Materiais Cerâmicos e suas Características

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2. MATERIAIS USADOS EM PROCESSAMENTO CERÂMICO
Fonte: J. T. Jone and M.F. Berard, CERAMICS – INDUSTRIAL PROCESSING AND TESTING
 Iowa State University Press/ AMES, Iowa 50010, 1993.
	As várias indústrias cerâmicas nos Estados Unidos da América anualmente processam mais de 50 milhões de toneladas de matérias primas tendo um valor inicial de quase 1 bilhão de dólares. Estas indústrias usam uma tremenda variedade de materiais não-metálicos inorgânicos variando em valor de umas poucas dezenas de centavos de dólar por libra (0,4536 quilograma) para areia de vidro até vários milhares de dólares por libra para alguns materiais exóticos usados como aditivos. Alguns destes materiais são abundantes e podem ser minerados, misturados, e usados diretamente, e outros são mais raros e requerem processamento químico extensivo antes do uso; o preço varia de acordo. Este capítulo começa com uma descrição das características de várias dezenas de matérias primas cerâmicas mais comuns compondo o grosso daquelas processadas por indústrias cerâmicas, seguida por uma descrição de uns poucos materiais exóticos. O capítulo conclui com uma descrição de materiais de molde e uma nota sobre a toxidade.
CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS
	Na indústria cerâmica, as propriedades dos materiais de partida influenciam grandemente os procedimentos de processamento e a natureza do produto final. Importantes fatores para os materiais de partida são as composições química e mineralógica, pureza, teor de umidade, distribuição de tamanho de partícula, tamanho de partícula final em materiais de tamanho de partícula uniforme, área de superfície do pó, densidade da partícula, forma da partícula, e capacidade de troca química para minerais de argila. Métodos para a determinação de muitas destas propriedades são incluídos na Parte 2 deste livro.
ARGILAS
	A palavra argila é usada em cerâmica para significar vários diferentes tipos de materiais. Ela é às vezes usada para significar um de um particular grupo de purificados minerais de argila verdadeiros, cada qual tendo uma composição definida e uma estrutura cristalina característica. Em outras oportunidades, ela se refere uma mistura natural ou manufaturada mistura de minerais que contém alguns minerais argilas verdadeiro, que pode ser tornada trabalhável pela adição de água.
	Os minerais de argila verdadeiros ocorrem numa grande variedade na natureza e são encontradas em depósitos comercialmente trabalháveis de várias purezas em todas as partes do mundo. Os minerais de argila verdadeiros são silicatos de alumínio hidratados que se formaram por alteração e quebra de rochas ígneas mães. As mais importantes rochas fontes para formação de argila são rochas feldspáticas ou granitos (tipicamente misturas de feldspatos, quartzo, e mica). 
	A alteração gradual de rochas mães para formas minerais de argila usualmente ocorreram ao longo de períodos de tempo muito grandes dentro da crosta terrestre sob a ação química de calor, gases e água em alta pressão. Depósitos de argilas formadas por um tal processo hidrotérmico são frequentemente encontrados ainda misturados com fragmentos de rocha mãe inalterada. Estas são chamados depósitos de argila residuais ou primária.
	Eras passadas, erosão expôs muitos depósitos de argilas primárias, e cursos de água e rios lavaram muito das argilas para longe dos seus depósitos originais. A ação da água em movimento tendeu purificar parcialmente o material seprando uma parte dos fragmentos mais pesados de rocha mãe. As resultantes partículas finas foram lavadas e carregadas correnteza abaixo para se depositar em ágas calmas de lagos ou onde os rios desembocaram em mares antigos. Argilas que se depositaram desta maneira sào chamadas argilas sedimentares ou secundárias. Estes depósitos ainda contém alguns minerais impurezas finamente divididos e às vezes contém material orgânico resultante de vegetação degradante ocluída nas argilas quando elas se sedimentaram a partir da água.
	O mineral de argila verdadeiro mais abundante é a caulinita, que é um silicato de alumínio hidratado com a fórmula química Al2Si2O5(OH)4. Uma matéria prima argila que consiste principalmente de caulinita é chamada caulim. O nome caulim (“kaolin”) vem da palavra chinesa “kauling”, nome de uma colina perto de Jauchau Fu onde um importante depósito antigo se localizava. Depósitos secundários excelentes de caulim são encontrados no sudeste dos Estados Unidos da América, as localizações mais importantes estando nas Carolinas, Geórgia, e norte da Flórida. Os depósitos primários principais são encontrados na Cornuália, Inglaterra, onde é referido como “china clay”. Muitos países através do mundo possuem depósitos de caulim trabalháveis. A Figura 2.1(a) é uma fotografia de cristais de caulinita dispersos obtida numa microscópio eletrônico. Esta fotografia revelaqueaforma dos cristais de caulinita é aquela de plaquetas finas, grosseiramente hexagonais em forma. Caulinita ocorre na natureza em leitos relativamente espessos feitos de bilhões destes minúsculos cristais de caulinita, que tipicamente medem cerca de 1 (m através da face da placa e cerca de 0,1(m de espessura. Existem diversas variações estruturais da fórmula de caulinita fixa, dependendo das diferenças no arranjo interno de átomos de Al, Si e O no cristal mas elas são menos comumente usadas em cerâmica. A forma chamada haloisita, mostrada na Figura 2.1(b), é usada em algumas formulações de louça branca. Note-se que aqui as plaquetas se enrolaram em forma de tubos. O material de haloisita usado em louças brancas vem principalmente da Nova Zelândia.
	Adições de água a uma caulinita torna-a plástica, isto é, a resultante pasta espessa pode ser deformada e moldada, e seja mantida nesta nova forma. Esta única propriedade de argilas em geral é a base para muitos métodos de conformação, manual e por máquinas, usados na produção de produtos cerâmicos contendo argilas (veja métodos de conformação no Capítulo 4). O grau até onde onde uma particular argila mostra comportamento plástico é uma função complexa de tamanho de partícula, forma de partícula, e teor de impureza. Caulins de diferentes depósitos variam suficientemente em tamanho de partícula e composições química e mineralógica para tornar possível substituições de uma por outra no batelamento apenas depois de um teste cuidadoso. Tais substituições pode fazer significativas diferenças na quantidade de água requerida para processamento bem como mudança no produto queimado. Usualmente reformulações da massa em lugar de substituição simples é requerida, como descrito no Capítulo 8.
	Caulins dão uma cor branca ou quase branca na queima. Esta propriedade, combinada com sua capacidade de ser plastificada, conformada e a seguir queimada para dar uma massa densa e dura na presença de fundentes (substâncias que ajudam gerar líquido e desta maneira abaixar a temperatura requerida para queima), torna o caulim um ingrediente principal em muitos produtos cerâmicos tradicionais. Mulita, 3Al2O3(2SiO2, desenvolve-se a partir da decomposição térmica do caulim (Figura 2.1(c)). Este mineral é um importante constituinte em cerâmicas queimas à base de argila, como discutido no Capítulo 4.
	Particularmente, depósitos secundários finamente granulados de caulinita tendo especialmente alta plasticidade e pegajosidade quando misturada com água são argilas de bola (“ball clays”). A grande plasticidade de argilas de bola as torna útil como adições a caulins algo menos plásticos para melhorar a sua trabalhabilidade. Como encontrado na natureza, argilas de bola têm às vezes cor escura devido à presença de material orgânico finamente dividido, que provavelmente ajuda a melhorar a sua plasticidade. O material orgânico é a linhita, com propriedades intermediárias entre turfa e carvão betuminoso. Linhita excessiva é às vezes removida durante o processamento. Argilas de bola dão uma cor creme-a-branco na queima. Por causa das grandes quantidades de águaque devem ser adicionada para desenvolver sua altas plasticidades, argilas de bola exibirão grandes contrações durante a secagem e portanto não podem substituir integralmente caulins numa massa cerâmica sem causar trincamentos e empenho da cerâmica. Depósitos de argilas de bola existem em muitos países. Os principais depósitos de argilas de bola nos EUA são encontrados no Kentchuky e no Tennessee e aqueles na Inglaterra estão em Devon.
	Montmorilonita é argilo-mineral verdadeiro com uma estrutura cristalina completamente diferente mas muito estreitamente relacionada à estrutura do mineral mica. A fórmula química geral para a montmorilonita é Al2Si4O10(OH)2 mas existem sempre significativas quantidades de átomos de ferro, magnésio, e potássio presentes dentro dos cristais. Pirofilita, às vezes usada como um ingrediente em cerâmicas de azulejos, tem a mesma fórmula química com praticamente nenhuma impureza. A estrutura cristalina da montmorilonita consiste de camadas, e grandes quantidades de água podem ser acomodadas entre as camadas, conduzindo à possibilidade de considerável inchamento quando a argila seca contata a água. Montmorilonita é o principal mineral em depósitos de vidro vulcânico, altamente intemperizado e finamente granulado, chamado bentonita. A bentonita é minerada nos Estados Unidos da América em Wyoming e Dakota do Sul. Uma mistura de bentonita e água é muito pegajosa e às vezes adicionada em pequenas quantidades a formulações cerâmicas para melhorar a trabalhabilidade e resistência mecânica à verde (não queimada).
	Ilita é um argilo-mineral verdadeiro bastante proximamente relacionado à mica e é um constituinte comum em muitos depósitos de argilas e folhelhos( argilas xistosas, “shales”) minerados em todos os lugares nos Estados Unidos pela indústria de produtos estruturais de argilas. Folhelhos são misturas comprimidas naturalmente ocorrentes de argila, areia e outros minerais; eles podem ser moídos e, por causa do seu teor de argila, podem ser tornados plásticos com água para fabricação de tijolos, ladrilhos, e manilhas de esgoto. A cor marrom-a-vermelho da queima destes produtos é um resultado de minerais portadores de ferro existentes no folhelho. A presença comum de minerais sulfatos solúveis em água (tal como gipsita) nestes depósitos é usualmente contornada pela adição de sais de bário para tornar os sulfatos insolúveis e desta maneira prevenir o aparecimento de escuma (drosse, “scumming”) durante a secagem da peça cerâmica.
	Fire clays são depósitos que são predominantemente caulinita mas com minerais adicionais tais como diásporo que elevam o teor total de alumina (Al2O3) acima daquele normal em caulinita. Estas argilas são às vezes, embora nem sempre, bastante plásticas e normalmente queima-se dando uma cor amarelo-claro (cor de camurça, “buff color”). O uso principal de “fire clays” é na produção de muitos importantes produtos refratários usados pela indústria para controlar e conter altas temperaturas. Os depósitos mais importantes de “fire clays” nos Estados Unidos são encontrados no Missouri central, embora numerosos outros depósitos existam espalhados ao longo do País. 
	Características importantes às vezes determinadas para argilas pretendidas para uso em cerâmicas são tamanho de partícula e forma de partícula, área de superfície das partículas, composição química, composição mineralógica, e capacidade de troca catiônica. Dados típicos a partir de supridores são mostrados na Tabela 2.1.
Talco é um mineral silicato de magnésio hidratado tipo argila com a fórmula química Mg3Si4O10(OH)2 que é similar em estrutura à pirofilita. O mineral macio, de tato quase saponáceo é usualmente como um constituinte maior porcelanas de esteatita, especialmente azulejos, cerâmica artística (“art pottery”), e em isolantes elétricos de baixa perda. Talco é também um importante constituinte em porcelanas de cordierita, que são conhecidas por sua muito baixa expansão térmica. Importantes depósitos de talco nos Estados Unidos ocorrem na região de Carolina do Sul-Nevada, na região de Carolina do Norte-Georgia, e em Montana (veja a Tabela 2.2 para propriedades).
TABELA 2.1 – Materiais Argila Representativos – Análise Química e Tamanho de Partícula Típicos.
Material
SiO2
TiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
LOIg
C
5<2(m
Argila bola Inglesa(ESVA)a
49,8
1,00
32,2
1,00
0,20
0,40
2,40
0,30
12,80
2,3
85
Argila bola Inglesa(EWVA)a
47,6
0,90
33,1
1,00
0,20
0,30
1,70
0,10
15,10
3,1
80
Caulin da Geórgia (Pionner, flotado a ar)b
45,7
1,43
38,5
0,44
0,24
0,14
0,14
0,04
13,50
...
55-65
Caulin da Geórgia(No.6 ladrilho, flotado a ar)b
46,9
1,42
38,2
0,35
0,43
0,58
.......
0,40
13,90
.....
54-65
Argila bola Tennessee (Volunteer)c
58,9
1,78
27,1
1,13
0,04
0,14
0,45
0,18
10,28
.....
72,6
Argila bola Tennessee(Jackson)d
54,9
1,70
30,0
1,00
0,30
0,40
0,30
0,10
11,30
.....
85
Argila bola Kentucky(Old Mine)d
55,1
1,20
27,9
1,10
0,30
0,40
1,00
0,30
12,60
.....
81
“China clay”(SSP)
47,0
0,03
38,0
0,39
0,10
0,22
0,80
0,15
13,00
.....
85
“China clay”(Grolleg)e
48,0
0,02
37,0
0,70
0,06
0,30
1,85
0,10
12,20
.....
57
Argila bola Tennessee (Bandy Black)f
61,0
1,29
24,5
0,99
0,09
0,12
1,69
0,36
9,74
.....
44
Caulin da Geórgia (VelvacastR)b
45,4
1,43
38,9
0,34
0,24
0,18
Traço
0,11
13,81
....
38-40
Caulin da Geórgia (KaopagueR)b
45,2
0,66
39,3
0,32
0,21
0,03
0,09
0,03
13,92
.....
.....
aWBB, Ltd.
bGeorgia Kaolin Co.
cOld Nickory Clay Co.
dK-T Clay Co.
eECC, Ltd.
fSpinks Co.
gLoss on Ignitrion
TABELA 2.2 – Análise Químicas Típicas de Materials Feldspáticos, talco e cinza de osso.
Material
SiO2
TiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
P2O5
LOI
Feldspato Potássico
67,70
......
18,00
0,07
0,14
traço
10,10
3,60
......
0,30
Feldspato Sódico
68,13
.....
18,70
0,07
1,50
traço
4,60
6,80
......
0,20
Sienita Nefelínica
60,70
......
23,30
0,07
0,70
0,10
4,60
9,80
......
0,70
Cinza de osso calcinado
 1,73
0,01
 0,13
0,08
53,00
1,12
0,02
0,60
39,90
2,74
Pedra da Cornuália (Cornish stone)
72,40
0,05
15,30
0,12
 1,41
0,16
4,32
3,44
 0,47
2,15
Talco (típico)
56,00
.....
0,31
0,16
8,19
30,00
........
0,34
.....
5,00
Pirofilita
81,00
0,01
13,70
0,20
.....
.....
2,30
0,40
.....
2,30
Wolastonita
52,00
.....
1,80
0,34
42,10
1,49
......
0,27
......
2,00
MATERIAIS FUNDENTES
	Um fundente é um material que abaixa apreciavelmente a requerida temperatura de queima de uma cerâmica por reação com outros materiais presentes em temperatura bastante baixa para formar vidro líquido. Muitos materiais inorgânicos exibem alguma tendência fundente, mas os fundentes mais importantes para cerâmicas são aqueles que contém álcalis (Li, Na, K, Rb, Cs), alcalino-terrosos (Ca, Mg, Sr, Ba), óxido bórico, óxidos de chumbo, ou fluor. Qualquer mineral que contenha quantidades apreciáveis destas substâncias, usualmente como óxidos ou silicatos, é portanto um mineral fundente.
	Os feldspatos são um grupo de minerais que formam vidros fundidos em temperaturas moderadas. Todos os feldspatos importantes para cerâmica consistem de aluminossilicatos de sódio, potássio, ou cálcio. Feldspatos puros são albita (NaAlSi3O8), ortoclásio (KAlSi3O8) e anortita (CaAl2Si2O8). Estes minerais às vezes ocorrem juntos na natureza. Especificamente, os minerais albita e anortita podem ser encontrados em solução sólida em qualquer proporção nas, assim chamadas, séries plagioclásio de feldspatos. Por outro lado, muito pouca solução sólida ocorre entre anortita e ortoclásio. Os feldspatos mais importantes para aplicações cerâmicas rotineiras são misturas de albita e ortoclásio. Estes feldspatos são às vezes especificados pelo sua razão molar de soda para potassa (Na2O: K2O).
	Grandes depósitos de feldspatos são encontrados encontrados em Nova Inglaterrae Carolina do Norte, nos Estados Unidos, e também no Canadá. Depósitos menores de boa qualidade são encontrados em vários outros estados. Uma vez que feldspatos são minerados por detonação de formações rochosas maciças, a rocha deve ser esmagada e moída de maneira a separar o feldspato a partir dos outros minerais tais como mica, quartzo, e rutilo por flotação química e separação magnética. Na Grã-Bretanha, certos granitos parcialmente decompostos (ricos em feldspato) são chamados “china stones” são usados como um fundente em massa de louça branca. Variedades locais tais como “Cornishi stone” (da Cornuália) (Figura 2.2) e “Manx stone” ( “Isle of Man”[Ilha do Homem]) são exemplos, os primeiros contendo alguma CaF2 (fluorita), um poderoso fundente que dá ao material não queimado uma fusão rocha. Feldspato típicos e propriedades de pedra da Cornuália são mostrados na Tabela 2.2.
	Sienita nefelínica é um material fundente consistindo de cerca de 75% de feldspatos mistos de soda e potassa e cerca de 25% de nefelina mineral (NaAlSi2O4). Os principais depósitos são encontrados em Ontario, Canadá. O tipo de minerais secundários portadores de ferro presentes varia com o depósito e isto afeta a capacidade do fornecedor de baixar o teor de ferro por separação magnética após a britagem da rocha. Propriedades típicas de sienita nefelínica estão mostradas na Tabela 2.2.
	Cinza de soda é um mineral fundente de fómula Na2CO3(xH2O, onde x pode tomar vários valores tais como 1, 7 ou 10. Este material é a fonte principal do fundente soda (Na2O) usado na produção de vidros planos e de recipientes. Muita cinza de soda é tirada de depósitos naturais desertos de álcalis mas o material é também produzido pelo processamento químico de salmouras.
	Bórax é um mineral borato de sódio hidratado tendo a fórmula química Na2B4O7(10H2O. Uma vez que este mineral se decompõe termicamente para dar dois potentes fundentes, soda (Na2O) e óxido de boro (B2O3), ele é um aditivo fundente muito potente. Os principais usos deste material são em vidros, vidrados, e esmaltes. Leitos de lago secos na California às vezes contém depósitos bastante puros de borax e eles servem como as fontes principais do mineral. 
	Um número de óxidos de chumbo são usados como fundentes em vidrados e esmaltes e também como os constituintes principais em vidros de chumbo brilhantes usados para produzir o assim-chamado “cristal” de vidro. Os importantes óxidos de chumbo usados em cerâmicos são o litargírio (PbO), o chumbo vermelho (Pb3O4) e o chumbo branco (também chamado carbonato de chumbo básico), 2 PbCO3(Pb(OH)2. Estes materiais sintéticos são produtos da indústria do processamento químico e seu uso está continuamente sob vigilância do governo por causa da sua toxidade, especialmente a crianças e a mulheres em idade de procriação.
SÍLICA
	Sílica (SiO2) na forma do mineral quartzo é a segunda mais utilizada matéria prima cerâmica, vindo logo após as argilas. Ela é a constituinte principal na maioria das bateladas de vidros e um ingrediente grande na maioria das massas dos vidrados e porcelanas. Quartzo é o mineral mais comum na crosta da terra, mas é às vezes encontrado estreitamente ligado a outros minerais em granitos e outras rochas ígneas. Entretanto, grandes depósitos de arenito (sandstone) de formidável pureza ocorrem na Pensilvânia, Illinois e Virgínia do Oeste, com numerosos outros depósitos espalhados através dos estados dos Grandes Lagos e Califórnia. Estes arenitos consistem de uma massa de grãos de quartzo frouxamente cimentados e são prontamente reduzidos à areia de quartzo puro pelas técnicas de mineração hidráulica.
	A indústria do vidro usa enormes quantidades de areia de vidro de sílica que resultam da quebra do arenito muito puro. A sílica usada para conferir resistência mecânica e estabilidade às massas porcelânicas é uma forma muito mais finamente granulada de quartzo jamada potter’s flint (flint de olaria), que é produzido pela fina moagem de areias de quartzo virtualmente isentas de ferro. Flint de olaria é também usado como um ingrediente formador de vidros em vidrados e esmaltes cerâmicos. Sílica grosseiramente granular quase pura é também moldada em formas de refratários que são especialmente resistentes ao ataque pelas escórias ácidas (ricas em sílica). Medidas especiais são requeridas para controlar pó de sílica no local de trabalho devido ao risco de silicose a partir da inalaçao do pó durante longos períodos de tempo.
ÓXIDOS REFRATÁRIOS
	Os altos pontos de fusão e resistência ao ataque químico de vários óxidos puros os tornam úteis como refratários onde fire clays (argilas “fire”) não suprem serviço satisfatório. Estes óxidos são também usados às vezes como aditivos para aumentar a refratariedade de uma mistura cerâmica.
	Alumina (Al2O3) é usada extensivamente na fabricação de cerâmicas técnicas. Em forma essencialmente pura, ela é um excelente isolante elétrico e abrasivo, e seu alto ponto de fusão (2050oC) o torna um excelente refratário. Alumina é às vezes usada como um aditivo para substituir parte do flint de olaria em composições para louças de mesa a fim de permitir ciclos de queima mais rápidos e para aumentar a resistência. Ela é também usada como um ingrediente em vidros resistentes ao calor. Alumina de grau cerâmico é um material sintético produzido pelo processo Bayer envolvendo digestão química de aluminas hidratadas naturais (bauxitas) seguidas pela cristalização e calcinação para remover água. Bauxitas são mineradas em Arkansas, Missouri, Austrália, França, República Popular da China, e muitos outros países na região Caribenha. Propriedades típicas de aluminas calcinadas produzidas produzidas pelo processo Bayer são mostradas na Tabela 2.3.
Tabela 2.3 Propriedades Químicas Típicas de aluminas fundida, calcinada e tabular
Material
Tamanho Médio de Partícula ((m)
densidade
Al2O3
SiO2
TiO2
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
Fundido
N/A
3,90
 99,5
0,060
0,02
0,04
....
0,007
0,07
Calcinado A
5,0
3,80
99,2
0,020
...
0,04
...
...
0,45
Calcinado B
8,0
3,85
99,5
0,080
...
0,04
...
...
0,10
Calcinado C
3,5
3,85
99,6
0,120
.....
0,04
0,03
.....
0,20
Calcinado D 
1,5
.....
99,7
0,050
.....
0,04
0,03
.....
0,04
Calcinado E
0,4
....
99,5
0,025
....
0,01
.....
....
0,08
Tabular
N/A
3,96
99,5
0,060
....
0,06
....
....
0,10
N/A = não aplicável.
	Alumina fundida, formada pela fusão da alumina Bayer ou bauxita num forno elétrico a arco, tem sido há muito tempo usada para aplicações como refratário e abrasivo. Uma forma de bolha da alumina fundida tem boas propriedades de isolamento térmico e baixo peso. Alumina tabular é formada pelo aquecimento de alumina Bayer pelotizada até 1870oC e tem propriedades que se aproximam aquelas da alumina fundida. Propriedades típicas de aluminas tabular e fundida estão incluídas na Tabela 2.3.
	Os assim-chamados óxidos refratários básicos – magnésia (MgO), crômia ou óxido de cromo (Cr2O3) e cal (CaO) – têm sido desde muito tempo atrás importante na fabricação de materiais de revestimento de fornos para a indústria do aço. Como o advento do processo a oxigênio básico na siderurgia, a necessidade destes refratários refratários cresceu tremendamente. Magnésia pode ser produzida por calcinação profunda, ou calcinação à morte, do mineral magnesita (MgCO3), mas o mais puro material é produzido a partir da água do mar ou de salmouras profundas por precipitação [na forma de Mg(OH)2] do magnésio dissolvido. Em ambos os casos, o mineral produzido por calcinação a alta temperatura é o periclásio (MgO), um material extremamente estável, de alto ponto de fusão. Cal é produzida pela calcinação do calcário natural (CaCO3). (Uma forma sintética muito pura de CaCO3 chamada alvejador (“whiting”) é um ingrediente comum em massas cerâmicas e de vidrados. Uma mistura de cal e magnésia para uso em refratários é produzida pela calcinação do material dolomita (CaCO3(MgCO3). Refratários de minériode cromo são geralmente feitos de misturas minerais complexas contendo cromita, que é um espinélio de cromo-ferro (FeCr2O4), mas sempre contendo alguma quantidade de impurezas de Mg, Al e Si. A refratariedade do minério de cromo é às vezes melhorada pelas adições de MgO antes da queima. Nenhum depósito de cromita é encontrado nos Estados Unidos. O uso deste mineral se tornou algo diminuído pelas recentes descobertas da toxidade de certos estados de valência do cromo dissolvido.
MATÉRIAS PRIMAS CERÂMICAS CONVENCIONAIS MISTAS
	Em adição aos materiais já descritos, várias centenas de matérias primas são usadas pelas várias indústrias cerâmicas. As tonelagens usadas destes materiais são consideravelmente menores do que as dos materiais principais já mencionados, mas seu valor em dólar certamente não é insignificante. Vários destes materiais são suficientemente comuns para garantir a sua menção aqui.
	Grafita é essencialmente carbono puro. Ela é um material super-refratário que não se funde mesmo nas mais altas temperaturas industriais. Grafita geralmente não é molhada pelos líquidos fundidos e escórias e, portanto, resiste ao ataque químico; entretanto, ela deve ser protegida contra a oxidação acima da temperatura de rubro. Grafita pode ser encontrada na natureza, mas a máxima quantidade é produzida sinteticamente a partir de coque de petróleo. Revestimentos de fornos, cadinhos, moldes de lingotamento, e eletrodos de forno elétrico são os principais usos da grafita. Ela é às vezes misturada a argilas “fire” (argilas sílico-aluminosas) para produzir cadinhos que resistentes à oxidação.
	Os minerais similimanita todos eles têm a fórmula química Al2Si5O5. Diferentes formas cristalinas sõ chamadas “kyanita”, siliminanita, e andalusita (Tabela 2.4). Estes mineais naturais, porque eles são ricos em Al2O3, são usados para aumentar a refratariedade de composições cerâmicas de silicato.
Tabela 2.4 Composição Típica de “Kyanita”da Virgínia
Materiais
Densidade
SiO2
TiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O/K2O
LOI
Kyanita bruta
3,6
40,9
0,67
57,0
0,72
0,03
0,01
0,42
0,21
Calcinada @
3,0
40,9
0,67
57,3
0,72
0,03
0,01
0,42
0,00
@ 1649oC (mulita). Fornecedor : Kyanite Mining Corporation.
	Carbeto de silício (SiC) é um excelente refratário e material abrasivo. Ele não ocorre naturalmente, mas é produzido sinteticamente pela reação da areia de sílica e coque de petróleo em temperaturas muito altas num forno elétrico. Quando formado em forma de refratários, ele pode ser usado sozinho ou numa mistura com argila “fire”( argila sílico-aluminosa). Fibras e filamentos (“whiskers”) de carbeto de silício podem ser usados para reforçar metais e outras cerâmicas tais como alumina, nitreto de silício, e mulita. Melhorias em tenacidade, resistência ao choque térmico, resistência ao desgaste, elasticidade, e resistência ao desgaste, elasticidade, e resistência mecânica podem ser alcançadas nestes materiais compósitos. Pó de SiC pode ser um sério contaminante se inadvertidamente introduzido em operações de louças brancas e deve ser controlado.
	Zircônia (ZrO2) e zircão (ZrSiO4) são materiais refratários importantes e excelentes isolantes térmicos. Zircônia, que é produzida por meios químicos a partir do zircão natural, é raramente usado na forma pura, masde preferência é usualmente estabilizada pela adição de cal ou outros óxidos para eliminar as mudanças destruttivas de estrutura cristalina durante aquecimento e resfriamento. Zircão é às vezes usado como um opacificador em vidrados para aumentar seu poder de cobertura, isto é, diminuir a espessura do vidrado necessária para ser opaca.
MATERIAIS PARA APLICAÇÕES AVANÇADAS
Aluminas de Alta Pureza
	Alumina de maior pureza do que os graus Bayer pode ser sintetizada a partir de materiais de partida muito puros tais como “alums” (por exemplo, NH4Al(SO4)2(12H2O), cloreto de alumínio, ou mesmo alumínio metálico. Processamento cuidadosamente controlado permite o fabricante reter a pureza do produto. Este material é usado para produzir tais produtos como tubos de alumina para lâmpadas de vapor de sódio. Existem também aplicações especiais eletrônica e mecânicas para as aluminas de alta pureza. Aluminas tenacificadas por transformação (“TTA” ou “ZTA”, alumina tenacificada por zircônia) podem ser produzidas pela adição de 8 a 15 vol.% de óxido de zircônio. Titanato de alumínio, formado quando alumina e titânia são reagidas juntas ao redor de 1300oC, é útil para aplicações automotivas onde facilidade de usinagem das partes conformadas e alta resistência ao calor são necessárias. A Tabela 2.5 ilustra propriedades típicas de pós de alumina de alta pureza.
Tabela 2.5 Propriedades Químicas Típicas de Aluminas de Alta Pureza
Material
Tamanho de partícula nominal ((m)
Pureza
Forma cristalina
Ára de Superfície (m2/g)
Densidade
Material de partida
A
0,30
99,980
Hexagonal
14
3,94
Alum
B
0,05
99,980
Cúbica
82
3,72
Alum
C
1,00
99,980
Hexagonal
3
3,98
Alum
D
....
99,999
Gama
55
....
AlCl3
E
....
99,999
Alfa(Hexafonal)
<6
.....
AlCl3
F
1,00
99,980
Alfa(Hexagonal)
22
.....
AlCl3
Forma hidratadade baixa temperatura.
Titanato de Bário
	Titanatos de bário (BaTiO3) é um material sintético usado em capacitores, equipamento sonar, limpadores ultrassônicos, equipamento de detecção de falha, e muitas outras aplicações requerendo propriedades especiais dielétrica, piesoelétrica, ou ferroelétrica. A estrutura do material acomoda extensa substituiçãlo de outros íons, que permite aditivos para serem usados a fim de alterar as apropriedades do material acentuadamente. Mistura e sinterização - ou melhor, processamento hidrotérmico – pode ser usado para produzir uma inteira faixa de pós de titanato de bário. Dois importantes materiais na família titanato são PZT (titanato zirconato de chumbo) e PLZT (titanato zirconato de lantânio e chumbo). Estes compostos possuem especiais propriedades dielétrica e piesoelétrica que são muito úteis na produção de capacitores e transdutores.
Óxido de Berílio
	Óxido de berílio (BeO), ou berília, extraído por processamento químico do mineral berilo (3BeO(Al2O3) é usado em aplicações onde sua condutividade térmica, boas propriedades dielétricas, e/ou propriedades nucleares especiais são necessárias. Este material pode ser muito tóxico na forma de pó e precauções especiais são requeridas durante a fabricação.
Carbeto de Boro
	Carbeto de boro (B4C) é um material sintético muito duro e muito refratário usado para aplicações de lixamento, furação e polimento. Ele pode ser unido numa forma abrasiva com metais (cermets) ou outros materiais, mas isto usualmente diminui suas propriedades. Carbeto de boro reage com oxigênio e metais fundidos de elementos de transição em altas temperaturas.
Nitreto de Boro
	Nitreto de boro (BN) é um material sintético muito promissor. Ele tem propriedades algo parecidas com aquelas da grafita, incluindo boas propriedades refratárias e resistência ao molhamento por metais e escórias fundidos; entretanto, ao contrário da grafita, ele é um bom isolante elétrico. Sua alta resistência dielétrica, alta condutibilidade térmica, baixa expansão térmica, e boa retenção da resistência mecânica quando aquecido o torna um excelente material substrato para circuitos elétricos. Uma forma cúbica especial de BN que rivaliza a dureza do diamante pode ser produzida por técnicas de alta pressão.
Diamante
	Diamante é produzidlo sinteticamente agora em quantidades comerciais e encontra aplicação na indústria eletrônica bem como para abrasivos. Abrasivos de diamante são usados extensitvamente na usinagem de cerâmicas. Recentemente, técnicas para deposição de revestimentos de diamante sobre outros materiais têm sido desenvolvidas.
Óxidos de Terras Raras
	Óxidos de terras raras são produzidos a partir de minérios por complexas técnicas de separação química. Óxidos de disprósio egadolínio são usados em aplicações nuclear e dielétrica; óxido de érbio é usado como corante d vidro; óxido de európio é usado em aplicações de barra de controle nuclear e é um constituinte do fósforo vermelho de TV comum; óxido de lantânio é usado em vidros especiais e como um aditivo em composições PLZT; óxido de neodímio é usado em vidros especiais e em monocristais como ingrediente crucial para conferir comportamento laser; óxido de praseodímio é usado como um corante para vidro (verde) e para vidrados (amarelo); óxido de samário é usado como um aditivo fósforo e em vidros absorvedores de infravermelho. Em geral, todos os óxidos de terras raras podem ser usados como dopantes numa variedade de materiais dielétricos para mudar suas propriedades elétricas e óticas.
Óxido Férrico
	Óxido férrico (Fe2O3) é usado para compor materiais magnéticos cerâmicos chamados ferritas. Este óxido é mistura e processado com outros óxidos tais como BaO, ZnO, e MgO para formar ímãs permanentes (magnetos duros) ou magnetos moles (que têm pouca magnetização residual) de acordo com o uso final.
Nitreto de Silício
	Nitreto de silício (Si3N4) é um material sintético que mostra excelente resistência mecânica a quente, resistência à corrosão e oxidação em altas temperaturas, e resistência ao ataque por metais não-ferrosos líquidos. Este material está sendo usado em motores de turbina a gás e partes de motores a pistão e em aplicações anti-fricção.
Carbeto e Boreto de Titânio
	Carbeto de titânio (TiC) é um material muito duro e refratário usado em ferramentas de corte. Diboreto de titânio (TiB2) tem propriedades similares e tem um número de aplicações que incluem blindagem cerâmica (“ceramic armours”), partes desgastantes, ferramentas de corte, e refratários especais.
MATERIAIS PARA MOLDES
	Gipsita (“gypsum”) é um mineal natural tendo a fórmula CaSO4(2H2O. Quando aquecido delicadamente, parte da água de hidratação é removida para fornecer o gesso (“plaster of Paris”). Quando água é adicionada ao gesso em pó, o material gradualmente se cura por rehidratação dando gipsita porosa. O gesso é um material de construção útil, mas sua capacidade de absorção de água também o torna um importante material para uso em moldes para conformação de pós cerâmicos, como será explicado em detalhe no Capítulo 4.
	Vários acrílicos e outros materiais poliméricos pode ser conformados em moldes porosos que “mimicam” a ação absorvedora do gesso em lâmas cerâmicas. Estes serão discutidos mais tarde uma vez que eles se relacionam a processos particulares de conformação. Metais porosos também têm sido usados, pelo menos experimentalmente, para conformar cerâmicas.
TOXIDADE DE MATERIAIS CERÂMICOS
	Matérias primas tóxicas são federalmente reguladas (nos Estados Unidos) em local de trabalho pela Administração de Saúde Ocupacional e Segurança (“OSHA”), no ambiente pela Agência de Proteção Ambiental (“EPA”), e no mercado pela Administração de Alimentos e Drogas (“FDA”). Com;postos de chumbo, sílica, óxido de berílio, e muitos outros materiais cerâmicos estão sujeitos a várias regulamentações. Supridores de matérias primas devem fornecer uma Folha de Dados de Segurança de Materiais (“MSDS”) aos usuários. Estas folhas revelam os ingredientes de risco num material, dados físicos relacionados ao uso, dados de ignição e explosão, e dados de risco à saúde humana incluindo limites de exposição, dados de reatividade, produtos de decomposição, procedimentos manuseio em caso de transbordamento e vazamento, informação de proteção, e precauções especiais. Informação adicional às vezes fornecidas por agências governamentais concernentes aos específicos riscos à saúde são também dados na “MSDS” (Materials Safety Data Sheet). Literatura e fontes de venda para informação sobre matérias primas não listam usualmente suas propriedades tóxicas. Uma boa fonte para informação sobre toxidade é a última edição do Dangerous Properties of Industrial Materials, n. Irving Sax, Van Nostrand Reinhold, New York. Matérias primas cerâmicas deveriam ser tratadas como se eles fosses produtos químicos, o que de fato elas são. Enquanto muitas matérias primas cerâmics comuns têm relativamente baixas proporções de toxidade, nenhuma delas deveria ser manuseada até que o usuário tenha determinado quais são os riscos que podem ser envolvidos.