Ciências-dos-Materiais-Cerâmica com intro

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA-UEPB
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA- CCT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL 
CURSO ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL 
AYRTON NATTHAN SILVA RAMOS 
CLÉO KALUANÁ FERREIRA
DANIEL EPIFÂNIO BEZERRA
DIEGO PAULO GOMES
EMANUEL JÚNIOR SILVA SOARES
HEBERT JONATHAN FIGUEIREDO CAMPOS
IVILA LARRÍCIA NUNES
LUCAS ALVES BATISTA PEQUENO
NATÁLYA FERREIRA SILVA
MARIA GABRIELLA NEGROMONTE BARBOSA
CERÂMICAS: ESTRUTUTURAS, PROPRIEDADES, APLICAÇÕES E PROCESSAMENTO
Campina Grande - PB
Setembro de 2018
AYRTON NATTHAN SILVA RAMOS 
CLÉO KALUANÁ FERREIRA
DANIEL EPIFÂNIO BEZERRA
DIEGO PAULO GOMES
EMANUEL JÚNIOR SILVA SOARES
HEBERT JONATHAN FIGUEIREDO CAMPOS
IVILA LARRÍCIA NUNES
LUCAS ALVES BATISTA PEQUENO
NATÁLYA FERREIRA SILVA
MARIA GABRIELLA NEGROMONTE BARBOSA
Trabalho apresentado à disciplina Ciência e Tecnologia dos Materiais como requisito parcial para obtenção da nota referente a segunda unidade. 
Docente: Dr. Laércio Leal dos Santos. 
Campina Grande - PB
Setembro de 2018
SUMÁRIO
Introdução
As cerâmicas são materiais inorgânicos e não metálicos. A maioria delas são compostos formados entre elementos metálicos e não metálicos, para os quais as ligações interatômicas ou são totalmente iônicas ou são predominantemente iônicas, mas com alguma natureza covalente. O termo cerâmica vem da palavra grega keramikos, que significa “matéria queimada”, indicando que as propriedades desejáveis desses materiais são obtidas por meio de um processo de tratamento térmico a alta temperatura chamado cozimento.
Recentemente as cerâmicas receberam diversos usos importantes nas indústrias de componentes eletrônicos, computadores, comunicação, aeroespacial, e uma gama de outras indústrias que dependem desses materiais. Tirando um pouco o foco do seu uso tradicional para louças, porcelana, tijolos, telhas, entre outros.
Figura 01- Classificação dos materiais cerâmicos com base em sua aplicação.
X - Diagramas de Equilíbrio
Considerando as situações em que estes são constituídos por vários elementos químicos e várias fases co-existem. Isto será feito considerando a situação de equilíbrio termodinâmico do material. Esta situação será representada através de um diagrama, denominado diagrama de equilíbrio de fases ou simplesmente diagrama de fases. O diagrama de fases é uma ferramenta poderosíssima na pesquisa e no projeto de materiais, pois ele indica as fases presentes em um dado material a partir de sua composição e de outras condições tais como temperatura e pressão.
Como exemplo simples de um diagrama de equilíbrio, pode-se ver o caso da água. Esta é líquida entre 0° e 100°C, em condições de pressão atmosférica. Abaixo de 0°C, ela estaria na forma sólida e acima de 100°C, na forma gasosa, nas mesmas condições de pressão. Estas temperaturas, entretanto, variam conforme a pressão. A figura é um diagrama de equilíbrio da água. Ele mostra o estado físico da água em função da temperatura e da pressão a que está submetida.
Figura – Diagrama de equilíbrio da água em função da temperatura e pressão.
Os diagramas de fase que vamos tratar mais adiante representam apenas os sistemas em situação de equilíbrio termodinâmico. É verdade que na maioria dos casos do cotidiano do processamento dos materiais, as condições de equilíbrio não são atendidas. Diz-se que o material está em condições de não equilíbrio. A rigor, o diagrama não é válido nestas condições, porém não significa que ele é totalmente inválido e inútil. 
Todos os sistemas tendem ao equilíbrio, portanto, o diagrama de fase representa uma referência importante. Isto justifica seu poder como ferramenta de análise. Obviamente, as condições de não equilíbrio afetarão diferentes materiais com intensidades diferentes. Assim, os diagramas de fase representarão melhor a realidade em alguns materiais que em outros, quando expostos às mesmas condições de não equilíbrio.
Diagramas Binários
Um diagrama binário é representado por um gráfico cujo eixo vertical representa a composição do material e o eixo vertical representa a temperatura. No extremo esquerdo do eixo das composições, o sistema consiste do elemento A puro. No extremo direito consiste de B puro. À medida que se vai da esquerda para a direita, aumenta o teor de B na composição do sistema. A composição é geralmente apresentada em percentual atômico ou em massa.
A formação de soluções sólidas é dependente de alguns fatores. Inicialmente, a presença de átomos de um elemento na rede de outro é energeticamente favorável, pois aumenta o termo de entropia, diminuindo a energia livre de Gibbs. No entanto, geralmente, há um limite de solubilidade, além do qual a introdução de mais átomos daquela impureza acarretaria em transformação de fase. Este limite depende de alguns fatores. Estes fatores são: raios atômicos, valência e similaridade de estrutura cristalina.
No caso do raio atômico, quando um átomo está substituindo outro, ele necessariamente introduzirá tensões e deformações nesta rede, devido à diferença de tamanho destes átomos. Quanto maior a diferença de tamanho maior será a deformação. É de se esperar que a rede cristalina se desestabilize a partir de um certo nível de deformação da rede. 
A valência é outro fator importante. Átomos de mesma valência têm condições de substituir mais que átomos de valência diferente. Átomos com eletronegatividades muito diferentes tendem a formar fases intermediárias. Finalmente, o terceiro fator determinante é a estrutura cristalina. Se o átomo substituído tem a mesma estrutura cristalina que o átomo substituto, ou forma a mesma estrutura com um terceiro átomo comum, então a probabilidade de uma substituição mais extensiva é maior. Por exemplo, NiO e MgO têm a mesma estrutura, a estrutura do NaCl. Isto é uma boa razão, mas não a razão suficiente, para a substituição do Ni pelo Mg e vice-versa.
A combinação favorável dos três fatores citados contribui para a formação de soluções sólidas contínuas. A existência de apenas um ou dois dos fatores favoráveis não é suficiente para garantir uma solução sólida contínua, porém pode aumentar o limite de solubilidade do composto.
Sistema Al2O3-Cr2O3 (Óxido de Alumínio - Óxido de Cromo)
Figura – Diagrama de fase do sistema Al2O3-Cr2O3.
Sistema MgO-Al2O3 (Óxido de Magnésio - Óxido de Aluminio)
A figura mostra o diagrama MgO-Al2O3. Vê-se nele uma reação eutética em quase 2000°C, na composição de aproximadamente 55 % Al2O3. Nota-se também a existência de uma fase intermediária identificada como MgAl2O4. Entretanto, esta fase não é estequiométrica, uma vez que ela é estável em um razoável intervalo de composições, dependendo da temperatura. Sua solubilidade chega a se estender por 30 pontos percentuais acima de 1800°C. Isto significa que nesta temperatura, íons magnésio podem substituir um número razoável de íons Al e vice-versa.
Nota-se também que esta fase intermediária passa diretamente do estado sólido para o estado líquido na composição de aproximadamente 72 % Al2O3, na temperatura de aproximadamente 2100°C. Comporta-se, portanto, como se fosse um componente puro. Nestas condições de composição e temperatura, fases sólida e líquida estão em equilíbrio. A este comportamento dá-se o nome de fusão congruente. Isto diferencia o caso em que uma fase intermediária não se funde desta forma, mas se transforma em outras fases de composições distintas. Finalmente, as fases MgO e Al2O3 têm limite de solubilidade nulo.
Figura - Diagrama de fase do sistema MgO-Al2O3.
Sistema ZrO2-CaO (Óxido de Zincrônio - Óxido de Cálcio)
A figura mostra o diagrama do sistema ZrO2-CaO parcialmente. Vê-se apenas a parte mais rica em zircônia. A zircônia possui três poliformas, a cúbica, a monoclínica e a tetragonal. Na parte mais rica em zircônia, ocorrem as fases monoclínica e tetragonal. A primeira estável em baixa temperatura e a última em alta temperatura. A temperatura de transição é 1000°C.Durante esta transformação, ocorre uma grande variação de volume. Isto provoca grandes tensões na estrutura, podendo levar à formação de trincas e à falha da peça. Este problema pode ser superado dopando-se a zircônia com uma certa quantidade de CaO. A fase cúbica passa a ser a mais estável e não sofre transformações. Com isto, a zircônia não sofre mais o problema relatado durante o aquecimento.
Figura - Diagrama do sistema ZrO2-CaO
Sistemas SiO2 - Al2O3 (Sílica - Alumina)
A figura mostra o diagrama do sistema SiO2-CaO. Este é um diagrama muito complexo, onde existem diversas fases intermediárias. A maioria destas possui poliformas. Algumas dela fundem-se congruentemente. Outras, incongruentemente. Existem reações eutéticas, peritéticas e peritetóide. Portanto, vários elementos vistos em situações anteriores acontecem juntos neste diagrama, fazendo sua complexidade. O que há de novo neste diagrama aparece circundado do lado rico em SiO2, em temperatura elevada, e detalhadamente na figura menor á direita. 
Vemos o que é chamado imiscibilidade de líquidos ou exsolução. Olhando para a figura menor à direita, imaginemos uma composição de 10% de CaO em 2200°C. Somente existe uma fase líquida com esta composição citada. Se a temperatura começa a diminuir e atinge a curva côncava, esta fase líquida se transforma em duas outras fases líquidas, cada uma de composição diferente. A composição de cada fase líquida é encontrada com a interseção da linha de ligação com os dois lados da curva. Os dois líquidos são imiscíveis, como água e óleo. A quantidade deles na estrutura pode ser determinada pela regra da alavanca. Quando a temperatura atinge 1698°C, o líquido da direita tem quase todo o Ca em solução e o da esquerda é praticamente formado por SiO2. Este líquido então se solidifica em tridimita. O líquido da direita continua a existir.
Figura – Diagrama do sistemas SiO2 - Al2O3
X. PROPRIEDADES MECÂNICAS
Ao longo da história os materiais cerâmicos ficaram limitados em termos de sua aplicabilidade devido à sua natureza frágil. Sua principal desvantagem tem sido uma disposição à fratura catastrófica de maneira frágil com muito pouca absorção de energia. Embora muitos compósitos novos e outras cerâmicas multifásicas com tenacidades adequadas estejam sendo desenvolvidas, a maior parte dos materiais cerâmicos atualmente em uso, é frágil (CALLISTER, 2012).
X.1 Fratura Frágil das Cerâmicas
Na temperatura ambiente, tanto as cerâmicas cristalinas quanto as não cristalinas quase sempre fraturam antes de qualquer deformação plástica possa ocorrer em resposta à aplicação de uma carga de tração (CALLISTER, 2012).
O processo de fratura frágil consiste na formação e na propagação de trincas através da sessão transversal de um material, em uma direção perpendicular à da carga aplicada. O crescimento da trinca nas cerâmicas cristalinas pode ser tanto transgranular (através dos grãos) quanto intergranular (ao longo dos contornos dos grãos) (CALLISTER, 2012). 
Os limites de resistência medidos para a maioria dos materiais cerâmicos são substancialmente menores que aqueles estimados teoricamente a partir das forças de ligação interatômicas. Isso pode ser explicado pela existência de defeitos muito pequenos e onipresentes no material, que servem como concentradores de tensão, ou seja, pontos em que a magnitude de uma tensão de tração aplicada é amplificada, não existindo qualquer mecanismo, tal como deformação plástica, para desacelerar os desviar essas trincas (CALLISTER, 2012).
Esses fatores de concentração de tensão podem ser, diminutas trincas superficiais ou internas (microtrincas), poros internos, inclusões e vértices de grãos, virtualmente impossíveis de serem eliminados ou controlados (CALLISTER, 2012).
A medida da habilidade de um material cerâmico em resistir a fratura quando uma trinca está presente é especificado em termos de tenacidade à fratura, que é definida de acordo com a expressão:
Onde:
Y = Parâmetro que depende da geometria da amostra e da geometria da trinca;
 = Tensão aplicada;
a = Comprimento de uma trinca superficial ou a metade do comprimento de uma trinca inteira.
A propagação da trinca não ocorrerá enquanto o lado direito da equação for menor que a tenacidade à fratura. Os valores de Klc para vários materiais cerâmicos são tabelados. Sob algumas circunstâncias, a fratura nos materiais cerâmicos ocorrerá pela propagação lenta de trincas, quando as tensões forem de natureza estática. Esse fenômeno é chamado de fadiga estática ou fratura retardada. Esse tipo de fratura é especialmente sensível às condições do ambiente, em especial quando existe umidade na atmosfera. Em relação ao mecanismo ocorre provavelmente um processo de corrosão sob tensão nas pontas das trincas. A duração da aplicação da tensão que antecede a fratura diminui com o aumento da tensão. Consequentemente, ao se especificar à resistência à fadiga estática, o tempo de aplicação da tensão também deve ser estipulado (CALLISTER, 2012).
Existe geralmente uma variação a uma dispersão consideráveis na resistência à fratura entre muitas amostras de um material cerâmico frágil específico. Esse fenômeno pode ser explicado pela dependência da resistência à fratura em relação à probabilidade da existência de um defeito que seja capaz de iniciar uma trinca. Essa probabilidade varia de uma amostra para outra do mesmo material, e depende da técnica de fabricação e de qualquer tratamento subsequente. O tamanho ou volume também influenciam a resistência á fratura; quanto maior for uma amostra, maior será a probabilidade de existência de defeitos e menor será a resistência a fratura (CALLISTER, 2012). 
Para tensões de compressão, não há nenhuma amplificação de tensão associada a qualquer defeito existente. Por essa razão, as cerâmicas frágeis mostram resistências muito maiores em compressão que em tração, tal que elas são usadas geralmente quando as condições de aplicação de carga são de compressão (CALLISTER, 2012).
X.2 Fractografia das Cerâmicas 
Algumas vezes, é necessário coletar informações em relação à causa da fratura de uma cerâmica, a fim de que possam ser tomadas medidas para reduzir a probabilidade de futuros incidentes. A análise de falha enfoca normalmente a determinação da localização, do tipo e da fonte do defeito que iniciou a trinca. Um estudo fractográfico é normalmente parte de uma análise dessa natureza, a qual envolve o exame do percurso de propagação da trinca, assim como das características microscópicas da superfície da fratura (CALLISTER, 2012). 
Após a nucleação, e durante a propagação, uma trinca acelera até ser atingida uma velocidade crítica (ou terminal). Ao atingir essa velocidade crítica, uma trinca pode se ramificar (ou bifurcar), em um processo que pode se repetir sucessivamente até que seja produzido um conjunto de trincas. Frequentemente, o local da nucleação pode ser rastreado até o ponto em que um conjunto de trincas aumenta com a elevação do nível de tensão; de maneira correspondente, a intensidade das ramificações também aumenta com a elevação da tensão (CALLISTER, 2012).
Ao atingir sua velocidade crítica, a trinca começa a se ramificar, isto é, a superfície da trinca muda à direção de propagação. Nesse momento, em uma escala microscópica, existe um aumento na rugosidade da superfície da trina e a formação de duas outras superfícies características: nebulosa e rugosa (Figura x). A região nebulosa é uma região anular tênue imediatamente após a região espelhada (superfície plana e lisa da trinca que se formou durante o estágio de aceleração inicial da propagação). Além da região nebulosa, encontra-se a região rugosa, que apresenta textura com rugosidade ainda mais acentuada. A rugosidade é composta por um conjunto de linhas ou estrias que se irradiam em direção contrária à origem da trinca, na direção de propagação da trinca; além disso, essas linhas interceptam-se próximo ao ponto de iniciação da trinca, e podem ser usadas para determinar com precisão a localização desse ponto(CALLISTER, 2012). 
Figura X: Fotomicrografia das características típicas da fratura da superfície de um bastão de sílica fundida.
X - Comportamento tensão-deformação
Resistência à flexão
Os materiais cerâmicos apresentam pouca ou nenhuma absorção de energia durante a fratura (ausência de deformação plástica). Os valores de LTR (resistência a fratura) são bastante inferiores aos estimados pela teoria a partir das forças de ligação interatômicas. Isso se deve à presença de defeitos críticos, que atuam como “amplificadores de tensão”.
Para a fratura ocorrer são necessários 2 fatores:
Necessidade de tensão: em algum ponto no sólido, a tensão local deve ser alta o suficiente para superar a força de coesão do sólido; isso pode ser alcançado pela concentração de tensão devido à presença de defeitos tais como microtrincas pré-existentes.
Necessidade de energia: deve ser fornecida energia potencial suficiente para superar a resistência ao aumento do comprimento da trinca (isto é, conversão de energia elástica armazenada em energia de superfície); isto pode ser alcançado pelo trabalho realizado pelas forças externas. 
A grande variação de valores de tensão de ruptura apresentado pelos materiais cerâmicos está relacionada com a probabilidade da amostra apresentar um defeito crítico (que, por sua vez, é influenciado pelo processo de fabricação). Quanto maior o volume da amostra, maior a probabilidade de se encontrar um defeito crítico.
Para tensões de compressão, não há amplificação de tensões com a presença de defeitos. Assim, as cerâmicas apresentam valores de tensão máxima em ensaios de compressão superiores aos mesmo valores obtidos em ensaios de tração.
Por razões práticas e racionais, o ensaio empregado para se estudar o comportamento X ε de materiais cerâmicos é o de flexão em 3 ou 4 pontos (Figura).
Figura - Carregamento de 3 pontos para tensão-flexão.
A tensão no momento de ruptura da fratura quando se emprega esse ensaio de flexão é conhecida como resistência a flexão e é um importante parâmetro para cerâmicos frágeis. Para uma seção transversal retangular, a resistência a flexão é dada pela equação:
Onde:
Ff é a carga na fratura;
L é a distância entre os pontos de apoio;
b é o comprimento da seção retangular;
d é a altura da seção retangular.
Quando a seção transversal é circular tem-se a equação:
Onde:
R é o raio dos corpos de prova;
Demais parâmetros já citados acima.
Alguns valores de resistência a flexão estão citados na tabela:
Comportamento Elástico
O comportamento elástico para os materiais cerâmicos usando esses ensaios de flexão é semelhante aos resultados apresentados pelos ensaios de tração em metais. A figura abaixo apresenta o comportamento tensão-deformação na região elástica até a fratura para o óxido de alumínio e o vidro. A inclinação da curva é o módulo de elasticidade. 
A faixa de valores para o E dos cerâmicos fica entre 70 e 500 GPa. Um pouco superior aos metálicos. Ver tabela anterior.
Tabela - Tabulação da resistência a flexão e o módulo de elasticidade.
X - Mecanismos de deformações plásticas
À temperatura ambiente a maioria dos cerâmicos sofre fratura antes da deformação plástica. Quando existe ela é diferente para cerâmicas cristalinas e não-cristalinas.
Cerâmicas cristalinas
A deformação plástica nas cerâmicas cristalinas ocorre como nos metais: escorregamento devido às discordâncias.
Cerâmicas não-cristalinas
A deformação plástica nas cerâmicas cristalinas ocorre da mesma maneira que os líquidos deformam: escoamento viscoso (não apresentam estrutura regular).
X - Considerações Mecânicas diversas
Influência da Porosidade
Em muitas técnicas de fabricação de cerâmicos a matéria prima está em forma de pó. Normalmente durante todo o processo de fabricação sempre fica uma porosidade residual. Qualquer porosidade residual influencia de forma negativa nas propriedades elásticas e na resistência.
O módulo de elasticidade é dependente e diminui com a fração volumétrica de porosidade. E é determinado de acordo com a equação:
Onde:
E0 é o módulo de elasticidade sem porosidade;
P é a fração volumétrica de porosidade;
E módulo de elasticidade.
	A diminuição da resistência à flexão com a fração volumetria de porosidade é descrita pela equação:
Onde:
P e n são constantes experimentais.
Dureza
É uma característica difícil de ser medido, pois os materiais cerâmicos são frágeis e suscetíveis ao trincamento. Os materiais mais duros são conhecidas como cerâmicas. Exemplos:
X. VIDROS 
Podemos compreender o vidro como uma substância inorgânica, homogênea e amorfa, obtida através do resfriamento de uma massa em fusão. Suas principais qualidades são a transparência e a dureza. As características que o distingue de outros materiais são: não é poroso, não absorvente, é um ótimo isolador (dielétrico). Possui baixo índice de dilatação e condutividade térmica, suporta pressões de 5.800 a 10.800 kg/cm2 (PINHEIRO, 2007). Os principais componentes químicos do vidro estão ilustrados na Figura x.
Figura x: Componentes Químicos do Vidro. 
A sucata de vidro, limpa e selecionada, é usada para auxiliar a fusão, pois diminuem o consumo energético, aumentam a capacidade de extração e também aumentam a vida útil dos fornos. Os vidros coloridos são produzidos acrescentando-se à composição de corantes como o Selênio (Se), Óxido de Ferro (Fe2O3) e Cobalto (Co3O4) para atingir as diferentes cores (PINHEIRO, 2007).
X. VIDROCERÂMICA 
	A maioria dos vidros inorgânicos pode ser transformada de um estado não cristalino em um estado cristalino por meio de um tratamento térmico apropriado conduzido a altas temperaturas. Esse processo é denominado cristalização, e o produto é um material policristalino com grãos finos chamados frequentemente de vidrocerâmica. A formação desses pequenos vidrocerâmicos é, em certo sentido, uma transformação de fases, ao qual envolve os estados de nucleação e crescimento (CALLISTER, 2012). 
	Um agente de nucleação (em geral dióxido de titânio) é adicionado com frequência ao vidro para promover a cristalização. A presença de um agente de nucleação desloca as curvas de transformação para o início e o final do processo para tempos mais curtos. 
X.1 Propriedades e aplicação das vidrocerâmicas 
	Os materiais vidrocerâmicos foram projetados para apresentar as seguintes características: resistência mecânica relativamente elevada, baixos coeficientes de expansão térmica (para evitar choques térmicos) , propriedades para utilização em temperaturas relativamente elevadas, boas propriedades dielétricas e boa compactabilidade biológica (CALLISTER, 2012).
Algumas vidrocerâmicas podem ser fabricadas opticamete transparentes, enquanto outras são opacas. Possivelmente, o atributo mais atrativo dessa classe de materiais é a facilidade com qual ela pode ser fabricada. As técnicas convencionais de conformação do vidro podem ser convenientemente usadas na produção de massa de pessas praticamente insetas de porosidade (CALLISTER, 2012). 
Figura X: Composição e características de alguns vidros comerciais comuns. 
X. PRODUTOS A BASE DE ARGILA
	Uma das matérias primas cerâmicas mais amplamente utilizadas é a argila. Esse é um insumo muito barato, encontrado naturalmente em grande abundância, é usado com frequência na forma como é extraído, sem qualquer beneficiamento de sua qualidade. Outra razão da sua popularidade está na facilidade com a qual os produtos a base de argila podem ser conformados quando misturados nas proporções corretas, à argila e a água forma uma massa plástica que é muito suscetível à modelagem. A peça modelada é seca para remover a parte úmida, e depois é cozida em temperatura elevada (CALLISTER, 2012). 
	A maioria dos produtos a base de argila se enquadra em duas classificações abrangentes: os produtos estruturais a base de argila e as louças brancas. Os produtos estruturais a base de argila incluem tijolos de construção, azulejos e as tubulações de esgoto. As cerâmicas denominadaslouças brancas tornam-se brancas através do cozimento em temperaturas elevadas. Nesses grupos estão incluídas as porcelanas, louças de barro, as louças para mesas, as louças vitrificadas e as louças sanitárias. 
X. REFRATÁRIOS
As cerâmicas refratárias é uma outra importante classe do grupo das cerâmicas, as mesmas são utilizadas em larga escala por possuir características relevantes como resistência a altas temperaturas sem fundir ou se decompor, se mantendo inerte mesmo quando submetidas a ambientes severos. Os materiais refratários são comercializados em diversas formas, sendo a mais comum o tijolo.
O desempenho de uma cerâmica refratária depende em grande parte de sua composição. Callister (2012) classifica os refratários em quatro categorias: argila refratária, sílica, básica e refratários especiais.
Figura x: Composição de cinco materiais refratários comuns
Segundo Pagliosa apud Rad (2008):
“Os materiais refratários podem ainda ser agrupados pela forma de produção em dois grupos: 
a) materiais refratários conformados, que são os refratários submetidos a processos de queima e definições de forma e dimensões controladas, como tijolos, válvulas, placas e peças em geral;
b) materiais refratários monolíticos, que são produzidos por blendagem e mistura de agregados secos sem a necessidade de processos de moldagem, prensagem e queima. Os materiais monolíticos apresentam normalmente custos menores devido à ausência de tais etapas em seu processo de produção”.
X.1 Refratários de argila
	As matérias-primas dos refratários de argila são argilas refratárias de alta pureza, que são misturadas de alumina e sílica, contendo geralmente de 25% a 45% de alumina. Os tijolos refratários de argila são empregados principalmente na construção de fornos, para confinar atmosferas quentes e para isolar termicamente elementos estruturais de temperaturas excessivas (CALLISTER, 2012).
Para os tijolos refratários de argila a resistência não é, em geral, uma consideração importante, uma vez que a sustentação de cargas não é necessária. Com frequência, mentem-se algum controle sobre a precisão dimensional e a estabilidade do produto acabado (CALLISTER, 2012). Até a temperatura de 1587ºC não há formação da fase líquida, acima dessa temperatura a fração de fase líquida irá depender da composição do refratário.
X.2 Refratários a base de sílica
	O principal componente dos refratários a base de sílica, algumas vezes denominados refratários ácidos é a sílica. Esses materiais, bastante conhecidos por sua capacidade de suportar cargas em temperaturas elevadas, são usados comumente nos tetos em arco dos fornos para a fabricação de aços e vidros; nessas aplicações podem ser atingidas temperaturas tão elevadas quanto 1650ºC (CALLISTER, 2012), nessas condições uma pequena fração do tijolo existirá como líquido.
	
X.3 Refratários Básicos
	São aqueles ricos em periclásio ou óxido de magnésio (MgO), também podem conter compostos de cálcio, cromo e ferro. A presença de sílica é prejudicial ao desempenho desses materiais em temperaturas elevadas. 
X.4 Refratários Especiais
	Existem ainda outros cerâmicos usados em aplicações refratárias bastante especificas. O carbeto de silício (SiC) tem sido usado em elementos de aquecimento por resistência elétrica, como cadinhos e componentes internos de fornos. O carbono e a grafita são muito refratários, mas têm aplicações limitadas pois são suscetíveis a oxidação em temperaturas acima de aproximadamente 800ºC (CALLISTER, 2012).
X. ABRASIVOS
As cerâmicas abrasivas são usadas para desgastar, polir ou cortar outros materiais, os quais tem obrigatoriamente menor dureza. Portanto, a exigência principal para esse grupo é a resistência e dureza ao desgaste; além disso, o alto grau de tenacidade é essencial para assegurar que as partículas abrasivas não fraturem com facilidade. Adicionalmente, podem ser produzidas temperaturas elevadas a partir de forças abrasivas de atrito, tal que também é desejável alguma característica refratária (CALLISTER, 2012).
Os diamantes, tanto naturais quanto sintéticos são empregados como abrasivos; entretanto eles são relativamente caros. Os materiais cerâmicos abrasivos mais comuns incluem o carbeto de silício, o carbeto de tungstênio, o óxido de alumínio, e a areia de sílica (CALLISTER, 2012).
Eles são utilizados em diversas formas. Colados a discos de esmerilhamento, como abrasivos revestidos e como grãos soltos. No primeiro caso, as partículas abrasivas estão coladas a um disco por meio de uma cerâmica vítrea ou de uma resina orgânica (CALLISTER, 2012).
Os abrasivos revestidos são aqueles em que um pó abrasivo reveste algum tipo de material a base de papel ou tecido; a lixa de papel é provavelmente o exemplo mais familiar. As madeiras, os metais e os plásticos, são todos em geral polidos ou lixados utilizando essa forma de abrasivo (CALLISTER, 2012).
Discos de lixamento, esmerilhamento e polimento empregam, com frequência, grãos soltos de abrasivos, os quais são liberados em algum meio a base de água ou óleo (CALLISTER, 2012).
Figura x: Fotomicrografia de um abrasivo cerâmico colado à base de óxido de alumínio. As regiões claras são os grãos abrasivo de Al2O3; as áreas cinzentas e escuras são a fase de colagem e a porosidade.
CERÂMICAS AVANÇADAS (13.8)
	Cerâmicas avançadas são materiais de engenharia, obtidos a partir de uma matéria prima mais purificada, que pode ser a mesma que dá origem à cerâmica tradicional, mas está em um estado maior de pureza. 
As Cerâmicas avançadas estão presentes em diversas aplicações graças às suas incomparáveis características. Esses materiais tem a capacidade de suportar temperaturas que facilmente fundiriam o aço, além de serem resistentes à maioria dos corrosivos químicos. No entanto uma de suas características é o principal desafio na intenção de ampliar seu uso: cerâmicas são naturalmente quebradiças. 
A grande maioria das cerâmicas avançadas possui como uma de suas bases de composição, elementos de uma família de compostos conhecida como óxidos de terras raras. Esses óxidos são adicionados às cerâmicas para lhes dar maior dureza. 
Embora sejam um dos materiais mais antigos conhecidos pela humanidade, as cerâmicas de última geração nada têm a ver com aquelas utilizadas para se fazer jarros e outros utensílios domésticos. As cerâmicas avançadas são produzidas a partir de pós de complexos compostos químicos e sua produção exige um controle cuidadoso e preciso em cada etapa da produção.
Além disso, as cerâmicas avançadas são utilizadas em sistemas de comunicação por fibras óticas, em sistemas microeletromecânicos (MEMS), como rolamentos de esferas, e em aplicações que exploram o comportamento piezelétrico de diversos materiais cerâmicos (CALLISTER, 2012).
Sistemas MEMS são sistemas inteligentes que consistem em um grande número de dispositivos mecânicos integrados a grandes quantidades de elementos elétricos em um substrato de silício. Existem algumas limitações quanto ao uso do silício nos MEMS, já que o mesmo apresenta baixa tenacidade à fratura, por isso alguns estudos visam o emprego de materiais cerâmicos avançados, que são mais tenazes, refratários e inertes, para alguns componentres de MEMS, especialmente para disposistivos de alto velocidade e em nanoturbinas.
Um material cerâmico novo e avançado que é um componente crítico em nossos modernos sistemas de comunicação ópticos é a fibra óptica, que é fabricada de sílicia com pureza extremamente elevada (CALLISTER, 2012).
Outra aplicação nova e interessante para os materiais cerâmicos está nos rolamentos. Um rolamento consiste em esferas e pistas que estão em contato entre si e que se atritam quando em uso. No passado, tradicionalmente tanto os componentes das esferas da pista eram feitos de aços para mancais, que são muito duros e extremamente resistentes à corrosão e podem ser polidos até um acabamento de superfície muito liso. Porém rolamentos totalmente feitos em cerâmicas (que trazem tanto as pistas como as esferas em cerâmicas)estão sendo utilizados atualmente de forma ilimitada em aplicações que exigem alto grau de resistência à corrosão (CALLISTER, 2012).
CERÂMICAS PIEZOELÉTRICAS
Materiais piezelétricos que sofrem transformações através de interações físicas. Uma definição alternativa é que um material inteligente é um material que detecta uma mudança em seu ambiente e através do uso de um sistema de feedback, que se adapta para corrigir ou eliminar essa mudança.
O termo piezoelétrica decorre da palavra grega piezo para pressão. Um material piezoelétrico desenvolve um potencial em todos os seus limites quando sujeito a um estresse mecânico (ou pressão), e vice-versa, quando um campo elétrico é aplicado ao material, uma deformação mecânica segue, por isso são materiais inteligentes.
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 e tem várias aplicações.
Algumas dessas aplicações são as seguintes: 
. Setor automotivo: Balanceamentos de direção, alarmes de cinto de segurança, indicadores de desgaste de pneus, portas de entrada que não utilizam chave e sensores de air bag;
. Computadores: Microatuadores para discos rígidos e transformadores para notebook;
. Setor comercial e de consumo: Cabeçotes de impressão do tipo jato de tinta, medidores de deformação, soldadores ultrassônicos e detectores de fumaça;
. Setor de medicina: Bombas de insulina, terapia ultrassônica e dispositivos ultrassônicos para a remoção de cataratas.
X. FABRICAÇÃO E PROCESSAMENTO DOS VIDROS E DAS VIDROCERÂMICAS (13.9)
 
Algumas das propriedades dos materiais vítreos são necessárias para a compreensão do processo de conformação dos vidros e das vidrocerâmicas, isso porque, os materiais vítreos, ou não cristalinos, durante o resfriamento, com a diminuição da temperatura se tornam continuamente mais viscosos, não existindo uma temperatura exata para a transformação do líquido em sólido. 
X.1 Conformação do Vidro
A maioria dos vidros comerciais é da variedade sílica-soda-cal; a sílica é suprida geralmente como areia de quartzo comum, enquanto o e o CaO são adicionados como soda barrilha () e calcário (Ca). Para a maioria das aplicações, especialmente quando a transparência óptica é importante, é essencial que o vidro produzido seja homogêneo e livre de poros. A homogeneidade é obtida pela fusão e mistura completa das matérias primas. A porosidade resulta de pequenas bolhas de gás que são produzidas; elas devem ser absorvidas no material fundido ou devem ser eliminados de alguma outra maneira, o que requer um ajuste apropriado da viscosidade do material fundido (CALLISTER, 2012). 
Para a fabricação de produtos à base de vidro são utilizados cinco métodos de conformação: prensagem, sopro, estiramento e conformação de chapas e fibras (CALLISTER, 2012). 
Na prensagem, a peça de vidro é conformada por pressão em um molde de conformação ou de sopro de ferro fundido revestido com grafita que apresenta a forma desejada. O estiramento é usado para conformar longas peças de vidro, tais como chapas, barras, tubos e fibras, que têm uma seção transversal constante. As placas do vidro são produzidas por fundição do vidro na forma de placa, em seguida, ambas as placas são esmerilhadas com o objetivo de ficarem planas e paralela, e por último, são polidas até ficarem transparentes (CALLISTER, 2012). 
As fibras de vidro contínuas de vidro são conformadas por meio de uma operação onde o vidro fundido é colocado em uma câmara de aquecimento de platina, com pequenos orifícios na sua base, que possibilitam o estiramento do vidro fundido, tornando conformado. A viscosidade do vidro é controlada pelas temperaturas dos orifícios e da câmara (CALLISTER, 2012). 
X.2 Fabricação e tratamento térmico das vidrocerâmicas
As técnicas de conformação para os objetos vidrocerâmicos seguem os mesmo métodos para a produção dos vidros, como por exemplo, prensagem e estiramento. Porém, anteriormente é feita a conversão do vidro em material vidrocerâmico, por meio de tratamentos térmicos. Um desses tratamentos térmicos para uma vidrocerâmica de Li2O-Al2O3-SiO2 está detalhado na figura X, onde após os processos de fusão e conformação, a nucleação e os crescimentos das partículas da fase cristalina são conduzidos isotermicamente em duas temperaturas diferentes (CALLISTER, 2012). 
Fig. X: Ciclo de processamento tempo versus temperatura típico para uma vidrocerâmica Li2O-Al2O3-SiO2.
X. FABRICAÇÃO E PROCESSAMENTO DOS PRODUTOS À BASE DE ARGILA (13.10)
Grande parte da classe de materiais das cerâmicas são produzidos a base da argila e de louças brancas. Porém, alguns materiais possuem outras matérias-primas em sua composição, estas influenciam diretamente nas mudanças que ocorrem nas operações de secagem e cozimento dos materiais e posteriormente nas suas formas. 
 
X.1 Composições dos produtos à base de argila
	Muitas das matérias-primas que compõem os materiais, juntamente com as argilas, não possuem plasticidade. Essas matérias primas incluem minerais como o sílex, ou quartzo finamente moído, e um fundente, como o feldspato. 
	O quartzo apresenta pouca alteração durante o processo em elevadas temperaturas, pois sua temperatura de fusão é bem mais elevada do que a temperatura normal de cozimento. Porém, quando fundido, possui a capacidade de formar um vidro (CALLISTER, 2012).
	Quando misturados a argila, um fundente forma um vidro com ponto de fusão baixo. Os agentes mais comuns fundentes são os feldspatos, que fazem parte do grupo dos aluminossilicatos, que contém íons , e . Esses componentes influenciam as mudanças que ocorrem durante os processos de secagem e cozimento de acordo com suas proporções. Uma porcelana típica pode conter, por exemplo, aproximadamente 50% de argila, 25% de quartzo e 25% de feldspato (CALLISTER, 2012). 
X.2 Técnicas de fabricação
As matérias-primas extraídas para comporem os materiais, são submetidos aos processos de moagem ou trituração e peneiramento, com o objetivo de produzir um produto com uma faixa de tamanho das partículas desejado. 
Nos demais sistemas, as partículas trituradas são totalmente misturados com água, e com outros componentes, com objetivo de se conseguir as características desejadas para realização das técnicas de conformação do produto. O produto conformado deve oferecer resistência mecânica possível para manter o produto intacto, durante as operações de transporte, secagem e cozimento. São utilizadas duas técnicas usuais para a conformação dos produtos à base de argila, a conformação hidroplástica e a fundição em suspensão (CALLISTER, 2012). 
A conformação hidroplástica diz respeito a plasticidade e deformidade que os minerais à base de argila se transformam, quando misturados a água, podendo serem moldados facilmente sem a formação de trincas. A técnica de conformação hidroplástica mais comum é a extrusão, na qual uma massa cerâmica rígida é forçada através de um orifício de uma matriz, o qual apresenta a geometria de seção transversal desejada. Tijolos, tubos, blocos cerâmicos e azulejos, são geralmente fabricados usando conformação hidroplástica. 
A conformação por fundição suspensa é um processo no qual utiliza-se uma suspensão de argila ou outros materiais não plastificáveis em água. Quando derramada em um molde poroso, a água da suspensão é absorvida pelo molde, deixando uma parede sólida sobre a parede do molde, cuja espessura dependerá do tempo. Esse processo, visto na figura X, pode prosseguir até que toda a parede do molde fique sólida, ou até a formação de uma espessurasólida desejada, conforme a peça fundida seca ou se contrai ela se separa do molde. 
Figura X: Etapas em uma fundição em suspensão sólida.
PRENSAGEM DE PÓS (13.11)
Dentre as várias técnicas de conformação de cerâmicas que já foram discutidas antes, um método que merece uma abordagem sucinta é a prensagem de pós. A prensagem de pós é usada para fabricar composições tanto argilosas quanto não argilosas, incluindo cerâmicas eletrônicas e magnéticas, assim como alguns produtos a base de tijolos refratários (CALLISTER, 2012).
Esse método consiste em prensar uma massa pulverizada contendo geralmente uma pequena quantidade de água ou outro aglutinante, permitindo a compactação na forma desejada. Uma das funções do aglutinante é lubrificar as partículas pulverizadas conforme se movem umas em relação às outras durante o processo de compactação. Devido a pressão sendo aplicada sob partículas grandes e pequenas, o grau de compactação aumenta e a fração de espaços vazios diminui, fazendo do processo mais eficiente. (CALLISTER, 2012).
Esse método pode ser dividido em três procedimentos: prensagem unixal, prensagem isostática (ou hidrostática) e prensagem quente. Na prensagem unixal o pó é compactado em uma matriz metálica mediante pressão aplicada em uma única direção. Já na prensagem isostática, o material pulverizado está contido em um involucro de borracha, e a pressão é aplicada por um fluido em todas as direções. Por fim, temos a prensagem a quente, onde o pó é prensado a uma temperatura elevada. Vale salientar que, após todos os processos referidos anteriormente, é necessário um uma etapa de cozimento para diminuir ainda mais o grau de porosidade do material (CALLISTER, 2012).
FUNDIÇÃO EM FITA (13.12)
Outra técnica importante para a fabricação de cerâmicas é a fundição de fintas. Como o próprio nome já diz, chapas finas de uma fita flexível são produzidas por meio de um processo de fundição, ondes essa chapas são preparadas a partir de suspensões. (CALLISTER, 2012).
Esse tipo de suspensão consiste em uma suspensão de partículas cerâmicas em um líquido orgânico, que contem também aglutinantes e plastificantes, os quais são incorporados para dar resistência e flexibilidade a fita fundida. É necessária também uma desaeração a vácuo para remover quaisquer bolhas de ar ou vapor de solvente que tenham ficadas aprisionadas, que podem provocar o surgimento de trincas na peça. (CALLISTER, 2012).
A fita real é formada vertendo-se a suspensão sobre uma superfície plana (de aço inoxidável, vidro, uma película polimérica ou papel); uma lamina afilada espalha a suspensão na forma de uma fita fina com espessura uniforme. (CALLISTER, 2012).
No processo de secagem, os componentes voláteis da suspensão são removidos por evaporação; esse produto cru é uma fita flexível que pode ser cortada, ou na qual põem ser puncionados orifícios antes de uma operação de cozimento. As espessuras das fitas normalmente variam entre 0,1 mm e 2 mm. Esse tipo de fundição é amplamente empregado na produção dos substratos cerâmicos usados em circuitos integrados e capacitores multicamadas. (CALLISTER, 2012).
REFERÊNCIAS 
A estrutura atômica das cerâmicas avançadas. MACÉA CERÂMICA TÉCNICA LTDA. Disponível em:<https://www.macea.com.br/noticias/a-estrutura-atomica-das-ceramicas-avancadas> Acesso em: 19 de novembro de 2018.
PINHEIRO, F. C. Evolução do uso do vidro como material de construção civil. 2007. Disponível em:< http://lyceumonline.usf.edu.br/salavirtual/documentos/1045.pdf>. Acesso em: 15 de Novembro de 2018. 
Princípio de funcionamento piezoelétrico, perovskite e polarização. CeramTec. Disponível em:<https://www.ceramtec.com.br/materiais-ceramicos/piezoceramicos/basicos/> Acesso em: 19 de novembro de 2018.
RAAD, H. J. Influência das Condições de Mistura e Moldagem na Permeabilidade de Concretos Refratários Aluminosos. 2008. Disponível em: <http://www.bibliotecadigital.ufmg.br/dspace/bitstream/handle/1843/ISMS7NHKUG/raad__h._j._idcdmemnpdcra.pdf?sequence=1>. Acesso em: 15 de novembro 2018.
Trabalho de cerâmica piezoelétrica. Passeidireto. Dispnível em: <https://www.passeidireto.com/disciplina/quimica-inorganica?ordem=3> Acesso em: 19 de novembro de 18.
CALLISTER, William. Ciência E Engenharia de Materiais: Uma Introdução . Grupo Gen-LTC, 2000.
Estrutura e Propriedades de Materiais Cerâmicos. Capítulo V: Diagramas de Equilíbrio . Prof. Angelus G. P. da Silva. Disponível em: <http://www.aulas.e-agps.info/
cmateriaispg/capitulo5.pdf>. Acessado em 20 de Novembro 2018.