Usinagem de Materiais Cerâmicos

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EET-507 INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS CERÂMICOS
12. RETIFICAÇÃO FINAL
	Algumas peças cerâmicas podem ser fabricadas para dar a sua forma final por métodos descritos no Capítulo 11 (ou no Capítulo 7 do RICHERSON [1] ). Entretanto, mais frequentemente, usinagem de algumas das superfícies é requerida para atender as tolerâncias dimensionais, obter melhorado acabamento superficial, ou remover defeitos superficiais. Essa usinagem pode representar uma signficativa porção do custo de fabricação e assim deveria ser minimizada e conduzida tão eficientemente quanto possível. O presente Capítulo (ou o Capítulo 8 do RICHERSON [1] ) trata dos aspectos essenciais sobre o assunto.
12.1 - MECANISMOS DE REMOÇÃO DE MATERIAL
	A usinagem de materiais cerâmicos são difíceis e cara devido a sua alta dureza e natureza frágil. Usinagem deve ser feita cuidadosamente para evitar fratura frágil do componente. Muitas cerâmicas não podem ser usinadas com sucesso com o tipo de ferramentas de corte usadas para metais porque essas ferramentas ou não são suficientemente duras para cortar a cerâmica ou aplicam demasiado grandes tensões trativas locais e causam fratura. A ferramenta deve ter uma maior dureza do que a cerâmica que está sendo usinada e deve ser de uma configuração que remove material da superfície sem sobretensionar o componente.
	Materiais cerâmicos podem ser removidos por ação mecânica, térmica ou química. Abordagens mecânicas são usadas mais comumente e são discutidas primeiro. Elas podem ser divididas em 3 categorias:
(i) abrasivo montado,
(ii) abrasivo livre, e
(iii) impacto.
(a) Usinagem por Abrasivo Montado
	Ferramentas de abrasivo montado consistem de partículas abrasivas pequenas e duras ligadas ou imersas numa matriz mais macia. As partículas abrasivas pode ser SiC, Al2O3, Al2O3-ZrO2, ou outro material cerâmico duro, e a matriz pode ser borracha, resina orgânica, vidro ou uma composição cerâmica cristalina mais macia do que as partículas abrasivas. Bons exemplos são a grande variedade de rebolos de desbaste usados extensivamente em trabalhos domésticos e na indústria. Para usinar cerâmicas muito duras tais como Al2O3, Si3N4 e SiC, diamante é usualmente o abrasivo mais eficiente, montado numa matriz macia de metal ou resina orgânica.
	Ferramentas de abrasivo montado podem ser fabricadas numa larga variedade de configurações e composições. Abrasivos grossos são usados para usinagem grossa, onde rápida remoção de material é desejada. Abrasivos finos são usados para usinagem final, onde são requeridos tolerâncias apertadas e acabamento superficial liso.
	Remoção de material é obtida pelo movimento da ferramenta em relação à peça cerâmica objeto enquanto simultaneamente se aplica pressão. As partículas abrasivas são pequenas e irregulares em forma de tal maneira que uma aresta aguda da partícula está usualmente em contato com a cerâmica. Esta pequena área de contato produz alta concentração localizada de tensão e a partícula lavra (ara) uma ranhura microscópica através da superfície da cerâmica. Quanto maior for o abrasivo, tanto maior a ranhura e maior a profundidade de ano na cerâmica. Isto será discutido em maior detalhe numa seção sobre efeitos de usinagem sobre a resistência mecânica, incluindo procedimentos sugeridos para minimizar a redução de resistência mecânica.
(b) Usinagem com Abrasivo Livre
	A usinagem com abrasivo livre consiste de abrasivo frouxo e é usualmente empregado para obter o acabamento superficial final com abrasivo de muito fino tamanho de partícula. Lapidação (“lapping”) é a abordagem de abrasivo livre mais comumente usada. O abrasivo fino é colocado num material macio tal como tecido ou madeira, que é então movido em relação à cerâmica que está sendo lapidada. Por causa do pequeno tamanho do abrasivo, a taxa de remoção de material é muito baixa. Entretanto, superfícies muito lisas com planura medida em comprimentos de onda da luz pode ser obtida. Essas superfícies resultam em fricção muito baixa e têm sido usadas em aplicações de mancais e de vedação.
	Abrasivo livre é também usado em trepanação (“trepanning”). Essa é uma técnica é usada para abrir furos circulares numa cerâmica. A ferramenta consiste de um cilindro de oco de pare fina de um material macio tal como latão. O abrasivo solto é colocado entre a ferramenta e a peça cerâmica objeto junto com um refrigerante tal como água ou óleo e pressão é aplicada simultaneamente com rotação para obter ação de desbaste.
(c ) Usinagem por Abrasivo de Impacto
	Os dois primeiros métodos de usinagem removem material essencialmente por movimento de deslizamento. Material pode ser removido por impacto. Jateamento de areia é a principal abordagem de impacto. Partículas abrasivas são carregadas por ar comprimido através de um bocal que os dirige numa alta velocidade contra a peça cerâmica objeto. A taxa de remoção de material para uma cerâmica aumenta com o tamanho de partícula, dureza do abrasivo e sua velocidade e para ângulo de impacto se aproximando de 90º. Al2O3 e SiO2 são os abrasivos mais comumente usados.
	Jateamento com areia tem sido usado na escultura e para fabricação de lápides (pedras tumulares), mas não é usada para fabricaçãode componentes cerâmicos para aplicações de engenharia. A principal desvantagem reside na dificuldade de obtenção de tolerâncias estreitas ou de uma superfície uniforme.
	Jateamento com areia é usado para limpeza de superfície de cerâmicas e também como um método de teste para avaliar a resistência ao desgaste de materiais.
	Um segundo tipo de usinagem por impacto faz uso do ultrassom. Entretanto, a natureza do impacto é significativamente diferente daquele que ocorre durante o jateamento de areia. Na usinagem por ultrassom, o abrasivo é suspenso numa lama de água que se escoa sobre a superfícieda ferramenta. A ferramenta é vibrada numa alta frequência, que acelera cada partícula abrasiva sobre uma muito pequena distância para bater na peça cerâmica objeto. Impacto ocorre somente onde a ferramenta se encontra em estreita proximidade da peça cerâmica objeto, de maneira que estreitas tolerâncias podemser obtidas por controledas dimensões da ferramenta e do abrasivo. Nenhuma pressão é aplicada entre a ferramenta e o abrasivo de maneira que resulta apenas um muito pequeno dano limitador de resistência mecânica para a cerâmica. Carboneto de boro é frequentemente usado como o abrasivo porque ele é mais duro do que a maioria das outras cerâmicas (exceto o diamante), é menos caro do que o diamante e é disponível em estreitas faixas de tamanho.
(d) Usinagem Química
	Usinagem química é principalmente usada para obter melhor acabamento superficial e assim aumentada resistência mecânica ou decrescida fricção. Ela é obtida pela imersão da superfície a ser usinada dentro de um líquido no qual a cerâmica é solúvel. Muitas composições de vidro de silicato podem ser atacadas ou quimicamente usinadas com ácido fluorídrico (HF). Al2O3 pode ser atacada com Na2B4O7 fundido. Esses tratamentos são às vezes referidos como polimento químico porque eles produzem uma superfície tão lisa.
(e) Fotoataque
	Algumas composições de vidro podem ser usinadas quimicamente para dar geometrias muito complexas usando fotoataque. Um tal vidro contém Ce2O3 e Cu2O . Uma máscara ou negativo fotográfico é colocado sobre o vidro e irradiado com luz ultra violeta. Nas áreas não mascaradas o Cu2O é reduzido pelo Ce2O3 pela reação Ce3+ + Cu+ ( Ce4+ + Cu. O vidro é a seguir exposto a um tratamento térmico controlado no qual as partículas de cobre agem como sítios de nucleação para cristalização localizada. O material cristalizado pode ser atacado em ácido fluorídrico numa taxa 15 vezes maior do que a taxa de ataque do vidro original.
	Algumas configurações muito intrincadas têm sido produzidas pela técnica de fotoataque. Um exemplo é uma peneira de 600 malhas.
(f) Usinagem porDiscarga Elétrica
	Usinagem por descarga elétrica (“EDM, electrical discharge machining”) pode ser realizada somente com materiais eletricamente condutores. Uma ferramenta conformada é mantida em esreita proximidade à peças que se encontra em usinagem, retendo uma fenda constante pré-determinada com o uso de um servo-mecanismo que responde a mudança na voltagem da fenda. Um líquido dielétrico é escoado continuamente entre a ferramenta e a peça cerâmica objeto. Fagulha produzida por descarga elétrica através do dielétrico corrói a cerâmica por uma combinação de vaporização, cavitação e choque térmico produzido pelo intenso aquecimento local.
	“EDM” tem sido usado com sucesso em condutores de carbetos, silicetos, boretos e niretos. As vantagens são que nenhuma carga mecânica local é aplicada durante EDM e que buracos, recessos e dimensões externas podem ser produzidos nos mesmo tipos e formas que poderiam ser formados em metal por estampagem ou em massa de pão por um cortador de cozinha. As desvantagens são a lenta taxa de corte, as limitações aos materiais condutores, e o relativamente pobre acabamento final obtido. A superfície é tipicamente pontualmente cavada e microtrincada e resulta em substancial redução de resistência mecânica.
(g) Usinagem por Laser
	Apenas alguns estudos têm sido reportados sobre usinagem de cerâmica por laser. Lumley* reporta o uso de usinagem a laser para riscar substratos eletrônico de Al2O3 para permitir que eles fossem fraturados no desejado tamanho. O mecanismo da remoção de material aparece como sendo de estilhaçamento por choque térmico (“thermal schock spalling”).
*H.M.Lumley, Controlled Separation of brittle materials using a laser, Am.Cer.Soc. Bulletin, 48(9), 850-854 (1969).
	Copley et al.** reportaram usinagem de SiC, Si3N4 e SIALON usando um laser de CO2. Neste caso a remoção de material foi aparentemente por evaporação, de vez que todos esses três materiais se decompõe em lugar de fundirem-se. Um cilindro de Si3N4 prensado a quente contendo fios de rosca de ¼ polegada x 20 foi usado a laser a partir de um material de partida retangular. Um cilindro de SiAlON foi também usinado. Medida de acabamento superficial determinou que a máxima deslisura (não-lisura, “nonsmooothness”) de pico a vale foi de 7,5 (m. Isto sugere que a usinagem a laser de cerâmicas pode ser uma abordagem viável e deveria ser avaliada mais ainda. Em particular, os efeitos sobre a resistência mecânica do material deveriam ser determinados.
**S.M. Copley, M. Bass and R.G. Wallace, Shaping silicon compound ceramics with a continuous wave carbon dioxide laser, in The Science of Ceramic Machining and Surface Finishing, II (B. J. Hockey and R.W.Rice, eds.), NBS Special Publication 562, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 1979, pp.283-292.
12.2 - EFEITOS SOBRE A RESISTÊNCIA MECÂNICA
	Para entender os efeitos da usinagem sobre a resistência mecânica de um material cerâmico, nós devemos examinar as inerações que ocorrem na interface entre a ferramenta e a peça de cerâmica de trabalho e definir os defeitos que são iniciados na cerâmica. Primeiro, consideremos uma única partícula abrasiva montada lavrando (arando) um sulco numa peça cerâmica de trabalho. O material que se encontrar diretamente no passo da partícula abrasiva vê muito altas tensão e temperatura e é quebrado e deformado. Material adjacente à partícula abrasiva é colocado em compressão e pode também deformar-se plasticamente. Após a passagem da partícula abrasiva, este material ressalta-se e trinca-se ou estilhaça-se devido às tensões de tração resultantes. Assim, o tamanho do sulco de usinagem para muitas cerâmicas é maior do que o tamanho da partícula abrasiva.
	A Figura 8.1 mostra esquematicamente os tipos de trincas que podem se formar adjacentes ao sulco de desbaste. A trinca mediana é paralela à direção de desbaste e perpendicular à superfície e resulta a partir de altas tensões na base do sulco de desbaste. Uma vez que ela é paralela à direção do desbaste, ela tem sido também chamada uma trinca longitudinal. Ela é usualmente a mais profunda e produz a maior redução na resistência mecânica.
Figura 8.1 - Esquema mostrando as trincas e deformação de material que ocorrem durante desbaste com uma única partícula abrasiva.
	Trincas laterais são paralelas à superfície e se estendem para longe da zona plástica. Elas resultam a partir da alta tensão de tração que existe na aresta da zona plástica e se estendem quando o material se relaxa imediatamente após a passagem da partícula abrasiva. Trincas laterais tendem a curvar-se em direção à superfície e às vezes resulta no estilhaçamento de lascas. Uma vez que trincas laterais são paralelas à superfície, elas não resultam em concentração de tensão durante subsequente carregamento mecânico e assim não reduz significativamente a resistência do material. Entretanto, elas respondem por uma substancial porção da remoção de material durante o desbaste.
	Trincas radiais normalmente resultam a partir do impacto de uma única partíca ou indentação de uma única partícula e se estem radialmente a partir do ponto de impacto. Elas são perpendiculares à superfície, mas são usualmente rasas e não degradam a resistência mecânica tanto quanto uma trinca mediana. As trincas mostradas na Figura 8.1 que são perpendiculares ao sulco de desbaste são análogas às trincas radiais. Podem existir muitas dessas ao longo do comprimento do sulco de desbaste. Elas têm sido referidas na literatura como sendo trincas transversais, de vibração e crescentes, mas seu mecanismo de formação geralmente não tem sido discutido. É mais provável que elas seja iniciadas pela alta tensão de tração na aresta de reboque do contato entre a partícula abrasiva e a peça cerâmica de trabalho. O mecanismo de tensão biaxial para situações de alta fricção se encontra discutido no Capítulo 3 do RICHERSON [1].
(a) Efeito da Direção de Desbaste
	Muitas cerâmicas são usinadas com ferramentas contendo muitas partículas abrasivas em vez de um único ponto. Entretanto, é provável que os resultantes defeitos superficiais seja similares para ambos os tipos de ferramenta e que as trincas mediana e radial controlem a resistência mecânica. Que defeito controla a resistência mecânica depende da orientação dos sulcos de desbaste para a direção de aplicação da tensão. Isto é mostrado esquematicamente na Figura 8.2 para amostras carregadas em flexão.
Figura 8.2 - Direção de desbaste e distribuição de trinca versus eixo de tensão de tração.
	À medida em que a carga é aplicada e as amostras comecem a se fletir, concentração de tensão ocorrerá nas pontas de trincas perpendiculares ao eixo da tensão mas não em trincas paralelas ao eixo da tensão. Assim para amostras desbastadas na direção longitudinal, concentração de tensão ocorrerá nas trincas radiais (transversais) e para amostras desbastadas na direção transversa, concentração de tensão ocorrerá nas trincas medianas (longitudinais). Uma vez que trincas medianas são usualmente as mais severas, se poderia esperar que a resistência mecânica fosse a mais baixa para desbaste transversal, onde os sulcos e as trincas medianas são perpendiculares ao eixo da tensão de tração. Isto pode ser visto na Tabela 8.1.
Tabela 8.1 - Resistência Mecânica versus Orientação de Direção com Respeito ao Eixo da Tensão de Tração.
	A partir da Tabela 8.1 fica óbvio que substanciais diferenças na capacidade de suportar carga para um componente cerâmico pode resultar, dependendo da orientação do desbaste com respeito à distribuição de tensão no componente. Esta anisotropia de resistência mecânica é uma importante consideração para um engenheiro projetando um componente que deve suportar alta tensão.
(b) Efeitos da Microestrutura
	A microestrutura do material cerâmico tem um pronunciado efeito sobre a taxa de usinagem e sobre a resistência mecânica após a usinagem. Rice* reporta quecerâmicas finamente granuladas requerem maiores forças de desbaste e maior tempo para fatiar-se ou usinar. Isto é mostrado para vários materiais cerâmicos na Figura 8.3. Porosidade uniformemente distribuída aumenta a taxa de usinagem, mas também decresce a lisura do acabamento da superfície que pode ser obtida.
*R.W. Rice, Machining of ceramics, in Ceramics for High Performance Applications (J.J.Burke, ªE. Gorum, and R.N.Katz, eds.), Brook Hill Publishing Co, Chestnut Hill, Mass., 1974, pp.287-343.(Available from MCIC, Battelle Columbus Labs., Columbus, Ohio,USA).
Figura 8.3 -Efeito da taxa de usinagem sobre o tamanho de grão.
	O grau de redução de resistência mecânica resultante da usinagem é dependente da comparação do tamanho de defeitos inicialmente presentes na cerâmica para aqueles produzidos pela usinagem. Usinagem tem muito pouco efeito sobre a resistência mecânica de cerâmicas contendo alta porosidade ou grande tamanho de grão porque os defeitos introduzidos durante a usinagem não são maiores do que os defeitos microestruturais inicialmente presentes. Por outro lado, a resistência mecânica de cerâmicas finamente granuladas tais como a maioria de Si3N4 e Al2O3 pode ser reduzida significativamente.
	
(c ) Efeitos dos Parâmetros de Desbaste
	Os parâmetros selecionados para usinagem de uma cerâmica têm um grande efeito sobre a taxa de usinagem e desgaste da ferramenta e sobre as resultantes propriedades da cerâmica. Tabela 8.2 sumaria as tendências gerais associadas com as variações nos parâmetros individuais de usinagem. Dever-se-ia enfatizar que essas são justo as tendências e que elas não permanecem válidas para todos os materiais e todos os níveis de variação. Também muitos desses parâmetros são interativos e podem ter um efeito diferente quando combinados do que quando considerados individualmente.
Tabela 8.2 - Efeitos dos Parâmetros de Usinagem
	Partículas abrasivas grandes resultam numa maior profundidade de dano de desbaste e são usadas para operações grosseiras. Abrasivos finos são usados para remover danos subsuperficiais produzidos pelo abrasivo grande durante o desbaste grosseiro e para obter as tolerâncias finais e acabamento final.
	Para obter a resistência mecânica máxima, desbaste é usualmente feito em várias etapas, decrescendo o tamanho do abrasivo em cada etapa e removendo suficiente material da superfície para remover dano subsuperficial resultante da etapa anterior. Às vezes, etapas intermediárias de usinagem são omitidas para economizar tempo e reduzir o custo. A desejada tolerância e o desejado acabamento superficial podem ser obtidos, mas os requisitos de resistência mecânica podem não ser e o componente pode falhar em serviço.
	Materiais cerâmicos mais duros são mais difíceis de cortar e de desbastar do que os materiais mais macios e requerem maior força. Isto resulta num aumentado desgaste de rebolo, maiores temperaturas de interface e maior perigo de dano à cerâmica. Aumentada velocidade do rebolo decresce a força requerida e usualmente resulta num menor desgaste da ferramenta, menores temperaturas e menor dano superficial. O uso de água ou outro lubrificante ou refrigerante provê similares benefícios.
(d) Minimização do Efeito de Usinagem sobre as Propriedades
	Os efeitos deletérios de usinagem sobre as propriedades das cerâmicas podem ser diminuídos por otimização experimental dos parâmetros de usinagem. Isto inclui a seleção de apropriado abrasivo e ligação do rebolo, velocidade do rebolo, alimentação para baixo, refrigerante e sequência de tamanho de abrasivo. Procedimentos pós-usinagem têm sido desenvolvidos para obter melhoria adicional nas propriedades. Esses incluem os seguintes:
(i) Lapidação,
(ii) Recozimento,
(iii) Oxidação,
(iv) Ataque químico,
(v) Compressão superficial,
(vi) Polimento por chama
Cada uma dessas abordagens ou remove defeito superficial ou subsuperficial resultantes da usinagem ou reduzem a concentração de tensão devida à falha.
(i) Lapidação
	Lapidação envolve o uso de partículas abrasivas muito finas suspensas numa lama e aplicadas à superfície da peça cerâmica de trabalho com uma macia superfície de ferramenta tal como tecido ou madeira. Ela é equivalente ao polimento mecânico usado na preparação de amostras metalográficas para exame de microestrutura. O tamanho do abrasivo determina o acabamento superficial final que pode ser obtido. Entretanto, como mencionado antes, a resistência mecânica não necessariamente aumenta com o aumento da lisura da superfície. Para obter aumento da resistência mecânica, usinagem e lapidação devem ser feitas numa sequência de decrescente tamanho de abrasivo de tal maneira que cada etapa sucessivamente remove o dano superficial produzido pela etapa anterior. Uma sequência adequada poderia ser o desbaste grosseira com diamante de grão 200 (“200-grit”), usinagem de acabamento com diamantes de grãos 320 e 600, lapidação grossera com Al2O3 ou CeO2 de 30 e 9 (m e lapidação de acabamento com Al2O3 ou CeO2 de grão de 3 (m, 0,3 (m e 0,06(m. Lapidação final pode também ser feita com diamante.
	O grau de lapidação ou acabamento superficial é obviamente dependente das limitações de custo e da criticalidade da aplicação. Por causa da estrutura de grão fino e dureza dos materiais cerâmicos avançados, excelente acabamento de superfície e tolerâncias podem ser obtidas. Por exemplo, as seguintes capacidades têm sido reportadas para Al2O3 denso por Western Gold e Platinum Co. (WESGO) em sua Circular Técnica No. L-779:
“Lapidação plana até a metade da banda de luz (0,000152 mm de planura)
Paralelismo até 0,00025 mm).
Tolerâncias dimensionais de 0,00025mm)
Diâmetros externos cilíndricos entre 1,524mm e 76,2mm lapidados até 0,000127mm tolerância dimensional e redondeza até 0,000127mm)
Diâmetros em etapas até 0,00127mm) concentricidade
Diâmetros de acasalamento externo-interno lapidados até 0,00127mm tolerância de folga de acasalamento
Diâmetros cilíndricos internos entre 1,524mm e 50,8 mm lapidados até 0,000127mm tolerância dimensional e redondeza até 0,000127mm.
Furos cegos e furos intersectantes lapidados até 0,000127mm tolerância dimensional e redondeza de 0,000127mm
Superfícies côncavas e convexas radiais e esféricas lapidadas dentro de 0,00025 mm do raio verdadeiro e 0,00025mm redondeza”
	Muitas aplicações não requerem tal lapidação precisa. Algumas das aplicações mais críticas em termos de acabamento superficial ou tolerância incluem vidros óticos, cerâmicas de laser, mancais, selos, alguns componentes de fabricação de papel e guias de rosca.
(ii)Recozimento
	Uma vez que materiais cerâmicos são normalmente processados numa temperatura muito alta, tensões internas às vezes resultam durante o resfriamento. Algumas vezes essas tensões residuais podem melhorar a resistência mecânica, mas às vezes elas reduzem resistência mecânic. Recozimento numa alta temperatura seguido de lento resfriamento pode às vezes aliviar essas tensões. Recozimento pode também aliviar tensões superficiais resultantes da usinagem e realmente curar defeitos subsuperficiais tais como trincas medianas. Recozimento pode também cristalizar fases vidro e obter melhorada resistência mecânica ou estabilidade.
(iii)Oxidação
	Tem sido demonstrado que oxidação pode aumentar a resistência mecânica de prensado a quente e usinado Si3N4 e outros nitretos e carbetos. No caso de Si3N4, a reação Si3N4 ( 3 SiO2 + 2 N2 pode aumentar a resistência mecânica por completamene remover a profundidade de superfície contendo as residuais trincas de usinagem ou por arredondamento de pontas de trincas e reduzindo concentração de tensão. Esta abordagem foi usada efetivamente para melhorar a capacidade de suportar carga de lâminas de rotor de Si3N4 prensadas a quente. O processo de usinagem das lâminas resultou em desbaste transversal perpendicular ao eixo da tensão de traçãode tal maneira que a trinca mediana era controladora da resistência mecânica. A resistência mecânica como usinado foi de cerca de 428 M Pa . Oxidação a 960oC durante 50 horas aumentou a resistência até 635 M Pa .
(iv) Ataque Químico
	Ataque químico tem sido usado durante muitos anos para remover dados superficiais de usinagem ou outros, especialmente o uso do ácido fluorídrico com vidro. A resistencia mecânica aumenta mais do que 10 vezes aquela obtida tanto para composições de vidro quanto a obtida para óxidos cerâmicos.
(v) Compressão Superficial.
	A colocação da superfície em compressão torna óbvia os efeitos dos defeitos de superfície por prevenção da concentração de tensões de tração na ponta da trinca. A tensão superficial compressiva deve ser primeiro excedida por uma tensão trativa aplicada antes que a concentração de tensão começará a se estabelecer e conduzir à propagação de trinca.
	Talvez o exemplo mais comum de compressão de superfície é em vidro de segurança. Compressão de superfície é obtida em vidro mais comumente quer por troca iônica quer por têmpera. No primeiro caso, vidro é exposto à temperatura elevada a íons positivos que são maiores do que aqueles inicialmente existentes no vidro. De vez que a estrutura do vidro é expandida na temperatura elevada, esses íons maiores são capazes de trocar lugares com íons menores perto da superfície. Quando o vidro é resfriado, esses íons não mais se ajustam, mas estão aprisionadosna estrutura e resultam em compressão da superfície. Um exemplo é aquele da troca de íons de cálcio em lugar de íons de sódio.
	Troca íônica pode também ser aplicada a materiais cristalinos. O íon trocado pode causar compressão por diferença de tamanho ou por produzir uma composição de superfície com um menor coeficiente de expansão térmica.
	Têmpera tem também sido conhecida durante um longo tempo como um método de melhorar a resistência mecânica. Kirchner* discute em detalhe o uso de têmpera para fortalecer Al2O3, TiO2, espinélio, esteatita (MgSiO3), forsterita (Mg2SiO4), SiC e Si3N4. A têmpera de hastes de Al2O3 a partir de 1600oC para dentro de óleo de silicone resultou num aumento de resistência mecânica média de 331 M Pa para 694 M Pa .
*H.P. Kirchner, Strengthening of Ceramics, Marcel Dekker, Inc., New York, 1979.
	Para que a têmpera seja eficiente, o material deve ser aquecido até uma temperatura tal que alguma plasticidade esteja presente. Uma temperatura de 1500 a 1600oC é apropriada para Al2O3, mas 1900 a 2000oC é requerida para SiC. Durante a têmpera a superfície se resfria muito rapidamente e é colocada em compressão de vez que o interior se resfria mais lentamente.
	Compressão superficial pode também ser obtida com vidrados (revestimentos superficiais de vidro). A composição do vidrado é selecionada para ter um menor coeficiente de expansão do que o material da matriz. Por exemplo, Kirchner usou um vidrado com uma expansão térmica de 5,3 x10-6 por oC para revestir Al2O3 com uma expansão térmica de 6,5 x 10-6 por oC. Vidrados podem ser usados em conjunção com têmpera ou troca iônica para obter adicionais benefícios. Kirchner obteve uma resistência mecânica de 767 M Pa para Al2O3 que foi vidrada e temperada, comparada com 331 M Pa para o material como recebido.
(vi) Polimento a Chama
	Polimento a chama é usado principalmente para reduzir o tamanho e a quantidade de defeitos de superfície em hastes de pequeno diâmetro ou filamentos, especialmente de safira ou rubi (monocristal de Al2O3). Polimento a chama é conduzido por rotação da haste ou filamento e passando-o através de uma chama de H2-O2 tal que a fina camada superfícial se funda. Noone e Heuer** reportam resistências à flexão de rubi e safira polidas a chama na faixa de 4000 a 5000 M Pa comparada com aproximadamente 300 MPa para amostras como desbastadas. Stokes*** compara a resistência à tração monocristal de Al2O3 polido a chamacom outras preparações superficiais. Seu resultado está sumariado na Tabela 8.3
**M.J.Noone e A . H. Heuer, Improvements inthe surface finish of ceramics by flame polishing and annealing techniques, in The Science of Ceramic Machining and Surface Finishing (S.J. Schneider and R.W.Rice, eds.), NBS Special Publication 348,U.S.Government Printing Office, Washington, DC, 1972, p.213-232.
***R.J. Stokes, Effect of surface finishing on mechanical and other physical properties of ceramics, in The Science of Ceramic Machining and Surface Finishing (S.J. Schneider and R.W. Rice, eds.), NBS Special Publication 348, U.S.Government Printing Office, Washington, D.C., 1972, pp.348-352.
Tabela 8.3 - Preparação da Superfície Versus Resistência à Tração para Mono-Cristal de Al2O3.
	Stokes também discutiu os efeitos de usinagem sobre as propriedades outras que a resistência mecânica. A forma da curva histerese em FERRITAS MAGNÉTICAS é significativamente mudada por tensões próximas da superfície resultantes da usinagem. Procedimentos de polimento, recozimento e ataque químico são rotineiramente usados para atingir reprodutivelmente a forma da curva de histerese. Propriedades elétricas e óticas são também fortemente afetadas pela usinagem e condição superficial.
BIBLIOGRAFIA
[1] DAVID W. RICHERSON, Modern Ceramic Engineering, Marcel Dekker, Inc., New York and Basel, 1982.
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