02 Aplica o de materiais cer micos

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Materiais Cerâmicos
Conceitos Gerais
O QUE SÃO MATERIAIS CERÂMICOS
 Exemplos:
 Propriedades:
O QUE SÃO MATERIAIS CERÂMICOS
 Arte e ciência de fazer materiais e produtos de substâncias inorgânicas, não 
metálicas
 Propriedades:
We should already here appreciate that advanced ceramics meets the highest demands of
present technologies. For instance, many ceramic materials are extremely resistant against
abrasion! For instance, many ceramic materials are extremly resistant against heat! For instance,
depending on further constraints such as temperature and pressure, ceramic materials can be
insulators, ceramic materials can be conductors, and ceramic materials can be semi-conductors.
Ceramic materials even can be ferroelectrics without which the performance of present
communication technology would be more than poor.
CERÂMICA
CERÂMICA DE 
SILICATOS
ÓXIDOS
NÃO ÓXIDOS
Óxidos binários
Aluminatos
Ferrites
Titanatos
Zirconatos
Carbono
Carbetos
Nitretos
Boretos
Cerâmica 
Convencional
Vidros
Cerâmica 
Avançada
Cerâmica Fina
Cerâmica 
tipo rochas
Tipo Vidro
Ligantes
Louça
Tijolo
Esmalte
Cimentos
Cerâmica 
Estrutural
Célula 
combustível
Cerâmica 
Funcional
Cerâmica de Engenharia
Vitrocerâmicos
Ferram de corte
Bio ceramicas
Magnéticas
Eletronicas
Piezoelétria
opticas
Four levels of hierarchical
triangles relating different groups
of materials.
Level 1 (materials supergroups):
metals, polymers, ceramics ;
Level 2 (ceramics sensu lato ):
glasses, hydraulic ceramics,
ceramics sensu strictu ;
Level 3 (ceramic subgroups):
advanced oxide ceramics,
advanced non - oxide ceramics,
classic silicate ceramics;
Level 4 (phase diagrams): SiO 2 ,
CaO + MgO, Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 .
Historically, silicate - based ceramics have been
classifi ed in various ways. One of the most
useful schemes (Hennicke, 1967 ) divides
different classic ceramic wares according to their
starting powder grain sizes (coarse: > 0.1 … 0.2
mm; fi ne: < 0.1 … 0.2 mm), porosity of the fired
product, water absorption capacity ( < 2 …> 6
mass%), and color of the fi red ceramic body.
Historically, silicate - based ceramics have been
classifi ed in various ways. One of the most
useful schemes (Hennicke, 1967 ) divides
different classic ceramic wares according to their
starting powder grain sizes (coarse: > 0.1 … 0.2
mm; fi ne: < 0.1 … 0.2 mm), porosity of the fired
product, water absorption capacity ( < 2 …> 6
mass%), and color of the fi red ceramic body.
Materiais de construção civil
 Cimentícios incluindo blocos , argamassas, concretos, artefatos,
tubulações
 Cerâmica vermelha incluindo tijolos, telhas, solo-cimento, pisos,
azulejos
 Geopolímeros são ligantes à base de aluminossilicatos
tridimensionais amorfos, inicialmente descobertos por David na
França no final dos anos 70.
Cerâmica de mesa e ornamental
 Cerâmica vermelha
 Porcelana
Vidros e vitrocerâmicos
Refratários
Monolito - massas
Conformado - tijolos
Nitreto de silício (Si3N4)
 A microestrutura consiste em cristais alongados que se
entrelaçam formando microbarras. Uma aplicação onde
essa combinação de propriedades demonstrou ser
especialmente útil é a usinagem do ferro fundido grafítico
ou ferro fundido com inserções de cerâmica. Diferente de
metais duros ou de outros materiais de corte, os processos
de usinagem podem ser realizados com inserções de
cerâmica à velocidade máxima sem o uso de lubrificantes
para refrigeração. A combinação de ótimas propriedades
tribológicas e a excelente resistência à quebra tornam a
cerâmica de nitreto predestinada para aplicações como
elementos esféricos e rolamentos em mancais leves e
extremamente precisos, ferramentas com moldagem de
cerâmica resistentes ao desgaste e componentes
automotivos sujeitos à grande pressão. A ótima resistência
ao choque térmico e a resistência à alta temperatura são
exploradas nos processos de fundição.
Nitreto de silício (Si3N4)
432 NSiN2Si3 
HCl12NSiNH4SiCl3 43
T ALTA - VAPOR FASE
34  
  ClNHNHSiNH6SiCl 42
T BAIXA - VAPOR FASE
34  
  3432 NH2NSNHSi3 
CO6NSiC6N2SiO3 43
C1700T1300
22  

Titanato de Alumínio (Al2TiO5)
 O recurso especial do titanato de alumínio
(Al2TiO5) é a sua excelente resistência ao choque
térmico. Os componentes produzidos com esse
material podem resistir até as mudanças de
temperatura mais bruscas de centenas de graus
sem sofrer danos, embora tenham pouca força. A
boa resistência ao choque térmico é resultado de
uma expansão térmica muito baixa e uma
determinada quantidade de porosidade na
microestrutura. A baixa umidade do material
cerâmico com metais fundidos também tornam-
no ideal para uso na tecnologia de fundição e na
fundição metalúrgica.
Óxido de Alumínio (Al2O3)
 Exemplos de aplicações para a cerâmica avançada Al2O3 de óxido de alumínio são as ferramentas de moldagem resistentes ao
desgaste, os substratos e núcleos de resistores na indústria eletrônica, ladrilhos para proteção antidesgaste e balística, guias de fios
na engenharia têxtil, discos de vedação e regulagem para torneiras de água e válvulas, dissipadores de calor para sistemas de
iluminação, tubos de proteção nos processos térmicos ou catalisadores para a indústria química.
Óxido de Alumínio (Al2O3)
 Bauxita 
Moagem 
Cozimento sob pressão 
Classificação - Decantação 
Precipitação 
Separação de cristas 
Lavagem e Filtração 
Al(OH)3 
Cal 
Evaporação 
Lama 
Vapor 
Carbonato 
de Sódio 
Cristais 
Água de lavagem 
Solução caustica 
Processo Bayer
Compósito Cerâmica/Cerâmica
 A cerâmica mista de óxido ou a dispersão de cerâmica é o
desenvolvimento de misturas de diferentes tipos de materiais cerâmicos
básicos especificamente projetados para aprimorar e otimizar algumas
propriedades. Os exemplos incluem zircônia de alumínio endurecida
(ATZ) e alumínio de zircônia endurecido (ZTA). Um efeito positivo de
reforçar um óxido com o outro são as propriedades que podem ser
alcançadas. Há materiais ZTA que podem realizar forças flexionais de
1350MPa e forças compressivas superiores a 4700MPa. Esses materiais
são usados em componentes que exigem o máximo de confiabilidade,
como os materiais usados em esferas de articulações de quadril e
inserções de ventosa para aplicações ortopédicas e de artroplastia.
Piezocerâmica
 A piezocerâmica é usada para converter os parâmetros mecânicos, como a pressão e aceleração, em parâmetros elétricos ou, inversamente, para converter sinais elétricos em movimento ou vibração mecânica. Os
materiais piezocerâmicos são categorizados como cerâmica funcional. Nos sensores, eles possibilitam converter forças, pressões e acelerações em sinais elétricos e nos atuadores e transdutores sônicos e ultrassônicos,
eles convertem as voltagens elétricas em vibrações ou deformações. Por um lado, os materiais piezocerâmicos são classificados de acordo com sua composição química, por outro lado, são classificados pelas condições
de aplicação específicas.
 A piezocerâmica tem uma vasta gama de usos. Ela é usada na indústria automotiva em algumas aplicações como nos sensores de nível
de óleo e de pancada ou como atuadores para controle preciso de processos de injeção nos motores. Na tecnologia médica, os
componentes piezocerâmicos podem ser encontrados em lithotripters, dispositivos para remoção de placas e em inaladores. As
aplicações comuns em engenharia mecânica incluem limpeza ultrassônica, soldagem ultrassônica e o amortecimento da vibração ativa.
Os captadores sonoros para instrumentos musicais ou dispositivos de ignição a gás piezoelétrico são exemplosde uso da tecnologia
piezoelétrica em aplicações para o consumidor.
Piezocerâmica
 A piezoeletricidade baseia-se na habilidade de alguns cristais para gerar uma carga elétrica quando carregada
mecanicamente com pressão ou tensão, o que é denominado como o efeito piezo direto. Inversamente, esses cristais
sofrem uma deformação controlada quando expostos a um campo elétrico - um comportamento referido como o efeito
piezo inverso. A polaridade da carga depende da orientação do cristal relativa à direção da pressão.
Piezocerâmica - Perovskitas
 A cerâmica que possui as propriedades piezoelétricas pertencem ao grupo de
materiais ferroelétricos. Os sistemas atuais são quase que exclusivamente
baseados em titanato zirconato de chumbo (PZT); isto é, eles consistem em cristais
mistos de zirconato de chumbo (PbZrO3) e titanato de chumbo (PbTiO3). Os
componentes de piezocerâmica possuem uma estrutura policristalina contendo
vários cristalitos (domínios) e cada um é composto de uma pluralidade de células
elementares. As células elementares dessas cerâmicas ferroelétricas exibem a
estrutura de cristal perovskite, a qual pode geralmente ser descrita pela fórmula
A2+B4+O3
2-.
Cerâmica com silicato
 Muitos tipos diferentes de cerâmica multifase
podem ser produzidos com diferentes 
propriedades, através da variação do tipo e da 
quantidade de matérias-primas. Os materiais da 
cerâmica à base de silicato incluem:
 de silicato são usados na engenharia elétrica 
e eletrônica e atuam como isolamento 
elétrico em fusíveis, disjuntores, termostatos 
e na tecnologia de iluminação. A capacidade 
dos materiais cerâmicos à base de silicato de 
fornecer isolamento térmico também é 
utilizada em aplicações da engenharia 
térmica, ambiental e de aquecimento. Os 
componentes porosos são produzidos para a 
emissão de fragrâncias e inseticidas, como 
catalisadores ou para diversas aplicações em 
laboratórios. Os componentes de precisão 
para aplicações na tecnologia de medição e 
nos produtos de laboratório usam e 
misturam uma gama completa de mídia de 
produtos cerâmicos .
Porcelanas: silicatos de alumínio - alcalino
Esteatita: silicatos de magnésio
Cordieritas: silicatos de silício - alcalino terrestre
Mullitas: composições de óxido de alumínio-silício
Cerâmica com silicato
MATÉRIAS PRIMAS CERÂMICAS
SILICATOS E ARGILOMINERAIS
Óxido de zircônio (ZrO2)
 Diferente de outros materiais cerâmicos, o óxido de zircônio (ZrO2 –também conhecido como
zircônia) é um material com resistência muito alta à propagação de fendas. A cerâmica de
óxido de zircônio também apresenta uma expansão térmica muito elevada, portanto
constituem o material selecionado frequentemente para unir a cerâmica e o aço.
 Outra combinação de propriedades excelentes é
a condutividade térmica muito baixa e a força
elevada. Além disso, alguns tipos de cerâmica
de óxido de zircônio podem conduzir íons de
oxigênio. Os componentes produzidos com esse
material são muito mais caros do que os
componentes fabricados com cerâmica de
alumínio. A cerâmica de óxido de zircônio é
usada, entre outras aplicações, como
ferramentas para moldagem de fios, como
auxiliares nos processos de fundição, como
materiais para coroas e pontes na indústria de
odontologia, como anéis de isolamento nos
processos térmicos, e como células de medição
de oxigênio nas sondas lambda.
Óxido de zircônio (ZrO2)
Nitreto de alumínio (AIN)
 O nitreto de alumínio (AlN) é o único material cerâmico técnico que apresenta uma
combinação extremamente interessante de condutividade térmica muito alta e excelentes
propriedades de isolamento elétrico.
 Isso torna o nitreto de alumínio predestinado
para o uso em aplicações de energia e
microeletrônica. Por exemplo, é usado como
condutor de circuito (substrato) em
semicondutores ou como dissipador de calor na
tecnologia de iluminação LED ou na eletrônica
de alta potência.
Carboneto de silício (SiC)
 O carboneto de silício tem praticamente as mesmas
propriedades de um diamante. Ele não é somente o
mais leve, mas também o material cerâmico mais
duro e apresenta excelente condutividade térmica,
baixa expansão térmica e é muito resistente aos
ácidos e lixívias.
 Com a cerâmica de carboneto de silício, as propriedades do
material permanecem constantes até em temperaturas
acima de 1400° C. O módulo alto de Young > 400 GPa garante
uma estabilidade dimensional excelente. Essas propriedades
do material tornam o carboneto de silício predestinado para
ser usado como material de construção. O carboneto de
silício controla a corrosão, abrasão e a erosão de forma hábil
já que ele suporta o desgaste por fricção. Os componentes
são usados em instalações químicas, fábricas, dilatadores e
extrusores ou como bocais, por exemplo.
 O carboneto de silício é seguro em termos tóxicos e
pode ser usado na indústria alimentícia. Outra aplicação
típica para os componentes de carboneto de silício é a
tecnologia de vedação dinâmica que utiliza mancais de
fricção e vedações mecânicas, por exemplo, em bombas
e sistemas de acionamento. Comparado aos metais, o
carboneto de silício proporciona soluções altamente
econômicas com vida útil mais longa das ferramentas
quando usadas em ambientes agressivos, de alta
temperatura. A cerâmica do carboneto de silício é ideal
para atender as condições exigentes na balística,
produção química, tecnologia de energia, fabricação de
papel e nos componentes de sistemas de tubulação.
Carboneto de silício (SiC)
CO2SiCC3SiO2 
 
Eletrodo de grafite
Conector de refrigeração
Conector de corrente
Mistura de Areia e Coque
Base carbono
Eletrodo de grafite
Conector de refrigeração
Conector de corrente
Mistura de Areia e Coque
Base carbono
SiAlON – Nitreto de alumínio e silício
 A cerâmica α/β SiAlON é um dos materiais mais
recentes encontrado na cerâmica técnica e está
relacionado aos nitretos de silício. Ela está presente
somente em alguns compostos de matérias-primas e
consiste em pelo menos três fases, α-SiAlON, β-
SiAlON e uma fase limite de grão amorfo ou
parcialmente cristalino.
 A classe do material de α/β-SiAlONs caracteriza-se por uma 
combinação única do nitreto de silício com maior dureza do que o 
normal e com o mesmo alto nível de resistência. A fase α-SiAlON é 
muito dura, enquanto a fase β-SiAlON, como o nitreto de silício 
normal, possui um alto nível de resistência à quebras. As frações 
das fases de α-SiAlON, β-SiAlON e a fase limite do grão podem ser 
ajustadas em grande escala, o que possibilita adaptar as 
propriedades do material de α/β-SiAlON de forma a atender os 
perfis dos requisitos das diferentes aplicações.
 Em condições especiais, é ainda possível produzir um material 
gradiente que contenha uma fração maior de α-SiAlON na 
superfície do que no interior. A CeramTec aproveita essa 
característica, por exemplo, em várias cerâmicas de corte 
altamente resistentes ao desgaste para aplicações de usinagem: O 
gradiente na fração α-SiAlON fornece à superfície de uma inserção 
indexável, maior dureza do que o núcleo, o que aumenta muito a 
resistência ao desgaste do material de corte cerâmico. A resistência 
à quebra no interior permanece alta.
 A dureza e a resistência ao desgaste de α/β-SiAlONs podem ser 
aumentadas ainda mais através da incorporação de materiais duros 
como o carboneto de silício. Essa variação do material de nitretos
de alumínio e silício tem sido comprovada nos componentes 
expostos à alta pressão tribológica, por exemplo, na indústria de 
papel.
Composto de matriz de metal (MMC)