materiais ceramicos

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Materiais Cerâmicos
Estruturas Cerâmicas
compostas por dois ou mais elementos
Possuem estruturas cristalinas, em geral, complexas
Estruturas Cristalinas (predominantemente iônica)
compostas por íons (cátions e anions)
Características que influenciam na estrutura
Magnitude da carga elétrica em cada um dos íons (cristal neutro)
Tamanhos relativos dos cátions e dos anions
(razão mínima: contato estabelecido)
Materiais Cerâmicos - Estruturas
Estruturas Cristalinas do Tipo AX
(números iguais de cátions e anions)
Estrutura Sal-gema, Estrutura do Cloreto de Césio, Estrutura de Blenda de Zinco
Materiais Cerâmicos - Estruturas
Estruturas Cristalinas do Tipo AmXp 
(números diferentes de cátions e anions)
Fluorita CaF2
Outros: UO2, PuO2, ThO2
Materiais Cerâmicos - Estruturas
Estruturas Cristalinas do Tipo AmBnXp
(A e B são cátions)
Estrutura Cristalina da Perovskita
Titanato de Bário (BaTiO3)
Materiais Cerâmicos - Estruturas
Estruturas Cristalinas da Compactação densa de Anions
Planos compactados (empilhados)
Sítios intersticiais: alojamento dos cátions
	Tipos de posições intersticiais:
Tetraédrica (NC=4) e octaédrica (NC=6)
Cada uma dessas esferas de anions: uma posição octaédrica e duas posições tetraédricas
As estruturas dependem de dois fatores:
o empilhamento das camadas densamente compactadas de anions (são possíveis arranjos CFC e HC)
maneira segundo a qual os sítios intersticiais são preenchidos com os cátions
Cerâmicas a base de silicato
Compostos principalmente por silício e oxigênio
Rochas, solos, argilas e areia
Estruturas cristalinas caracterizadas em termos de arranjos
Unidade básica: tetraedro composto por SiO44-
Várias estruturas de silicatos surgem das diferentes maneiras segundo as quais as unidades de SiO44- podem ser combinadas em arranjos unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais
SÍLICA
Mais simples: dióxido de silício
Rede tridimensional, eletricamente neutro
Principais formas cristalinas polimórficas
quartzo, cristobalita e tridimita
Estruturas complicadas e abertas (densidade baixa)
Si-O: caráter covalente (fortes): temp de fusão alta
Ex. Quartzo, ρ=2,65 g/cm3, Tf=1710oC
Cerâmicas a base de silicato
VIDROS A BASE DE SILICATO
Sólido não cristalino (elevado grau de aleatoriedade)
Sílica fundida ou sílica vítrea
Formadores de rede: SiO2, B2O3, GeO2
(oxigênio serve como ponte entre tetraedros)
Aumenta a viscosidade, maior rigidez, difícil moldar
Modificadores de rede: CaO, Na2O (fornecem cátions)
São incorporados no interior
Vidros inorgânicos comuns (recipientes, janelas)
Intermediários: TiO2, Al2O3
estabilizam a rede
Diminuem o ponto de fusão e a viscosidade de um vidro, tornando mais fácil a sua conformação
Cerâmicas a base de silicato
OS SILICATOS
(estruturas mais complexa)
Fórmulas: SiO44-, Si2O76-, Si3O96-
Cátions como Ca2+, Mg2+, Al3+ servem a dois propósitos: (1) compensam as cargas negativas das unidades de SiO4-4
(2) ligam ionicamente entre si os tetraedros de SiO4-4
Silicatos Simples: forsterita (Mg2SiO4), arquemanita (Ca2mgSi2O7)
 Silicatos em Camadas: estrutura bidimensional em laminas ou camadas
Característica das argilas e de outros minerais
Ex. Caolinita, talco, moscovita
Cerâmicas a base de silicato
CARBONO
 DIAMANTE
Estrutura cristalina cúbica do diamante
ligações covalentes
Extremamente duro, condutividade
elétrica baixa, condutividade térmica
alta, oticamente transparente nas
regiões visível e infravermelha do
espectro eletromagnético, elevado índice de refração
Aplicações: Monocristais como pedras preciosas e industrialmente são utilizados para triturar ou cortar outros materiais
 GRAFITA
Estrutura: composta por camadas
de átomos de carbono em um
arranjo hexagonal
Excelentes propriedades lubrificantes,
condutividade elétrica alta em direções
paralelas às laminas, elevada resistência
e boa estabilidade química a temperaturas
elevadas e em atmosferas não oxidante,
elevada condutividade térmica, baixo
coeficiente de expansão térmica e alta resistência a choques térmicos,
elevada adsorção de gases e boa usinabilidade
Aplicações: eletrodos para soldagem a arco, cadinhos metalúrgicos, materiais refratários
CARBONO
 FULLERENOS
Aglomerado esférico oco contendo 60 átomos de carbono, C60 
Configurações geométricas
tanto hexagonais como 
Pentagonais
Puro: eletricamente isolante
Impurezas: altamente condutor
Aplicações:
campo da microeletrônica,
dos semicondutores, baterias
ou ainda os lubrificantes de
altíssima qualidade (utilizados em 
competições de fórmula 1) 
apelidados de "bolas de teflon", formados por "buckbolas" totalmente fluoradas cuja
fórmula é C60F60
CARBONO
Materiais Cerâmicos
Classificação (baseado na sua aplicação)
VIDROS
Propriedades dos vidros
VIDROS
Propriedades dos vidros
Ponto de deformação
Ponto de recozimento 
(remoção de tensões residuais)
Ponto de amolecimento (temp máx)
Ponto de operação (fácil deformar)
Ponto de fusão (fluido liquido)
VIDROS
 Conformação Mecânica
Prensagem, insuflação, estiramento e conformação de fibras
 Tratamento Térmico dos Vidros
Recozimento e Têmpera
VITROCERAMICOS
Estado não cristalino para um estado cristalino
DEVITRIFICAÇÃO
Material policristalino com grãos finos
Aplicações
Isolantes elétricos
Peças para irem ao forno
Revestimentos para trocadores de calor e regeneradores
Produtos a base de argila
Barato, encontrado naturalmente e
em abundancia, usado frequentemente como extraído, facilidade de conformação
As argilas são aluminossilicatos (alumina + sílica)
Classificação
 produtos estruturais a base de argila
 louças brancas
Características
 Hidroplasticidade
 se funde ao longo de uma faixa de temperaturas
(depende da composição da argila)
 apresentam estruturas cristalinas complicadas
(prevalece uma estrutura em camadas)
Composições dos produtos a base de argila
além da argila, muitos desses produtos contem outros ingredientes não argilosos não-plásticos, incluem o sílex, quartzo finamente moído, e um fundente, tal como o feldspato
Produtos a base de argila
Técnicas de fabricação
Moagem ou trituração
Peneiramento (classificação por granulometria)
Mistura com água de acordo com a técnica de conformação empregada
Técnicas utilizadas para conformação
 Conformação Hidroplástica
mistura com água (mais comum: extrusão)
Produtos: tijolos, tubos, blocos cerâmicos e azulejos
 Fundição por suspensão
suspensão de argila e/ou outros matérias não-plásticos
molde poroso
Peça cru: resistência mecânica para operações de transporte, secagem e cozimento
Produtos a base de argila
Secagem e Cozimento
necessário, pois as pecas retém uma porosidade significativa e também possui uma resistência que é insuficiente para a maioria das aplicações práticas. Além do mais, ela pode conter algum liquido
Secagem
contração de volume
Fatores influentes: taxa de evaporação, espessura do corpo,teor de água no corpo, tamanho das partículas. A densidade e a resistência são melhoradas
Cozimento
temperatura entre 900 e 1400oC
Depende da composição e das propriedades desejadas
A densidade é novamente aumentada e a resistência mecânica é melhorada. Reações: vitrificação
Produtos a base de argila
Refratários
Características gerais
Capacidade de resistir a temperaturas elevadas, capacidade de permanecer não reativo e inerte, habilidade para proporcionar isolamento térmico
Classificação de acordo com a composição 
 Argilas refratárias: sílica + alumina (alta pureza)
 Refratários a base de sílica: silica (refratários ácidos). Capacidade de suportar cargas a altas temperaturas
 Refratários Básicos: ricos em periclásio, ou magnesita, eles podem conter também compostos de cálcio, ferro e cromo
 Refratários Especiais: óxidos com pureza alta. Alumina, sílica, magnesita, berilia, zirconia, mulita, compostos a base de carbetos, carbono, grafita:
muito pouca porosidade
Abrasivos
Características
dureza ou resistência ao desgaste, elevado grau de tenacidade
 
Materiais
Diamantes tanto naturais como os sintéticos, carbeto de silício, carbeto de tungstenio, oxido de aluminio e a areia de silica
Formas de utilização
 Colados a rodas de esmerilhamento
 Grãos soltos
Cimentos
cimento, gesso de paris e cal
Quando adicionados à água formam
uma pasta que pega e endurece
(útil: qualquer formato, fase de colagem)
resultado de reações de hidratação
Cerâmicas avançadas
 aplicações em máquinas térmicas
 blindagem cerâmica e embalagens de componentes eletrônicos
Processamento
 Prensagem do pó: fabricação de composições tanto argilosas como não argilosas, incluindo cerâmicas eletrônicas e magnéticas. Operação de cozimento: sinterização
 Fundição em fita: laminas delgadas. Produção de substratos cerâmicos usados para fabricação de circuitos integrados e de capacitores com camadas múltiplas