Materiais Cerámicos - Processamento e Aplicações

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Ítalo Pinheiro Cândido de Macêdo 
Tiago Maia Esmeraldo Alves 
Universidade Federal do Cariri – UFCA 
Campus Juazeiro do Norte 
Curso de Engenharia de Materiais 
Introdução 
• A palavra “Cerâmica” origina-se do grego “Keramikos”, que 
significa Material Queimado. 
 
• São compostos por elementos atômicos metálicos e não 
metálicos, cujas ligações são totalmente ou 
predominantemente iônicas. 
 
• Apresentam alto módulo de elasticidade (E) em relação aos 
metais e alguns polímeros. 
 
• Dividem-se em dois grandes grupos: Tradicionais ou 
Avançadas. 
 
 
Classificação dos Materiais Cerâmicos baseados 
na sua aplicação 
Vidros 
• É uma substância inorgânica, homogênea e não-
cristalina, obtida através do resfriamento de uma 
massa a base de sílica em fusão. 
• Constituídos principalmente por silicatos (SiO2) 
em conjunto com outros óxidos (por exemplo: CaO, 
Na2O, K2O e Al2O3). 
 
Composição dos Vidros 
Vidro x Sólido Cristalino 
Relação da temperatura e viscosidade 
1. Ponto de Fusão: O vidro é 
fluido suficientemente para 
ser considerado líquido. 
2. Ponto de operação: O vidro 
é deformado com facilidade 
nessa viscosidade. 
3. Ponto de amolecimento: 
Temperatura máxima na qual 
uma peça de vidro pode ser 
manuseada sem que 
ocorram mudanças 
significativas em suas 
dimensões. 
4. Ponto de recozimento: 
Remoção de tensões 
residuais. 
5. Ponto de deformação: 
Abaixo desta temperatura, o 
vidro se apresenta frágil. 
Prensagem 
Consiste na técnica de despejar o vidro fundido no 
molde, onde um embolo prensa o material até a 
aderência da forma desejada. 
Sopragem 
Método que consiste na conformação da massa vítrea 
fundida de forma manual (“cana do vidreiro”). 
 
Existe também o processo de conformação por 
prensagem-sopragem (automatizada). 
Estiramento 
Processo na qual o vidro é conformado em peças 
longas, tais como: chapas, barras ou tubos. 
Fibras 
Processo na qual o vidro 
fundido é colocado em 
uma câmara de 
aquecimento de platina, 
as fibras são conformadas 
pelos estiramento do 
vidro através de muitos 
orifícios pequenos no 
fundo da câmara. 
Recozimento dos Vidros 
Após serem moldadas, as peças precisam passar pelo 
forno de recozimento, onde serão reduzidas as tensões 
internas. 
Vitrocerâmicos 
São sólidos policristalinos contendo fase vítrea 
residual, preparados pela fusão de vidros, os quais 
são conformados em produtos sujeitos a 
cristalização controlada. 
 
• Alta tenacidade 
• Altas resistências à flexão, à abrasão e ao risco 
• Ampla faixa de coeficientes de expansão térmica 
• Alta resistividade elétrica 
• Alta resistência química (dependendo fortemente 
da composição química) 
• Podem ser facilmente coloridos 
 
Propriedades 
 Processamento de 
Materiais Cerâmicos 
Cristalinos 
Cerâmicas tradicionais 
Características: 
 
• Matéria prima retirada da natureza. 
• Pode conter uma grande quantidade de 
impurezas. 
• Um dos maiores exemplos neste caso é a argila, 
material que pode ser encontrado em abundância. 
Cerâmicas avançadas 
Características: 
 
• Matéria prima sintética. 
• Notável grande pureza em sua composição. 
• Apresentam aplicações mais diferenciadas em 
relação as cerâmicas tradicionais. 
 
Injeção Extrusão 
Conformação do Pó 
• A fabricação do pó é a etapa inicial neste 
processo de fabricação de cerâmicas. 
 
• A composição química do mesmo (dependendo 
de sua aplicação), como também da 
granulometria das partículas para a etapa de 
sinterização são alguns dos principais fatores no 
processamento de cerâmicas. 
 
• É necessário um adequado controle na 
preparação do pó, para garantir um excelente 
processamento. 
• Dependendo da aplicação, é utiliza vários 
tamanhos de partículas pois isso conduz à 
um material cerâmico com menor 
porosidade a “verde”. 
 
• Quanto menor o tamanho das partículas 
maior a reatividade entre elas (maior 
superfície total a ser eliminada na 
sinterização) reduzindo a temperatura e o 
tempo necessários na sinterização e a 
porosidade final do cerâmico. 
 
 
 
• Por peneiras, a granulometria é separada em 
mesh (#): quando maior o mash, menor é a 
abertura para poder separar a granulometria. 
Nas indústrias, a moagem do material pode ser 
proporcionada por: 
Moinho de bolas 
Britador de rolo simples 
Aditivos 
Os principais aditivos utilizados na confecção de 
materiais cerâmicos são: 
• Ligantes: Conferem plasticidade e resistência a 
verde após a conformação. 
• Plastificantes: Modificam os ligantes conferindo 
maior fluidez (capacidade de preencher o 
molde). 
• Lubrificantes: Reduzem o atrito entre partículas 
e o atrito entre as partículas e as paredes do 
molde. 
 
Esta etapa é importante, pois dependendo do 
aditivo aplicado é possível, por exemplo, um 
aumento significativo da platicidade do material 
cerâmico. 
Em alguns tipos de processamento, é também 
realizado a mistura do pó (com ou sem aditivo) com 
um líquido (normalmente água destilada) para formar 
um mais material conformável. 
Pó + Líquido -> BARBOTINA 
Prensagem Uniaxial 
• Efeito de pressão sobre o pó de cerâmica, 
gerando uma peça conformada com densidade 
não distribuída. 
 
• Aditivos de ligantes ou plastificantes podem 
influenciar esse processamento! 
Prensagem Isostática 
• Semelhante ao processo anterior, mas produz uma 
peça com total distribuição de densidade pela 
aplicação de pressão em todo o molde. 
Prensagem a quente 
• Ocorre o processo de 
moldagem e sinterização 
do pó ao mesmo tempo. 
 
• Pela pressão exercida, a 
temperatura de 
sinterização é reduzida. 
 
• Moldes e equipamentos 
são caros. 
Conformação hidroplástica 
• Utiliza-se a barbotina nesse processo. 
 
• Também conhecido como colagem. 
Extrusão 
• Processamento onde o material cerâmico, com aditivos, 
é forçado a passar por uma matriz que conforma o 
material. 
 
• Processo constante; não pode ser interrompido o fluxo 
de massa. 
Injeção 
• Neste processamento, o material cerâmica com aditivo 
(plastificante) é aquecida. 
 
• É pré-compactado, para reduzir a porosidade. 
 
• Por último, o material é injetado em moldes que 
apresentam conformação mais complicada. 
Secagem 
Etapa para a perda natural de hidratação residual do 
corpo cerâmico. 
Sinterização 
A etapa mais importante do processamento de materiais 
cerâmicos! 
 
Gera a adesão dos grãos do pó, sem derreter o material. 
 
Nesta etapa, ocorre o processo de ligação do pó por 
método difusional, ocorrendo redução dos poros entre 
partículas e uma diminuição volumétrica. 
Materiais capazes de 
suportar temperatura 
elevadas sem se fundir ou 
decompor e que 
permanecem inertes e não 
reativos quando expostos a 
ambientes severos. 
 
Exemplos: refratários de 
sílica, sílico-aluminio, 
aluminosos, carbono. 
Refratários 
Abrasivos 
Materiais com altíssima dureza, tenacidade e resistência 
ao desgaste. Utilizados para desgastar, polir, esmerilhar ou 
cortar materiais mais moles. 
Exemplos: Carbeto 
de silício, carbeto 
de tungstênio, 
óxido de alumínio 
e areia de sílica. 
 
Bibliografia 
CALLISTER, William D. Sérgio Murilo Stamile 
Soares. Ciência e Engenharia de Materiais, uma 
introdução. 7ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 
CARAM, Rubens. Estrutura e Propriedade dos materiais 
cerâmicos. 
BENGISU, Murat. Engineering Ceramics. Berlim: Springer, 
2001. 
RICE, Roy W. Ceramic Fabrication Technology. Basel: 
Marcel Dekker : 2003. 
NORTON, F.H. Jefferson Vieira de Souza. Introdução à 
TecnologiaCerâmica. São Paulo: Edgard Blucher, 1973. 
http://www.abceram.org.br/ 
http://www.youtube.com.br/