AULA CERÂMICA MATERIAIS II

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Materiais cerâmicos
Guanambi
Dezembro, 2018
Professor: Otacisio Gomes Teixeira
otacisiogteixeira@hotmail.com
Materiais de construção civil II
Definição: 
Origem: Grécia: keramos: vaso (raiz:, queimar). Gregos usavam o termo para se referir a “ terra queimada” 
Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos (formam óxidos, nitretos e carbetos );
Geralmente a ligação predominante é iônica;
 óxidos (SiO2, Al2O3, Al2(Si2O5)(OH)4 
 nitretos (Si3N4, BN, AlN)
 carbetos (SiC, B4C)
 
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MATERIAIS CERÂMICOS
PROPRIEDADES TÉRMICAS E FÍSICAS
Densidade: 2-3 g/cm3;
Embora os materiais cerâmicos sejam em geral isolantes de calor e eletricidade, há uma classe de materiais cerâmicos que são condutoras;
 capacidade calorífica (  )
 coeficiente de expansão térmica (  )
 condutividade térmica
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PROPRIEDADES TÉRMICAS -Aplicação
Uma interessante aplicação, que leva em conta as propriedades térmicas das cerâmicas, é o seu uso na indústria aeroespacial. 
Espessura: 1,27-8,89 cm
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Cubo de sílica de isolamento térmico. O interior do cubo está a1250ºC e pode ser manuseado sem proteção
PROPRIEDADES ELÉTRICAS
As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos são muito variadas. Podendo ser:
 isolantes: Alumina, vidro (SiO2)
Características elétricas são extremamente sensíveis à presença de pequenas quantidades de impurezas (dopagens);
Possibilidade de circuito integrado: revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores.
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Ação da temperatura
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Apresentam baixa resistência ao choque;
São duros e frágeis em relação à tração (~17 kgf/mm2);
São resistentes em relação à compressão – geralmente 10 vezes a resistência a tração;
O módulo de elasticidade é alto: ~45.500kgf/mm2 (aço: 20.000 kgf/mm2);
Têm alta dureza e alta resistência ao desgaste.
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS
VIDRO-CERÂMICOS
CRISTALINOS
AMORFOS (VIDROS)
Incluem os cerâmicos à base de Silicatos, Óxidos, Carbonetos e Nitretos
Em geral com a mesma composição dos cristalinos, diferindo no processamento
Formados inicialmente como amorfos e tratados termicamente
O Silício e o Oxigênio formam cerca de 75% da crosta terrestre, sendo materiais de ocorrência comum na natureza e de baixo custo !
Os cerâmicos avançados são baseados em óxidos, carbonetos e nitretos com elevados graus de pureza
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Cerâmica: definição tradicional
Minerais de composição inconstante e pureza duvidosa são expostos a um tratamento térmico não-mensurável, que dura o suficiente para permitir que reações desconhecidas ocorram de modo incompleto, formando produtos heterogêneos e não-estequiométricos, conhecidos com o nome de materiais cerâmicos.
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Cerâmica: definição moderna
Materiais cerâmicos são compostos sólidos formados pela aplicação de calor, algumas vezes calor e pressão, constituídos por ao menos 
um metal (M) e um sólido elementar não-metálico (SENM) ou um não-metal (NM),
dois SENM, ou
um SENM e um não-metal (NM)
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Comparação entre cerâmica tradicional e avançada
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Metais e não-metais
Metais (M): Na, Mg, Ti, Cr, Fe, Ni, Zn, Al... 
Não-metais (NM): N, O, H, halogênios, gases nobres...
Sólidos elementares não-metálicos (SENM): isolantes (B, P, S, C ) ou semicondutores (Si, Ge)
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PROCESSAMENTO 
O processamento de materiais cerâmicos à base de argila é feito a partir da compactação de pós ou partículas e aquecimento à temperaturas apropriadas.
Principais etapas:
b) Preparação da matéria-prima – Tamanho e pureza controlados
a) Extração matéria prima
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c) Moldagem (conformação) Hidroplástica ou fundição por suspensão
d) Secagem Eliminação de água ou ligantes
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e) Sinterização -tratamento térmico
Concepção de produtos cerâmicos depende de vários aspectos:
 Materiais: Tipo e qualidade da matéria-prima
 Processo: Tecnologia envolvida e produtividade 
 Controle de qualidade: tolerâncias, qualidade aparente
 Mercado: Economia e Resposta do consumidor 
Produtos Cerâmicos
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Grupo 1: Cerâmica Estrutural ou Cerâmica Vermelha
Produtos Cerâmicos: Classificação
Produtos: Tijolos e blocos / telhas / tubos / lajotas / vasos/Ladrilhos de piso.
Matéria-prima: local, próxima à planta e argilas com alto teor de ferro e matéria orgânica
Matéria-prima: Argilas plásticas caulinito-ilíticas ou em camadas mistas com matéria orgânica, óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio. 
Origem: Margens de rios, lagos ou várzeas
Queima: Entre 900 e 1000 C 
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PROPRIEDADES
Resistência a Compressão: Como forma de verificar a resistência dos blocos cerâmicos, utiliza-se a seguinte equação:
Fb = F/Ab
Onde:
Fb = Resistência a Compressão ; F = Força aplicada ; Ab = Área bruta;
A resistência a compressão deve ser maior que 1,5 MPa para blocos de vedação e maior que 3 MPa para blocos estruturais, caso isso não ocorra o bloco não deve ser utilizado, pois estará comprometendo a estrutura.
Calcular a resistência a compressão axial de um bloco cerâmico, com seção transversal de 9 x 19 cm, e carga de 26kN.
Bloco estrutural rompido com carga de 79,5 KN. 
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Absorção de Água: Outro ponto a ser levado em consideração em materiais cerâmicos é a sua absorção a água.. para isso utiliza-se a equação:
A(%) = (Msat – Mseco)/(Mseco) x 100
Msat = Massa saturada ; Mseco = Massa seca
Essa relação deve estar por volta de 8% a 22%, não ultrapassando esses valores. 
Ex: Msat = 2,65kg
 Mseco = 2,30 kg
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Efeito estético e proteção (umidade);
Isolamento térmico, acústico e elétrico. 
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Tijolos
Tijolo Maciço: São moldados a mão ou máquinas em formas de madeira ou metálicas;
 São colocados para secar em terrenos nivelados, e revirados durante a secagem para diminuir o empenamento quando endurecem, são empilhados deixando possibilidade para circulação de ar. 
Nesta fase são cobertos com plásticos ou palhas. Finalmente são cozidos a alta temperatura em fornos
Suas dimensões são 21x10x5cm.
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Tijolos Furados
Possuem furos prismáticos ou cilíndricos. 
 São de maior dimensão que os maciços, e de alvenaria mais leve.
Comparados aos maciços possibilitam um maior rendimento da mão-de-obra e menor gasto de argamassas , entretanto no revestimento exigem um chapisco prévio. 
 Os mais comuns são de 6 e 8 furos e suas dimensões são variadas, por exemplo: 
Tijolo com furos cilíndricos, dimensões de 25x20x10cm.
Tijolo com furos quadrados, dimensões de 19x29x14cm
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Vantagens dos Tijolos Furados 
• Aspecto mais uniforme, aresta e centros mais firmes, faces planas e melhor esquadrejadas. 
• Menos peso por unidade de volume aparente. 
• Dificultam a propagação de umidade;
 • Maior isolante térmico acústico.
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Telhas Cerâmicas 
• Usadas com a finalidade de drenar as águas pluviais dos telhados e controle térmico ambiental do interior da instalações. 
• Características de qualidade exigidas: 
• Impermeabilidade: Absorção de água inferior a 20% do peso próprio; 
• Boa resistência à flexão; 
• Tolerância dimensional; 
• Empenamento: < 5mm
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• FRANCESAS 
• Peso por unidade: 2 a2,7 kg.
 • Quantidade por m²: 16. 
• Peso /m² de cobertura: 32 a 43 kg. 
• Inclinação mínima %: 50%
• COLONIAL 
• Peso por unidade:1,7 a 2,0kg. 
• Quantidade por m²:24 a 30. 
• Peso /m² de cobertura: 34 a 52 kg. 
• Inclinação mínima %: 25%
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). Entre 1200 e 1300 C30
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”. 
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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);
PRODUÇÃO
a) Materiais são pesados em balanças para compor a mistura ideal da fórmula (massa) 
b) Mistura em moinhos de bolas, juntamente com água 
c) Massa granulada é prensada em formato retangular
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d) No processo de monoqueima - peças são decoradas e esmaltadas ainda cruas. 
No processo de biqueima - peças prensadas cruas são empilhadas em vagonetes e levados para o forno de queima. O biscoito cru é queimado ~ 1500 C por 36 horas (queima lenta). A seguir, o biscoito vai para a linha de esmaltação, transportado por meio de correias, recebendo a decoração através de serigrafia e o esmalte. 
Produto é classificado, embalado e embarcado para o revendedor
Grupo 4: Cerâmica Refratária ou Refratários Cerâmicos
Produtos Cerâmicos: Classificação
Classificação: (de acordo com a natureza da matéria-prima) 
Naturais
Sintéticos
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Grupo 4: Cerâmica Refratária (Naturais) 
Produtos Cerâmicos: Classificação
Sílico-aluminosos: Argilas refratárias com < 38,5% Al2O3 (cru) ou < 46% Al2O3 após queima a 1000 C
Aluminosos: Argilas refratárias com > 38,5% Al2O3 (cru) ou > 46% Al2O3 após queima 
Alumina Fundida: bauxita fundida + argila
Carbeto de Silício: quartzo + coque
Zircônia: minérios ou sais de zircônio
Magnésia: sais de magnésio de água do mar
Silicato de cálcio (até 850 ºC): sílica + hidróxido de cálcio, diatomito, amiantos e carbonato de magnésio 
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Grupo 4: Cerâmica Refratária (Sintéticas) 
Grupo 5: Abrasivos
Produtos Cerâmicos: Classificação
Abrasivos Naturais: areia , bauxita, argilas calcinadas, diatomita
Abrasivos Sintéticos: alumina fundida , carbetos metálicos sinterizados , óxidos metálicos sinterizados , nitratos e boretos
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Grupo 6: Vidros
Produtos Cerâmicos: Classificação
Grupo 7: Cimento / Argamassa
Tipos
Seqüência de processamento
Cerâmica
pó  forma  calor
Vidro
pó  calor forma
Argamassa
calor pó  forma
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Produtos Cerâmicos: Classificação
Grupo 8: Cerâmicas Técnicas ou Avançadas
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Térmica
Elétrica
Magnética
Ótica
Nuclear
Química
Biológica
Mecânica
Estética
Produtos Cerâmicos: Classificação
Grupo 8: Cerâmicas Técnicas ou Avançadas: Aplicações
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Produtos Cerâmicos: Classificação
Grupo 8: Cerâmicas Técnicas ou Avançadas: Funções Térmicas
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Patologias em revestimento cerâmico
Deslocamento e empolamento – deslocamentos localizados, normalmente relacionados a deficiências de aplicação ou de suporte em pontos específicos; 
Causas deslocamento – Malha de fissuração localizada, entrada de água, deslocamento horizontais, deficiência da argamassa colante.
Notas de aula da UFP - 2004
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Causa deslocamento com empolamento – justas estruturais, juntas de assentamento;
Notas de aula da UFP - 2004
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Notas de aula da UFP - 2004
b) Fissuração – é consequência dos movimentos do suporte, tendo como origem:
1- Movimentos incompativeis com a elasticidade da argamassa colante;
2- A resistência a tração das peças cerâmicas
3- Dimensão da junta.
Comum em:
1- Paredes esbeltas;
2- Assentamento diferenciais das fundações;
3- Expansão de coberturas;
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Notas de aula da UFP - 2004
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Notas de aula da UFP - 2004
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Notas de aula da UFP - 2004
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c) Eflorescências - são fenômenos de deposição de sais, sob diversas formas e constituições a superfície dos materiais cerâmicos e das argamassas.
Presença de sais solúveis;
Água durante muito tempo;
Perda de resistência;
Efeito estético.
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Notas de aula da UFP - 2004
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Soluções:
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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
	
Cerâmica
	
Matérias-primas
	
Estrutura
	
Proprie-dades
	
Processa-mento
	
Aplicações
	Tradicional (silicatos)
	naturais, minerais industriais (<98% pureza)
	não-uniforme, porosa
	mecânica, estética
	olaria, colagem, prensagem, extrusão, queima
	construção, produtos domésticos
	Avançada (alto de-sempenho, alta tecno-logia)
	produtos químicos industriais (>98% pureza)
	homogênea, menos porosa
	elétrica, magnética, nuclear, ótica, mecânica, térmica, química, biológica
	prensagem isostática, moldagem por injeção, sinterização, ligação por reação
	eletrônica, estrutural, química, refratários
	
Funções
	
Classes
	
Aplicações
	
Exemplos
	
	condutividade 
	trocadores de calor para pacotes eletrônicos
	AlN
	Térmicas
	isolamento
	revestimentos isolantes para fornos de alta temperatura
	fibras de SiO2, Al2O3, ZrO2
	
	refratariedade
	revestimentos isolantes para fornos de alta temperatura (metais fundidos, escórias)
	SiO2, Al2O3, ZrO2