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Materiais Naturais e Artificiais
CERÂMICAS
Aula 7 – Cerâmicas
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Cerâmicas
As Cerâmicas compreendem todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas. 
Cerâmicas
Os materiais cerâmicos fazem parte da história da humanidade pois tem sua matéria-prima em abundância na natureza.
Com o aparecimento das estruturas metálicas e do concreto armado, o tijolo deixou de ter apenas função estrutural e passou a assumir a função de elemento de vedação.
A cerâmica é um material formado pela moldagem, secagem e cozimento da argila ou misturas contendo argila. 
Cerâmicas
A argila é um conjunto de minerais, compostos principalmente de silicatos de alumínio hidratados, que possuem a propriedade de formarem uma pasta plástica moldável quando em contato com a agua, conservando sua forma moldada, endurecendo com a perda de agua e solidificando-se definitivamente com o calor.
Cerâmicas
Cerâmica vem da palavra grega keramus que significa coisa queimada 
Numa definição simplificada, materiais cerâmicos são compostos de elementos metálicos e não metálicos, com exceção do carbono. Podem ser simples ou complexos. 
Exemplos: SiO2( sílica), Al2O3 (alumina), Mg3Si4O10(OH)2 (talco) 
Classificação
Classificação
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS
Quais são as características gerais dos Cerâmicos?
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Ponto de fusão elevado (Al2O3 2072°C, SiO2 1600oC)
Revestimento exterior com fibra amorfas de sílica de alta pureza. 
Espessura: 1,27-8,89cm 
Características Gerais dos Cerâmicos
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Em geral são opacos mas podem ser transparentes
Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços.
São menos densas que a maioria dos metais e suas ligas.
Em geral são isolantes elétricos
Isolantes térmicos
Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e polímeros. 
Os materiais usados na produção das cerâmicas são abundantes e mais baratos.
Características Gerais dos Cerâmicos
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Características Gerais dos Cerâmicos
Boa resistência ao desgaste
Frágeis (baixa resistência ao impacto)
Maleabilidade ruim
São bioativos, ou seja, embora sintéticos, são tratados pelo corpo humano como se fossem naturais.
A dilatação térmica é baixa comparada com metais e polímeros
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Estrutura cristalina complexa
Resistência à corrosão (estabilidade química)
Matéria prima de custo relativamente baixo
óxido de Silício (SiO2) na forma de cristobalite
Estrutura cristalina perovskita
Características Gerais dos Cerâmicos
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PROPRIEDADES TÉRMICAS 
As mais importantes propriedades térmicas dos materiais cerâmicos são: 
capacidade calorífica ( alta ) 
coeficiente de expansão térmica ( baixa ) 
condutividade térmica ( baixa )
PROPRIEDADES TÉRMICAS 
No Sistema Internacional de Unidades (SI) a condutividade térmica é medida em unidades de watt por metro kelvin [W/(m·K)].
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Exemplos
Cristalinos
Amorfos 
Vidro-Cerâmicos
Material formado inicialmente como amorfo e depois tratado termicamente 
O material é resfriado rapidamente
O material é resfriado lentamente
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Cristalinos
Amorfos 
Vidro-Cerâmicos
Placas para fogões elétricos, panelas “Vision” espelhos de telescópios
Vidro, fibra de vidro, pirex, frita cerâmica, cristal
Tijolo, telha, alumina, Carboneto de Si (abrasivo), WC (widea), pisos, porcelanato
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Placas para fogões elétricos: coeficiente de expansão térmica praticamente =0 na temperatura de operação
O vidro é um líquido, ou não?
1Zanotto, E. D. Do cathedral glasses flow? Am. J. Physics, v.66, n.5, p. 392-395, 1988.
Estudos1 mostraram que o tempo necessário para esse fenômeno ocorrer seria maior que a idade do universo.
Vídeo: Como se fabrica o vidro (Portugues)
 
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SiO2
B2O3
Al2O3
Na2O
CaO
MgO
K2O
ZnO
PbO
Utilização
Sílica vítrea
100
Vidro alta pureza(*)
Borosilicato
76
13
4
5
1
Vidro p/ química
Vidro (janelas)
72
1
14
8
4
Vidro (conten.)
73
2
14
10
Fibra vidro E
54
8
15
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Fibras p/ compósitos
Verniz
60
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7
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6
Enamel
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3
4
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Revestimento p/ metais
Classificação dos materiais cerâmicos
Em geral os materiais cerâmicos usados industrialmente se dividem em dois grupos:
Cerâmicas tradicionais (baixa tecnologia)
Cerâmicas avançadas (alta tecnologia)
Matérias-primas sintéticas de altíssima pureza e processos rigorosamente controlados.
Resiste melhor a temperaturas mais elevadas e à maioria dos corrosivos químicos
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Cerâmicas tradicionais
Cerâmica Vermelha
Materiais de Revestimento (Azulejo, pastilha, porcelanato, lajota, piso)
Cerâmica Branca (Louça sanitária, de mesa, isoladores elétricos para alta e baixa tensão)
Materiais Refratários
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Grupo 1: Cerâmica Estrutural ou Cerâmica Vermelha
Produtos Cerâmicos: Classificação ao tipo de produto
Principais produtos: 
Manilhas vidradas
Matéria-prima: 
Argilas plásticas semi-refratárias. Vidrado de NaCl ou sintético. 
Queima: 
Entre 1000 e 1100 C 
VIDRADO OU GLAZURA OU ESMALTE– Camada vítrea sobre o produto cerâmico. É uma suspensão em água de materiais insolúveis finos, que se aplica às cerâmicas como recobrimento. A altas temperaturas, fundem e formam uma camada vítrea. 
Composição: 1. Um vidrante (fritas) 2. Um fundente (feldspato). 3. Óxido de alumínio – possibilita que as combinações da sílica com o fundente sejam mais estáveis e viscosas.
Grupos 2 e 3: Funções Estéticas (Quadro Resumo)
Produtos Cerâmicos: Classificação ao tipo de produto
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Grupo 2: Cerâmica Branca
Produtos Cerâmicos: Classificação
Principais produtos: 
Louça sanitária / porcelana de mesa / porcelana elétrica / porcelana de laboratório
Matéria-prima: 
 Argilas + materiais fundentes (feldspato) + quartzo
Queima branca: 
Pureza da matéria-prima e controle de temperatura (fundente)
Continua… 
Cerâmica Branca: 
Compreende materiais constituídos por um corpo branco e, em geral, recobertos por uma camada vítrea transparente e incolor. 
Com o advento dos vidrados opacificados, muitos dos produtos passaram a ser fabricados, com matérias-primas com certo grau de impurezas, responsáveis pela coloração, tais como: louça sanitária e de mesa, isoladores elétricos para alta e baixa tensão, cerâmica artística, cerâmica técnica com fins diversos (químico, elétrico, térmico e mecânico). 
Grupo 2: Cerâmica Branca
Produtos Cerâmicos: Classificação
Principais produtos: 
Louça doméstica
Louça Sanitária
Porcelana doméstica
Porcelana de laboratório
Matéria-prima: argilas plásticas de queima clara, caulim, areia quartzítica, feldspato, talco, silicatos de baixo ponto de fusão, calcita, dolomita, pigmentos inorgânicos
Queima: Entre 1000 e 1045 C 
Grupo 3: Cerâmica de Revestimento ou Revestimento Cerâmico
Produtos Cerâmicos: Classificação
Classificação: Revestimento interno e revestimento externo
Principais produtos: Cerâmica porosa e grês*
Placas cerâmicas (pisos e azulejos (monopoross) / ladrilhos / pastilhas
Matéria-prima: 
 Caulim + quartzo + feldspato + argila plástica de queima clara
Obs.: Formato regular permite alto grau de automação 
*GRES – Nome de origem francesa, aplicado à cerâmica queimada a uma temperatura normalmente superior aos 1200C, cuja pasta é vitrificada junto com o esmalte. Massa altamente refratária. Também conhecida pelo termo inglês stoneware “barro – pedra”. 
Grupo 3: Cerâmica de Revestimento ou Revestimento Cerâmico
Produtos Cerâmicos: Classificação
Revestimento cerâmico é um produto constituído de um biscoito poroso (suporte) coberto por uma camada de vidrado (acabamento). 
A outra face é a sua superfície de aderência, destinada ao assentamento, chamada de tardoz.
Características que favorecem seu uso em ambientes que podem ser molhados e devem ser higiênicos, em casas, apartamentos, fachadas, hospitais: 
facilidade de limpeza, devida à sua superfície impermeável e lisa;
- impermeabilidade, que impede a proliferação de fungos e bactérias, proporcionando uma perfeitahigiene;
- resistência à ação de ácidos normais de uso diário, sem danos ao vidrado;
- resistência aos raios ultra-violetas, não desbotando quando expostos ao sol;
- resistência contra riscos e desgaste por outros materiais, devida à dureza do vidrado (segundo tabela PEI, que indica ambientes em que os produtos podem ser aplicados de acordo com sua resistência);
- resistência ao calor de fogões e chaminés, não alimentando o fogo e não se decompondo em materiais ou gases perigosos;
- durabilidade ilimitada, não sendo necessário substituí-los por envelhecimento;
- beleza, devida às composições de decoração que possibilita.
PEI - Instituto de Esmalte para Porcelanas
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Refratários: Compreende vários produtos que têm como finalidade suportar temperaturas elevadas nas condições específicas de processo e de operação dos equipamentos industriais, que em geral envolvem esforços mecânicos, ataques químicos, variações bruscas de temperatura e outras solicitações. Os produtos refratários quanto à matéria-prima são os que se baseiam em sílica, sílico-aluminoso, aluminoso, mulita, magnesianocromítico, cromítico-magnesiano, carbeto de silício, grafita, carbono, zircônia, zirconita, espinélio etc. 
Abrasivos: Por utilizarem matérias-primas e processos semelhantes aos da cerâmica, constituem-se num segmento industrial cerâmico. Entre os produtos mais conhecidos estão o óxido de alumínio eletrofundido e o carbeto de silício. 
Cerâmicas tradicionais
Isolantes Térmicos (Lã de vidro e lã de rocha)
Fritas e Corantes
Abrasivos
Vidro, Cimento e Cal
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Cerâmicas Avançadas
Sensores (umidade, gases e outros)
Semicondutores
Suporte de catalisadores para automóveis
Fibra óptica
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ALGUNS PRODUTOS A BASE DE MATERIAL CERÂMICO 
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Material cerâmico na usinagem
 O material cerâmico possui algumas propriedades que são muito interessantes para uma ferramenta de usinagem, tais como:
Resistência ao desgaste
Alta dureza à quente (1600oC) e a frio
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Material cerâmico na usinagem
Usado com alta velocidade de corte;
Não forma gume postiço
Não reage quimicamente com o aço (o que evita a difusão, o que é muito importante quando se usina em altas velocidades e temperaturas)
Longa vida da ferramenta
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Tijolos
Vídeo: 021 - O Segredo das Coisas - Tijolo.mp4
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EXTRUSÃO 
Tijolos 
Conhecer as dimensões oferecidas
Constantes variações dimensionais e deformações
Resistencia a compressão
Porosidade e absorção de água
Tijolo comum
Proporciona conforto térmico e acústico para a casa. 
Por outro lado, é necessário um grande número de tijolos para se construir um metro quadrado de parede.
Nesse caso, os gastos com argamassa e mão de obra são maiores. 
Outra característica desse tipo de material são as imperfeições dimensionais das peças.
Tijolo Baiano – bloco cerâmico de vedação
Por não suportar cargas estruturais, só pode ser usado como vedação. 
É o tipo de tijolo mais barato do mercado, mas tem altos índices de quebras e produz entulho no canteiro de obras.
Tijolo Baiano
Assim como o tijolo comum, o tijolo baiano também não tem precisão dimensional. 
Ou seja, requer mais gastos com material de reboco e mão de obra, principalmente na etapa de nivelamento das paredes. 
Mas, se comparado ao tijolo comum e ao bloco de concreto, tem desempenho térmico superior.
Blocos estruturais
Qualidade de tijolos
A estabilidade e resistência mecânica;
Regularidade de forma, dimensão e homogeneidade
Rugosidade superficial para aderência à massa
Durabilidade em função da exposição á chuva; porosidade e absorção de água
Isolamento térmico;
Isolamento acústico;
Resistência ao fogo
Facilidade de corte
Telhas 
Os telhados cerâmicos proporcionam conforto térmico e beleza a casa.
Telha romana
Telha francesa
Inclinação : 30%
Peso: 2,6 kg/peça
Quantidade: 16 telhas/m2
peso de 41,6 kg/m2.
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Telha portuguesa
Inclinação : 30%
Peso: 2,6 kg/peça
Quantidade: 16 telhas/m2
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Telha plan
Telha colonial
Telha italiana
Inclinação : 30%
Peso: 3,1 kg/peça
Quantidade: 13,5 telhas/m2
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Telha germânica 
Consideração 
Faça um estudo para escolher qual o tipo ideal de telha cerâmica para colocar no telhado da sua edificação.
 Leve sempre em consideração custo, mão-de-obra, beleza e valorização da arquitetura.
Acabamentos – pisos e azulejos
Materiais Cerâmicos para Acabamentos e Aparelhos
A cerâmica - mistura de argila e outras matérias-primas inorgânicas, queimadas em altas temperaturas - destinadas às mais variadas aplicações, como para fins utilitários (louças, telhas e tijolos) e fins estéticos (vasos e esculturas).
Sua aplicação à arquitetura, com o uso dos revestimentos cerâmicos, tem início com as civilizações do Oriente. 
Certificação da Qualidade do Produto
Processos de fabricação deficientes (etapa da queima menor) geram custos menores e resistência/durabilidade menor.
Com o propósito de avaliar a qualidade do produto existente no mercado, são realizados ensaios que verificaram as características
dimensionais, 
físicas e 
químicas do produto.
PORQUE USAR REVESTIMENTO CERÂMICO?
Adequado ao clima brasileiro
Facilidade de limpeza – (Classificação pela NBR13818 como resistência à manchas) 
Durabilidade e resistência – material inerte – (Se bem especificado em função do local de uso e bem assentado) 
Antialérgico – 15% da população sofre de algum tipo de alergia
Antiinflamável 
PORQUE USAR REVESTIMENTO CERÂMICO?
Podem proteger as estruturas dos edifícios com relação ao incêndio – pois são materiais não inflamáveis e de baixa condutibilidade térmica. 
Diversas possibilidades de decoração e design aliadas ao baixo custo
PROPRIEDADES BASE/SUPERFÍCIE 
A correta especificação deve ser feita a partir da diferenciação entre as partes que compõem o revestimento cerâmico: base e superfície (esmaltada ou não). 
Características Geométricas das Placas Cerâmicas
Tolerâncias dimensionais das placas
Esquadro da placa, se seus lados são perpendiculares e seus ângulos são retos. 
Curvatura dos lados da placa, para dentro ou para fora.
Flecha vertical em relação a um lado da placa.
 Desvio de um vértice com relação ao plano definido pelos outros lados. 
Características Técnicas das Placas Cerâmicas
Absorção de Água
Módulo de Resistência à Flexão e Carga de Ruptura 
Expansão por Umidade (EPU)
Resistência a Abrasão
Resistência ao Risco (Coeficiente de Atrito)
Dureza
Características Químicas das Placas Cerâmicas
Resistência a Manchas e Ataques químicos
Resistência ao Choque Térmico
Resistência a Gretagem -pequenas fissuras ocorrem no esmalte da PC
Resistência ao Chumbo e ao Cádmio
Resistência a Abrasão 
Resistência ao desgaste superficial que a PC apresenta devido ao movimento de pessoas e objetos
Resistencia a Abrasão
A resistência a abrasão representa a resistência ao desgaste de superfície, causado pelo movimento de pessoas e objetos.
Pisos cerâmicos
A especificação da PC para utilização em pisos deve levar em conta a segurança do usuário aoandarsobreasuperfície.
Dureza
Sujeira nos pés ou arraste de móveis podem riscar os pisos. A resistência ao risco está associada a dureza da superfície da placa
Existem valores que designam classes para esta característica, tomando como referência a dureza do diamante na escala Mohs.
Beira-Mar: pisos esmaltados com dureza Mohs > 8, pois a dureza da areia (quartizo) é 7
Conformação das placas cerâmicas
As placas conformadas por prensagem apresentam, no verso (tardoz), ranhuras paralelas com a finalidade de melhorar a aderência com a argamassa colante.
Conformação das placas cerâmicas
Extrusão
a massa cerâmica é forçada a passar pela boquilha (bocal com formato do componente a fabricar) da extrusora. 
Nessa etapa, a placa possui duas dimensões: largura e espessura.
Na sequência, o filete de argila extrudado é cortado na dimensão desejada. 
As placas conformadas por extrusãoapresentam, no verso, ranhuras como do tipo rabo de andorinha (linhas diagonais convergentes para o centro da placa), com a finalidade de evitar destacamento mesmo que haja baixa aderência com a argamassa colante.
Vidros 
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Vidro temperado
O vidro temperado é fabricado a partir do vidro comum.
A finalidade da têmpera é estabelecer tensões elevadas de compressão na superfície do vidro e tensões de tração no centro do mesmo.
O vidros temperados são usados quando se necessita melhorar a resistência. Ex.: para-brisas de automóveis, lentes de óculos e portas.
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Vidro temperado
Processo:
O vidro é cortado na forma e tamanho desejado
Lapidação
Recorte e furos
Levado ao forno, aquecimento até ~600oC e resfriamento brusco com ar.
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Vidro temperado				 Vidro comum
Variação de T: até 300oC
Resistência a flexão 500kg/cm2
Variação de T: até 60oC
Resistência a flexão 100kg/cm2
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Experiencias levadas a efeito com uma chapa de vidro temperado de 6mm demostram q o temperado suporta o impacto de uma esfera de 1kg deixa cair livremente de uma altura de 2m. Já ao vidro cmun quebrou-se em uma altura de 0,30m
Vidro temperado	
Experiências com uma chapa de vidro temperado de 6mm demostram que o vidro temperado suporta o impacto de uma esfera de 1kg deixada cair livremente de uma altura de 2m. 
Já ao vidro comum quebrou-se em uma altura de 0,30cm
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Vidro laminado	
É um vidro composto de 2 ou mais lâminas de vidro fortemente interligadas, sob calor e pressão, por uma ou mais camadas de polivinil butiral muito resistente e flexível, formando uma estrutura capaz de suportar os mais violentos impactos.
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Vidro laminado	
A espessura do laminado chega a 65mm. 
É indicado para os casos de severas exigências de segurança, tais como para-brisas de carros, trens e aeronaves, janelas de carros blindados, sacadas e etc.
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Vidro laminado	
São utilizados também para isolamento acústico.
Ele atenua ruídos externos e absorve a energia sonora acima de 2/3 a mais que os vidros monolítico (vidros reflexivos). 
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Qual a principal diferença entre um copo de vidro e um de cristal?
Copo de vidro brilha menos que o de cristal, e o copo de cristal brilha mais porque tem chumbo.
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Cor dos recipientes de vidro
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Benefícios da reciclagem
A reciclagem de materiais cerâmicos, principalmente da construção civil, pode gerar economia de até 70% ao utilizar brita e areia provenientes de entulhos, diminuindo ainda o consumo de cal e cimento em argamassas e resultando numa economia de até 42%.
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Benefícios da reciclagem
No vidro a inclusão de caco no processo normal de fabricação primária reduz o gasto com energia e água: para cada 10% de caco adicionado economiza-se 4% da energia necessária aos fornos e reduz-se 9,5% do consumo de água.
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Conteúdo extra
Propriedades das argilas
Diversidade de argilas: para tijolos, para cerâmicas, porcelanas
Propriedades comuns
Plasticidade
Contração
Efeito do calor
Cerâmicas - Argilas
Plasticidade:
Com a presença de água possuem a característica que se chama de corpo plástico, moldável.
Humidade entre 10% e 50%
Com pouca água, esfarela
Com muita água, torna-se pegajosa
A fase mais plástica se encontra entre estas fases
Mais húmida mais plástica e vice-versa.
Cerâmicas - Argilas
Retração/contração:
É a propriedade que as argilas têm de variarem de volume com o teor de umidade.
As argilas se retraem durante o processo de secagem e queima.
A agua forma vazios no interior das peças cerâmicas, por isso, quanto menor a quantidade de agua, melhor o produto final.
Argilas - Efeito do calor:
Secagem
Queima
20-150°C – secagem
150-200°C – secagem água coloidal
350-650°C – combustão de matéria orgânica
450-650°C – decomposição de minerais de constituição (caulinite)
600/700°C – transformação do quartizo de forma alfa para beta com expansão
Argilas - Efeito do calor:
800-950°C – decomposição do calcário – libera CO²
Acima de 700°C ocorrem reações de sílica e alumina – silico-aluminatos que fornecem dureza, estabilidade, resistência física e química (cerâmica).
Acima de 1000°C os silico-aluminatos amolecem e conferem maior dureza, compacidade e impermeabilidade
Porosidade:
É a relação entre o volume de vazios e o volume aparente total de uma peça cerâmica.
A porosidade também diminui:
A resistência mecânica
A densidade
A condutibilidade térmica
Temperatura:
A temperatura faz a argila sofrer dois efeitos:
Primeiro: a secagem ou saída de agua.
Segundo: ocorrem as reações químicas.
A qualidade de uma peça cerâmica varia de acordo com o processo de reações químicas, onde ocorre a vitrificação e cristalização do material. Esta é a diferença básica entre tijolos (quase não possui vidro) e porcelanas (grande quantidade de vidro).
Moldagem, Secagem e Queima
Moldagem: é o processo de dar forma definitiva a pasta.
Secagem: após a moldagem, as peças ainda tem de 7% a 30% de umidade e é o processo de secagem (natural ou artificial) que tira esta umidade para posterior queima.
Queima: Durante o processo de queima em fornos, toda a agua é eliminada e ocorre uma mudança na estrutura da argila.
Tratamento Térmico
É muito importante, pois dele dependem o desenvolvimento das propriedades finais destes produtos. Eles são: 
Secagem: Após a etapa de formação, as peças em geral continuam a conter água, proveniente da preparação da massa. Para evitar tensões e, consequentemente, defeitos nas peças, é necessário eliminar essa água, de forma lenta e gradual, em secadores intermitentes ou contínuos, a temperaturas variáveis entre 50ºC e 150ºC. 
Tratamento Térmico
Queima: É realizada após a secagem, cuja função é a de reduzir a umidade, prevenindo o excesso de água na peça e as consequentes trincas provocadas pelo surgimento de bolhas de vapor. Desta forma, as peças são levadas para fornos contínuos ou intermitentes e submetidas a um tratamento térmico entre 800ºC e 1700ºC. 
Categorias
Os produtos cerâmicos para a construção civil podem ser divididos em duas categorias:
Materiais de argila: são os materiais constituídos por argila, de cor avermelhada, apresentam grande absorção de agua e baixa resistência mecânica. Ex: Tijolos maciços ou furados e as telhas.
Materiais de grês cerâmico: são materiais cerâmicos de alta vitrificação. Ex: Louças, azulejos, pastilhas e pisos.
Resistencia a Abrasão
A resistência a abrasão representa a resistência ao desgaste de superfície, causado pelo movimento de pessoas e objetos.
Materiais complementares
http://www.inmetro.gov.br/consumidor/produtos/revestimentos.asp
	
Funções
	
Classes
	
Aplicações
	
Exemplos
	
	cerâmica de mesa
	pratos, xícaras, vasos
	louça, porcelana
	Estéticas
	cerâmica de revestimento
	pisos, azulejos
	grés, porcelanato
	
	cerâmica sanitária
	vasos sanitários, pias
	louça, porcelana