9 Estruturas Cerâmicas

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Ciência e Tecnologia dos Materiais
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Materiais
Estruturas e Propriedades das Cerâmicas
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Introdução
As Cerâmicas compreendem todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após
tratamento térmico em temperaturas elevadas.
A maioria das cerâmicas consiste em compostos que são formados entre elementos metálicos e não
metálicos, para os quais as ligações interatômicas ou são totalmente iônicas ou predominantemente
iônicas com alguma natureza covalente.
• Ligação não direcional
• Vizinhança de íons com 
cargas opostas
• Alta energia de ligação
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Características gerais
• Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços;
• Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e polímeros;
• São menos densas que a maioria dos metais e suas ligas;
• Os materiais usados na produção das cerâmicas são abundantes e mais baratos.
Introdução
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Data do primeiro uso
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Densidade
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Preço
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Propriedades térmicas
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Propriedades térmicas
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Propriedades térmicas
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Propriedades Mecânicas
Os materiais cerâmicos tem sua aplicabilidade limitadas em certos aspectos devido às sua
propriedades mecânicas, que em muitos aspectos são inferiores aquelas apresentadas pelo os metais.
A principal desvantagem é uma disposição à fratura catastrófica de uma maneira frágil, com muito
pouca absorção de energia.
A temperatura ambiente, tanto a cerâmica cristalina como as não cristalinas quase sempre se fraturam
antes de ocorrer uma deformação plástica, em resposta à aplicação de uma carga de tração.
A medição teórica da resistência mecânica das cerâmicas (através das ligações interatômicas) são
superiores ao que ocorre na prática. Isso pode ser explicados pelos defeitos existente no material, os
quais servem como concentradores de tensão, isto é, onde a magnitude de uma tensão de tração que
é aplicada e amplificada.
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Propriedades Mecânicas
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Propriedades Mecânicas
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Propriedades Mecânicas
MgAl2O4
NaCl
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Comportamento tensão-deformação:
O comportamento não é avaliado através de um ensaio de tração por três razoes:
1. Pela dificuldade de preparar e testar amostras que possuam a geometria exigida.
2. É difícil prender e segurar materiais frágeis sem fraturá-los.
3. As cerâmicas falham após uma deformação de apenas aproximadamente 0,1%, o que exige
que os corpos de prova em tração estejam perfeitamente alinhados, com o objetivo de
evitar a presença de tensões de dobramento e flexão.
Propriedades Mecânicas
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Ensaio de flexão:
Na maioria das vezes é empregado um
ensaio de flexão transversal, onde um
corpo-de-prova na forma de uma barra com
seção transversal circular ou retangular é
flexionado ate a fratura, utilizando uma
técnica de carregamento cm três ou em
quatro pontos.
Propriedades Mecânicas
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Propriedades Mecânicas
Ensaio de compressão
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A tensão no momento da fratura quando se
emprega esse ensaio de flexão é conhecida
como resistência a flexão, módulo de ruptura,
resistência à fratura ou resistência ao
dobramento, e é um parâmetro mecânico
importante para os cerâmicos frágeis.
Propriedades Mecânicas
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Material
Resistência à Flexão Módulo de Elasticidade
MPa MPa
Nitretos de silício Si3N4 250 - 1000 304
Zircônia ZrO2 800 - 1500 205
Carbeto silício SiC 100-820 345
Óxido de alumínio 275-700 393
Cerâmica-vítrea 247 120
Mulita 185 145
Espinélio 110-245 260
Óxido de magnésio 105 225
Sílica fundida 110 73
Vidro de cal de soda 69 69
Tabulação da Resistência à Flexão (Módulo de Ruptura) e do Módulo de Elasticidade
para Dez Materiais Cerâmicos Comuns
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Deformação plástica
Cerâmicas Cristalinas:
• O deslocamento de discordâncias é muito difícil – íons com mesma carga elétrica são
colocados próximos uns dos outros. (repulsão - ligação iônica)
• No caso de cerâmicas onde a ligação covalente predomina o escorregamento também é
difícil (Ligação forte, número limitado de sistema de escorregamento, discordância
complexa).
Cerâmicas Amorfas:
• Não há uma estrutura atômica regular. A deformação plástica não ocorre pelo movimento
das discordâncias, não existe discordância;
• Materiais se deformam por escoamento viscoso.
• A resistência à deformação em um material não-cristalino é medida por intermédio de sua
viscosidade.
Propriedades Mecânicas
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Sinterização
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Sinterização
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Influência da porosidade sobre o módulo de elasticidade e resistência a flexão para o oxido de 
alumínio.
Porosidade
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Dureza
Uma propriedade mecânica de utilidade apresentada pelos materiais cerâmicos é a sua dureza, que
é utilizada com frequência quando uma ação de abrasão ou de polimento é necessária; de fato, os
materiais mais duros conhecidos são cerâmicos.
Apenas os cerâmicos que possuem durezas Knoop de aproximadamente 1000 ou superiores são
utilizados devido às suas características de abrasão.
Material Dureza knoop aproximada
Diamante (carbono) 7000
Carbeto de boro (B4C) 2800
Carbeto de silício (SiC) 2500
Carbeto de tungsténio (WC) 2100
Óxido de alumínio (Al2O3) 2100
Quartzo (SiO2) 800
Vidro 550
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Módulo de Elasticidade
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Limite de Escoamento
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Resiliência
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Dureza