado a quatro átomos de oxigênio, os quais estão localizados nos vértices do tetraedro, equanto o átomo de silício está posicionado no centro do tetraedro.
Uma vez que essa é a unidade básica dos silicatos, ela é tratada normalmente como uma entidade carregada negativamente.
Os silicatos frequentemente não são considerados como iônicos, pois as ligações interatômicas Si-O exibem um caráter covalente significativo, o que torna essas ligações direcionais e relativamente fortes.
Independente da ligação Si-O, existe uma carga de -4 associada a cada tetraedro uma vez que cada um elétron de oxigênio exige um elétron a mais para se estabilizar.
Várias estruturas de silicatos surgem de diferentes maneiras segundo as quais as unidadesde podem ser combinadas de forma unidimensional, bidimensional e tridimensionalmente.
Sílica
Quimicamente, o material mais simples a base de silicato é o dióxido de silício, ou sílica (). Ela consiste estruturalmente em uma rede tridimensional que é gerada quando todos os átomos de oxigênio localizados em vértices são compartilhados por tetraedros adjacentes. O material, assim, se torna eletricamente neutro e todos os átomos possuem estruturas eletrônicas estáveis. 
Se esses tetraedros forem arranjados de maneira ordenada forma-se uma estrutura cristalina. Existem três formas cristalinas polimórficas principais para sílica: quartzo, cristobalita e tridimita. 
Os átomos não são densamente compactados, como consequência, essa sílicas cristalinas possuem densidades relativamente baixas. 
A força das ligações interatômicas Si-O é refletida por uma temperatura de fusão elevada, de 1710°C. 
Vidros à base de sílica 
A sílica também pode ser constituída na forma de um sólido não-cristalino ou vidro, com um elevado grau de aleatoriedade atômica. Tal material é conhecido como sílica fundida ou sílica vítrea. 
Assim como na sílica cristalina a unidade básica da sílica vítrea é a estrutura tetraédrica de . Além dessa estrutura, existe uma desordem considerável. 
Outros óxidos, como e , podem também formar estruturas vítreas e estruturas poliédricas de óxidos. Esses materiais, bem como a sílica, são conhecidos como formadores de rede. 
Vidros inorgânicos comuns que são usados em recipientes e janelas, são vidros à base de sílica, aos quais foram adicionados outros óxidos, tais como e . Esses óxidos não formam redes poliédricas, ao contrário, os seus cátions modificam a rede de . Por essa razão, esses aditivos óxidos são conhecidos como modificadores de rede. 
Outros óxidos, como e (que não sejam formadores de rede), substituem o silício e se tornam parte da rede estabilizando-a. Esses óxidos são conhecidos como intermediários. 
Do ponto de vista prático, a adição de modificadores e intermediários diminui o ponto de fusão e a viscosidade de um vidro, tornando mais fácil a sua conformação a baixas temperaturas.
Os Silicatos
Para vários minerais à base de silicato, os átomos de oxigênio nos vértices dos tetraedros de são compartilhados por outros tetraedros para formar estruturas mais complexas.
Algumas dessas estruturas possuem fórmulas , , , e assim por diante. Também são possíveis estruturas de cadeia única.
Cátions carregados positivamente, como , e , servem a dois propósitos:
Compensam cargas negativas das unidades , de modo que é atingida uma neutralidade das cargas;
Esses cátions ligam ionicamente entre si os tetraedros de.
Silicatos simples
Dentre esses silicatos, aqueles mais estruturalmente simples envolvem tetraedros isolados.
A forsterita ), possui dois íons associados a cada tetraedro, de modo que cada íon possui seis oxigênios com átomos vizinhos.
O íon é formado quando dois tetraedros compartilham um átomo de oxigênio comum.
A aquermanita () é um mineral que possui dois íons e um íon ligados a cada unidade .
Silicatos em Camadas
Uma estrutura bidimensional em camads pode também ser produzida pelo compartilhamento de três íons oxigênio em cada um dos tetraedros.
No caso dessa estrutura, a unidade da fórmula que repete pode ser representada por . A carga negativa líquida está associada com os átomos de oxigênios que não estão ligados e que se projetam para fora da página.
A eletroneutralidade é estabelecida por uma segunda estrutura laminar planar que possui um excesso de cátions, que se ligam a esses átomos de oxigênio não ligados da lâmina de .
Tais materiais são conhecidos como silicatos em lâminas ou em camadas e sua estrutura básica é característica das argilas e de outros minerais.
A caolinita, um dos mais comuns materiais argilosos, possui uma estrutura laminar de silicato com duas camadas. A caolinita possui fórmula , onde a camada tetraédrica de sílica, , é tornada eletricamente neutra por uma camada adjacente de .
Enquanto a ligação dentro dessa lâmina com duas camadas é forte e intermediária entre iônica e covalente, as lâminas adjacentes estão fracamente ligadas através de forças de van der Waals fracas.
Um cristal de caolinita é composto por uma série dessas camadas, empilhadas de forma paralela umas sobre as outras. 
Essas estruturas laminares de silicato não estão confinadas às argilas, outros materiais também se enquadram nesse grupo, como o talco [] e as micas, como a moscovita, importantes materiais cerâmicos brutos.
Carbono
O carbono é um elemento que existe em várias formas polimórficas e também no estado amorfo. Ele não se enquadra dentro de qualquer uma das classificações tradicionais para metais, cerâmicas e polímeros.
Diamante
À temperatura e pressão ambiente, o diamante é um polimorfo metaestável do carbono. Sua estrutura cristalina é variada da blenda de zinco, onde os átomos de carbono ocupam todas as posições.
Dessa forma cada átomo de carbono se liga a quatro outros átomos de carbono e essas ligações são totalmente covalentes. 
Essa estrutura é chamada de estrutura cristalina cúbica do diamante, e também é encontrada para outros elemntos como germânio, silício e estanho esfarelado abaixo dos 13°C.
O diamante é extremamente duro e possui uma condutividade elétrica muito baixa, graças a sua estrutura cristalina e às fortes ligações interatômicas covalentes. Possui uma condutividade térmica alta, é oticamente transparente nas rigiões visível e infravermelha e possui um elevado índice de refração.
Monocristais de diamante são usados como pedras preciosas. Desde 1950 foram desenvolvidas técnicas para a produção de diamantes sintéticos.
Grafita
Outro polimorfo do carbono. Estrutura cristalina muito diferente da apresentada pelo diamante, também é mais estável que o diamante à temperatura e pressão atmosférica ambiente. 
Composta por camadas de carbono em arranjo hexagonal. Dentro das camadas cada átomo de carbono está ligado a 3 átomos vizinhos por ligações fortes covalentes. O quarto elétron está ligado a outra camada por uma ligação fraca de Van Der Walls. 
A consequência dessas fracas ligações entre camadas são as excelentes propriedades lubrificantes da grafita.
Fullerenos
Descoberta em 85, outra forma polimórfica do carbono. Aglomerado esférico contendo 60 átomos de carbono. Formam configurações geométricas tanto hexagonais quanto pentagonais. Simetria de uma bola de futebol. Conhecida como “bola de bucky”.
No diamante e na grafita os átomos de carbono fazem ligações principais com os átomos adjacentes e por isso são chamados de sólidos de rede cristalina. Na bola de bucky os átomos de carbono se ligam para formar essas moléculas esféricas. 
Esse material é eletricamente isolante, porém com adição de impurezas ele se torna altamente condutor e semicondutor.
Imperfeições nas cerâmicas
Defeitos pontuais atômicos
Compostos cerâmicos podem apresentar defeitos atômicos envolvendo os átomos hospedeiros. São possíveis tanto lacunas quanto intersticiais.
É muito improvável que existam concentrações apreciáveis de intersticiais de ânion, logo existem as lacunas de ânion e cátion e os intersticiais de cátion.
Quando são consideradas as estruturas de defeitos, a eletroneutralidade deve ser mantida, que é o estado presente quando existem números iguais de cargas positivas e negativas. Sendo assim, os defeitos nas cerâmicas não ocorrem sozinhos.
Defeito de Frenkel: Envolve um par composto por uma lacuna de cátion e um cátion intersticial. Pode ser considerado como um cátion que deixa a posição normal e se move para um interstício. Não existe alteração de carga.
Defeito de Schottky: Encontrado em materiais do tipo AX. Consiste em um par composto por uma lacuna de cátion e uma lacuna de ânion. Pode ser considerado como tendo sido criado pela remoção de um cátion e de um ânion do interior de um cristal. Uma vez que tanto os cátions quanto os ânions possuem a mesma carga, e que para cada lacuna de cátion existe umalacuna de ânion, a eletroneutralidade é mantida.
Estequiometria: Definida como um estado para compostos iônicos onde existe a razão exata entre cátions e ânions prevista pela fórmula química.
Não-estequiometria: Pode ocorrer no caso de cerâmicos onde existem dois estados de valência para um tipo de íon. O óxido de ferro é um destes materiais.
Impureza nas cerâmicas
Átomos de impurezas podem formar soluções sólidas no cerâmicos, tanto do tipo substitucional tanto intersticial. 
No caso da intersticial, o raio iônico da impureza deve ser relativamente pequeno em comparação ao ânion.
Na substitucional, o átomo de impureza irá substituir o íon hospedeiro mais semelhante a ela no aspecto elétrico. O tamanho e a carga iônica devem ser muito próximo ao dos hospedeiros.
Diagramas de Fases dos Materiais Cerâmicos
O Sistema Óxido de Magnésio – Alumina
O diagrama de fases é semelhante ao do sistema chumbo-magnésio. 
Existe uma fase intermediária, um composto conhecido como espinélio, que está representado no diagrama como sendo um campo monofásico, ou seja, existe uma faixa de composições ao longo do qual o espinélio é estável.
Existe uma solubilidade limitada da alumina no óxido de magnésio abaixo de uma temperatura de 1400°C na extremidade esquerda.
O óxido de magnésio é virtualmente insolúvel na alumina, como fica evidenciado pela falta de uma solução sólida no terminal direito do diagrama. São encontrados dois eutéticos, um em cada lado do espinélio.
O sistema Sílica – Alumina
É um sistema importante do ponto de vista comercial, visto que são os principais constituintes de muitas cerâmicas refratárias.
A fase polimórfica da sílica é conhecida como cristobalita. A sílica e a lumina não são mutuamente solúveis uma na outra, o que fica evidenciado pela ausência de soluções sólidas em ambas extremidades do diagrama.
Pode-se observar um composto intermediário chamado mulita, na forma de um estreito campo de fases. Existe um único ponto eutético. 
Propriedades Mecânicas
Fratura frágil das cerâmicas
Sofrendo uma carga de tração a temperatura ambiente, tanto cerâmicas cristalinas quanto as não-cristalinas quase sempre fraturam antes de qualquer deformação plástica.
O processo de fratura frágil consiste na formação e propagação de trincas através da seção reta do material.
Em cerâmicas cristalinas, o crescimento das trincas se dá geralmente através dos grãos, ou seja, transgranular, e através de planos de elevada densidade atômica.
A resistência a fratura medida em cerâmicos é inferior as teorizadas, devido a existência de defeitos muito pequenos e onipresentes no material, os quais servem de concentradores de tensões. Os concentradores de tensão podem ser diminutas trincas na superfície ou poros e arestas de grãos internos, os quais são praticamente impossíveis de serem eliminados.
O grau da ampliação da tensão depende do comprimento da trinca e do raio de curvatura da extremidade da mesma, sendo maior em defeitos longos e pontiagudos. 
A medida da habilidade de um material cerâmico resistir a fratura quando uma trinca está presente é especificada em termos da tenacidade à fratura. (K1C tenacidade à fratura em deformação plana).
A fratura de materiais cerâmicos pode acontecer pela propagação lenta de trincas, quando as tensões são de natureza estática. Esse fenômeno é conhecido por fadiga estática.
Para tensões em compressão não existe qualquer amplificação ligado a defeitos existentes. As cerâmicas frágeis exibem resistências muito maiores em compressão que em tração (da ordem de um fator de 10) e elas geralmente são aplicadas quando os carregamentos são compressivos.
Comportamento Tensão-deformação
Resistência a flexão
O comportamento tensão-deformação de cerâmicas frágeis não é em geral avaliado através de um ensaio de tração, por três motivos:
É difícil preparar e testar amostras que possuam a geometria exigida;
É difícil prender e segurar materiais frágeis sem fratura-los;
As cerâmicas falham após uma deformação de aproximadamente 0,1%, o que exige que os corpos de prova estejam perfeitamente alinhados.
A maior parte das vezes é empregado um ensaio de flexão, onde um corpo na forma de barra, com seção reta circular ou retangular, é flexionado até sua fratura, utilizando um carregamento de três ou quatro pontos.
No ponto de carregamento, a superfície superior do corpo de prova é colocada em compressão, enquanto a superfície inferior encontra-se em tração.
A tensão é calculada a partir da espessura do corpo de prova, do momento fletor e do momento de inércia da seção reta.
A tensão de tração máxima existe na superfície inferior do corpo de prova, diretamente abaixo da aplicação da carga.
A tensão no momento de fratura quando se emprega esse ensaio de flexão é conhecida por resistência à flexão.
Comportamento elástico
O comportamento elástico tensão-deformação para os cerâmicos exige uma relação linear entre tenção e deformação. A inclinação da curva na região elástica é o módulo de elasticidade.
Mecanismos de deformação plástica
Cerâmicas cristalinas
No caso de cerâmicas cristalinas a deformação plástica ocorre através do movimento das discordâncias.
Uma razão para a dureza e fragilidade é a dificuldade do movimento das discordâncias.
As cerâmicas são frágeis pelas seguintes razões:
As ligações covalentes são relativamente fortes;
Existe um número limitado de sistemas de escorregamento;
As estruturas das discordâncias são complexas.
Cerâmicas não-cristalinas
No caso de cerâmicas não cristalinas, a deformação plástica ocorre através de um escoamento viscoso, que é a maneira pela qual os líquidos se deformam. 
Em resposta a aplicação e uma tensão cisalhante, os átomos deslizam uns sobre os outros através da quebra e reconstrução das ligações interatômicas.
A viscosidade representa uma medida da resistência à deformação de um material não cristalino.
Considerações mecânicas diversas
Influência da porosidade
Qualquer porosidade residual terá influência negativa tanto sobre propriedades elásticas como sobre resistência.
A magnitude do módulo de elasticidade diminui em função da fração volumétrica da porosidade.
A porosidade exerce um efeito negativo sobre a resistência à flexão por dois motivos:
Os poros reduzem a área da seção reta através da qual uma carga é aplicada;
Eles atuam como concentradores de tensão.
A resistência a flexão diminui exponencialmente em função da fração volumétrica da porosidade.
Dureza
Uma propriedade mecânica apresentada pelos materiais cerâmicos é sua dureza, que é utilizada com frequência quando se exige abrasão ou esmerilhamento. Os materiais mais duros conhecidos são os materiais cerâmicos.
Fluência
Frequentemente, materiais cerâmicos experimentam deformação por fluência como resultado da exposição a tensões a temperaturas elevadas. O comportamento de fluência apresentado pelos materiais cerâmicos é semelhante ao dos metais, porém a fluência ocorre a temperatura mais elevadas em cerâmicos.
CAPÍTULO 14 – CALLISTER – RESUMO DETALHADO DOS MATERIAIS CERÂMICOS
Os materiais cerâmicos são utilizados em aplicações diferentes dos metais.
A aplicação dos materiais cerâmicos normalmente se enquadra em um esquema de aplicação-classificação que inclui os grupos: vidros, produtos estruturais à base de argila, louças brancas, refratários, abrasivos, cimentos e recentemente as cerâmicas avançadas.
Uma das principais preocupações na aplicação dos materiais cerâmicos é o método de fabricação.
A fundição dos materiais cerâmicos é um processo impraticável pois eles possuem temperaturas de fusão muito elevadas. Além disso, a fragilidade desses materiais impede sua deformação.
Algumas peças de cerâmicas são conformadas a partir do pó, que devem no final ser secados e levados ao cozimento.
As formas dos vidros são conformadas a temperaturas elevadas, a partir de uma massa fluida que se torna muito viscosa com o resfriamento.
Os cimentos são conformados pela colocação de uma pasta fluida no interior de moldes, que endurece e assumeuma pega permanente em virtude das reações químicas.
Vidros
Os vidros são um grupo familiar de materiais cerâmicos, recipientes, janelas, lentes e a fibra de vidro representam aplicações típicas deste grupo.
Os vidros consistem em silicatos não-cristalinos, que contém também outros óxidos, como CaO, Na2O, K2O e Al2O3, os quais influenciam em suas propriedades.
As duas principais características desses materiais são a sua transparência ótica e a relativa facilidade de fabricação.
Propriedades dos vidros
Os materiais vítreos, ou não-cristalinos, não se solidificam do mesmo modo que os materiais cristalinos.
Mediante o resfriamento, com a diminuição da temperatura, um vidro se torna continuamente mais e mais viscoso. Não existe uma temperatura definida na qual ele se transforma em sólido, como ocorre com os materiais cristalinos.
Uma das distinções entre os materiais cristalinos e os não cristalinos está na dependência do volume específico em relação à temperatura.
No caso dos cristalinos, existe uma diminuição descontínua no volume quando se atinge a temperatura de fusão. Entretanto, no caso dos materiais vítreos, o volume diminui continuamente em função da redução da temperatura.
Ocorre uma pequena diminuição na inclinação da curva, conhecida por temperatura de transição vítrea.
Abaixo dessa temperatura o material é considerado um vidro, acima dela ele é primeiramente um líquido super-resfriado e finalmente um líquido.
Importante também para as operações de conformação do vidro são as características viscosidade-temperatura apresentadas por estes materiais.
Sobre a escala de viscosidade estão identificados vários pontos específicos que são importantes na fabricação e no processamento dos vidros:
O ponto de fusão, com viscosidade de 10 Pa-s, o vidro é fluido o suficiente para ser considerado líquido.
O ponto de operação, com viscosidade de 103 Pa-s, o vidro é facilmente deformado nessa viscosidade.
O ponto de amolecimento, com viscosidade de 4 * 104 Pa-s, é a temperatura máxima na qual uma peça de vidro pode ser manuseada sem causar alterações dimensionais significativas.
O ponto de recozimento, com viscosidade de 1012 Pa-s, nessa temperatura a difusão atômica é rápida, tal que quaisquer tensões residuais podem ser removidas dentro de um intervalo de aproximadamente 15 min.
O ponto de deformação, com viscosidade de 3 * 1013 Pa-s. Para temperaturas abaixo do ponto de deformação, a fratura irá ocorrer antes do surgimento da deformação plástica. A temperatura de transição vítrea será superior à temperatura do ponto de deformação.
A maioria das operações de conformação dos vidros é conduzida dentro da faixa de operação, entre as temperaturas de operação e de amolecimento.
Conformação do vidro
O vidro é produzido pelo aquecimento das matérias primas até uma temperatura elevada, acima da qual ocorre a fusão.
Para a maioria das aplicações, principalmente quando a transparência é importante, torna-se essencial que o vidro produzido seja homogêneo e sem poros. A homogeneidade é atingida através da fusão e da mistura completa dos ingredientes. A porosidade resulta de pequenas bolhas de gás que são produzidas. Essas devem ser absorvidas ou eliminadas.
Quatro diferentes métodos de conformação são usados para se fabricar produtos à base de vidro: prensagem, insuflação, estiramento e conformação das fibras.
Prensagem é utilizada na fabricação de peças com paredes espessas, tais como pratos e louças. A peça é conformada pela aplicação de pressão em um molde de ferro fundido revestido com grafita. O molde é normalmente aquecido para assegurar uma superfície uniforme. 
Embora alguma insuflação de vidro seja feita manualmente, o processo foi completamente automatizado para produção de jarras, garrafas e lâmpadas. A partir de um tarugo de vidro, um parison, é moldado por prensagem em um molde. Essa peça é inserida dentro de um molde de insuflação e então é forçada a se conformar com os contornos pela pressão que é criada por uma injeção de ar.
O estiramento é usado para conformar longas peças de vidro, como lâminas, barras, tubos e fibras. O grau de planificação e o acabamento da superfície podem ser melhorados pela flutuação da lâmina em um banho de estanho fundido a uma temperatura elevada. A peça é resfriada lentamente e depois tratada termicamente por recozimento.
Fibras de vidro contínuas são conformadas por uma operação de estiramento sofisticada. O vidro fundido é posto em uma câmara de aquecimento de platina. As fibras são conformadas pelo estiramento do vidro derretido através de muitos orifícios pequenos. A viscosidade do vidro, é controlada pelas temperaturas da câmara e orifícios.
Tratamento térmico dos vidros
Recozimento
Quando um cerâmico é resfriado a partir de temperaturas elevadas, tensões internas, conhecidas por tensões térmicas, aparecem como resultado da diferença na taxa de resfriamento e da diferença na contração térmica entre a superfície e o interior. Essas tensões podem enfraquecer o material ou levar à sua fratura, fenômeno chamado choque térmico.
O resfriamento lento ajuda a evitar tais tensões térmicas. No entanto, é possível a eliminação, ou a redução, através do tratamento térmico de recozimento, onde a peça de vidro é aquecida até o ponto de recozimento e então lentamente resfriada.
Têmpera do Vidro
A resistência de uma peça de vidro pode ser melhorada pela indução intencional de tensões residuais compressivas na superfície. Isso pode ser atingido através do tratamento térmico conhecido por têmpera térmica. A peça de vidro é aquecida até uma temperatura acima da região de transição vítrea, porém abaixo do amolecimento. 
Ela é então resfriada até a temperatura ambiente por meio de um jato de ar, ou um banho de óleo. As tensões residuais surgem das diferenças nas taxas de resfriamento para a superfície e interior da peça. A superfície resfria mais rapidamente, e assim que ela estiver abaixo da temperatura abaixo do ponto de deformação, torna-se rígida.
Nesse ponto, o interior que resfriou mais lentamente encontra-se a uma temperatura mais elevada e ainda em condição plástica. Com a continuação do resfriamento, o interior tenta se contrair em maior grau que o exterior permite. Logo, o interior tende a contrair o exterior. Após a peça resfriar-se a temperatura ambiente, ela mantém tensões compressivas sobre a superfície e tensões de tração no interior.
A falha em cerâmicos quase sempre resulta de uma trinca que inicia na superfície pela aplicação de uma tensão de tração. Para causar uma trinca em uma peça de vidro temperado a magnitude de uma tração aplicada externamente deve ser grande o suficiente para superar a tensão residual compressiva e para tensionar a superfície em tração o suficiente para dar início a uma trinca.
O vidro temperado é utilizado para aplicação onde é importante a alta resistência, como portas grandes, para-brisas e lentes de óculos.
Vitrocerâmicos
A maioria dos vidros inorgânicos podem ser transformados de um estado não-cristalino para um estado cristalino mediante um tratamento térmico apropriado a alta temperatura. 
Este processo é conhecido como devitrificação, e o seu produto é um material policristalino com grãos finos, que é conhecido por vitrocerâmica.
Um agente de nucleação é adicionado para induzir o processo de cristalização. As características desejáveis dos materiais vitrocerâmicos incluem um baixo coeficiente de expansão térmica, resistências mecânicas e condutividades térmicas elevadas.
As aplicações mais comuns são peças para irem ao forno ou louças para irem a mesa. Sevem como isolantes elétricos e substratos para placas de circuitos impressos.
Produtos à base de argila
Uma das máterias-primas cerâmicas mais utilizadas é a argila. É um produto barato e em grande abundância, que possui fácil conformação.
A maior parte dos produtos a base de argila se dividem entre: os produtos estruturais à base de argila e as louças brancas.
Os produtos estruturais incluem tijolos, os azulejos e as tubulações de esgoto.As louças brancas se tornam brancas após um cozimento. Estão incluídas porcelanas, louças de barro, louças de mesa, louça vitrificada e louças sanitárias.
Características das argilas
Quando água é adicionada aos materiais argilosos eles se tornam muito plásticos, propriedade conhecida como hidroplasticidade. 
A argila se funde ou se derrete ao longo de uma faixa de temperaturas, assim uma peça cerâmica pode ser produzida durante o cozimento sem que ocorra sua fusão completa.
As argilas são aluminossilicatos, sendo compostas por alumina e sílica, as quais contém água quimicamente ligada.
Existem impurezas presentes, sendo as mais comuns compostos à base de bário, calcário, sódio, potássio e ferro, e alguns materiais orgânicos. 
A estruturas cristalinas são complicadas, mas prevalece a estrutura em camadas. Os minerais argilosos mais comuns possuem estrutura da caolinita. Quando água é adicionada, as moléculas se posicionam entre assas lâminas em camadas e formam uma película fina ao redor das partículas, dessa forma, livres para se moverem umas sobre as outras, o que é responsável pela plasticidade resultante na mistura água-argila.
Composição dos produtos à base de argila
Além da argila, muitos desses produtos também contém alguns ingredientes não-plasticos, como o sílex ou quartzo finamente moído, e um fundente, tal como feldspato.
O quartzo é usado como material de enchimento, sendo barato e quimicamente não reativo. Experimente pouca alteração durante tratamento térmico, pois possui elevado ponto de fusão, e quando fundido apresenta a habilidade de formar um vidro.
Quando misturado a argila, um fundente forma um vidro com um ponto de fusão mais baixo. Os feldspatos são alguns dos fundentes mais comuns, como exemplo temos o potássio, sódio e cálcio.
Técnicas de fabricação
Duas técnicas usuais de modelagem são utilizadas para a conformação de composições à base de argila: conformação hidroplástica e fundição por suspensão.
Conformação hidroplástica
Os minerais de argilas quando misturados em água se tornam plásticos e flexíveis, e podem ser moldados sem que hajam trincas. No entanto eles possuem limites de escoamento muito baixos.
A técnica de conformação hidroplástica mais comum é a extrusão, onde uma massa cerâmica plástica rígida é forçada através de um orifício da matriz que possui uma geometria de seção reta desejada.
Tijolos, tubos, blocos cerâmicos são fabricados usando uma técnica de conformação hidroplástica.
A cerâmica plástica é forçada através de uma matriz por meio de uma rosca sem fim adicionada por um motor, e o ar é removido em uma câmara à vácuo, para melhorar a densidade da peça.
As colunas ocas no interior da peça extrudada são formadas pela introdução de inserções colocadas dentro do molde.
Fundição por suspensão
Um outro processo usado para composições à base de argila é a fundição por suspensão.
Uma suspensão consiste em uma suspensão de argila e outros materiais em água. Quando derramada dentro de um molde poroso, feito de gesso-de-paris, a água da suspensão é absorvida no interior do molde, deixando para trás uma camada sólida sobre a parede do molde, cuja espessura dependerá do tempo.
Esse processo pode ser continuado até que a totalidade da cavidade do molde se torne sólida ou ele pode ser interrompido quando a casca sólida atingir a espessura desejada.
Na medida em que a peça fundida seca, ela se separa da parede do molde, assim o molde pode ser desmontado e a peça removida.
Secagem e cozimento
Uma peça cerâmica que tenha sido conformada hidroplasticamente ou atráves de fundição por suspensão retém uma porosidade significativa e uma resistência muito baixa. Além disso ela pode reter algum líquido que foi adicionado na conformação.
O líquido é removido por um processo de secagem.
A densidade e resistência são melhoradas por um processo de cozimento.
Um corpo conformado e que esteja seco, mas que não tenha sido cozido, é conhecido por cru.
Secagem
Na medida em que um corpo cerâmico seca, ele experimenta uma contração no volume. No estágio inicial do processo de secagem, as partículas de argilas estão envolvidas por uma fina película de água. Com o progresso da secagem, a água é removida e a separação das partículas diminui.
A secagem na região interna de um corpo é realizada através da difusão das moléculas de água até a superfície, onde ocorre a evaporação.
Cozimento
Após a secagem, um corpo é geralmente cozido. Durante a operação de cozimento, a densidade é novamente aumentada e a resistência mecânica é melhorada.
Quando materiais à base de argila são aquecido a temperaturas elevadas, ocorrem algumas reações complexas. A vitrificação é a formação gradual de um vidro líquido que flui para dentro e preenche parte dos poros. O grau de vitrificação depende da temperatura e do tempo de cozimento.
A temperatura na qual a fase líquida se forma é reduzida pela adição de fundentes. Essa fase fluida escoa ao redor das partículas não fundidas que permanecem no meio e preeche os poros. Uma contração de volume também acompanha o processo.
Com o resfriamento, essa fase fundida forma uma matriz vítrea que resulta em um corpo denso e resistente.
A microestrutura final envolve uma fase vitrificada, partículas de quartzo que não reagiram e alguma porosidade.
Resistência, durabilidade e densidade são melhoradas com o aumento da vitrificação.
Refratários
As propriedades características desses materiais incluem a capacidade de resistir a temperaturas elevadas sem fundir ou se decompor, e a capacidade de permanecer não-reativo e inerte quando são expostos a ambientes severos.
A habilidade de proporcionar isolamento térmico é consideravelmente importante. São comumente comercializados na forma de tijolos.
Aplicação típica de revestimento de fornos para o refino de metais, a fabricação de vidro, tratamento térmico metalúrgico e a geração de energia.
Argilas Refratárias
Os ingredientes principais são argilas refratárias de alta pureza, misturadas de sílica e alumina, contendo geralmente entre 25 e 45%p de alumina.
Os tijolos de argila refratária são usados principalmente na construção de fornos, para confinar atmosferas quentes e para isolamento térmico de estruturas.
Para tijolos de argila refratária, a resistência não é habitualmente uma consideração importante, uma vez que não é exigido o suporte de cargas estruturais.
Refratários à base de sílica
O ingrediente principal dos refratários a base de sílica é a sílica. Conhecidos pela sua capacidade de suportar cargas a latas temperaturas, são comumente utilizados nos tetos em arco de fornos para fabricação de aços e vidros. Podem ser atingidas temperaturas tão elevadas quanto 1650°C.
O teor de alumina deve ser mantido entre 0,2 a 1,0%p.
Também são resistentes a escórias ricas em sílica e são utilizados como vasos de contenção para tal. São facilmente atacados por escórias óxidas.
Refratários básicos
Refratários ricos em MgO. Eles podem conter também compostos de cálcio, cromo e ferro.
A presença de sílica é prejudicial ao desempenho desses materiais a altas temperaturas.
Resistentes ao ataque de escórias com concentrações elevadas de MgO e CaO, e encontram uma extensa aplicação em alguns fornos de soleira aberta usados para a fabricação de aços.
Refratários especiais
Existem ainda outros materiais cerâmicos que são usados em aplicações refratária consideradas específicas. Alguns deles consistem em óxidos e alta pureza produzidos com pouca porosidade. Incluídos nesse grupo temos alumina, sílica, magnesita, mulita entre outros. Além destes, temos ainda compostos à base de carbeto, carbono e grafita.
Outras aplicações e métodos de processamento
Abrasivos
Cerâmicas abrasivas são usadas para desgastar por abrasão, esmerilhar ou cortar outros materiais que sejam necessariamente mais moles. São duros, tenazes e resistentes ao desgaste. Além disso, possuem algumas propriedades refratárias, em função das altas temperaturas a partir do atrito.
Diamantes naturais e sintéticos são utilizadoscomo abrasivos, porém são caros. Materiais cerâmicos abrasivos mais comuns são o carbeto de silício, carbeto de tungstênio, óxido de alumínio e a areia de sílica.
São usados na forma de rodas de esmerilhamento, onde as partículas abrasivas estão coladas por meio de uma resina cerâmica; Na forma de abrasivos revestidos, onde um pó abrasivo reveste algum tipo de material à base de papel ou tecido (lixa de papel); e na forma de grãos soltos, que são colocados em contado do material por algum tipo de veículo à base de água ou óleo.
Prensagem do Pó
A prensagem do pó é usada para fabricar composições tanto argilosas como não-argilosas, incluindo cerâmicas eletrônicas e magnéticas, bem como alguns tijolos refratários.
Uma massa pulverizada, contendo uma pequena quantidade de água ou aglutinante, é compactada na forma desejada, mediante pressão.
O aglutinante tem o papel de lubrificar as partículas pulverizadas, à medida que elas se movem uma contra as outras durante o processo de compactação.
Não existe qualquer deformação plástica das partículas durante a compactação.
Na prensagem uniaxial, o pó é compactado em um molde de metal através de uma pressão que é aplicada ao longo de uma única direção. A peça conformada assume a forma do molde e do cursor da prensa. Este método está restrito a formas simples. As taxas de produção são altas e o processo é barato.
Na prensagem isostática, o material pulverizado está contido em um envelope de borracha, e a pressão é aplicada por um fluido, com a mesma força em todas as direções. São possíveis formas complicadas do que a uniaxial. A técnica consome mais tempo que a uniaxial e é mais cara.
Na prensagem a quente, a prensagem do pó e o tratamento térmico acontecem ao mesmo tempo. O agregado pulverizado é compactado a uma temperatura elevada. É uma técnica de fabricação cara. O molde deve ser aquecido e resfriado a cada ciclo. O molde tem vida útil curta.
Tanto a prensagem uniaxial quanto a isostática requerem um cozimento posterior. Durante o cozimento a peça reduz de volume e diminui a porosidade, juntamente com a melhoria da sua integridade mecânica.
O processo das partículas formarem uma massa mais densa é chamado de sinterização. Após a prensagem muitas partículas se tocam umas nas outras. No estágio inicial da sinterização, ocorre a formação dos empescoçamentos das regiões de contato das partículas. Forma-se um contorno de grão dentro de cada pescoço e cada interstício se torna um poro.
Com a continuação do processo de sinterização, os poros se tornam menores e adquirem formas mais esféricas.
Fundição em fita
Lâminas delgadas de uma fita flexível são produzidas mediante um processo de fundição. As lâminas são preparadas por suspensão.
Consiste na suspensão de partículas cerâmicas em um líquido com elementos aglutinantes e plasticizantes, incorporados para introduzir resistência e flexibilidade à fita fundida.
A desaeração em vácuo é utilizada para remover-se bolhas de ar ou de vapor de solvente aprisionados no material.
A fita é formada pelo derramamento da suspensão sobre uma superfície plana, uma lâmina afiada espalha a suspensão na forma de uma fina fita com espessura uniforme.
Na secagem, os componentes voláteis são retirados por evaporação. Esse produto cru consiste em uma fita flexível que passa depois por um cozimento. As fitas variam entre 0,1 a 2 mm de espessura.
A fundição em fita é utilizada para produção de circuitos integrados e capacitores.
Cimentos
A característica especial desses materiais é que quando eles são misturados com água formam uma pasta que pega e endurece.
O cimento Portland é o consumido em maiores quantidades. Ele é produzido pela moagem e mistura íntima de argila e minerais que contêm cal nas proporções adequadas, e depois pelo aquecimento da mistura resultante até uma temperatura de aproximadamente 1400°C em um forno rotativo. O produto “clínquer” que resulta é moído até um pó muito fino, ao qual é adicionado gesso para retardar o processo de pega do cimento.
Cerâmicas Avançadas
Aplicações em máquinas térmicas
As principais vantagens desses novos materiais sobre as ligas metálicas convencionais incluem: a habilidade destes materiais de suportar temperaturas de operação elevadas, dessa forma aumentando a eficiência do combustível: excelentes resistências ao desgaste e à corrosão; perdas por atrito mais baixas; a habilidade de operar sem um sistema de resfriamento; menores densidades, o que resulta em pesos mais baixos dos motores.
A principal desvantagem do uso de materiais cerâmicos em máquinas térmicas é a disposição desses materiais a falhas frágeis e a falhas catastróficas, devido às suas tenacidades à fratura relativamente baixas.
Blindagem Cerâmica 
A consideração principal nessas aplicações é o peso do material de proteção exigido para bloquear o impacto dos projéteis. A maioria dos sistemas de blindagem cerâmicos consiste em um ou mais chapas cerâmicas voltadas para o lado exterior, combinadas com uma chapa de fundo dúctil mais mole. As chapas do lado exterior precisam ser duras o suficiente para fraturar o projétil; a chapa do fundo que suporta a blindagem deve absorver a energia cinética remanescente do projétil e impedir a continuação da penetração do projétil e dos fragmentos cerâmicos.
Embalagens de componentes eletrônicos
Na medida em que os componentes eletrônicos de circuitos integrados se tornam densamente compactos, a dissipação de calor se torna uma consideração cada vez mais crítica. O óxido de alumínio tem sido o material substrato de suporte padra; sua principal limitação é a condutividade térmica relativamente baixa. A alternativa de substrato mais promissora é o AIN, que possui uma condutividade térmica 10 vezes superior à apresentada pela alumina.