Aula Cerâmica aula 6

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CLASSIFICAÇÃO, 
ESTRUTURA E PROPRIEDADES 
DAS CERÂMICAS 
Profa. Dra. Tatiana Martelli Mazzo 
HISTÓRIA DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
Cerâmicos	
Grego	
Keramicos	
Matéria	Prima	
Queimada	
Indica que as propriedades desejadas são alcançadas através de um tratamento 
térmicos - queima 
• CERÂMICOS	TRADICIONAIS	
• Matéria	prima	argila	
• Produtos:	:jolos,	telhas,	porcelanas	e	vidros	Até	os	anos	50	
• CERÂMICOS	AVANÇADOS	
• Eletrônica,	tecnologia	de	comunicação;	energia;	
saúde,	meio	ambiente,	etc…	Evolução	
CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS MATERIAIS 
CERÂMICOS 
—  Apresentam alto ponto de fusão. 
—  São geralmente isolantes elétricos, embora possam existir 
semicondutores, condutores e até mesmo supercondutores 
(condições específicas de temperatura). 
—  Geralmente são quimicamente estáveis sob condições 
ambientais severas. 
—  Em sua maioria, os materiais cerâmicos são resistentes ao 
desgaste e ao calor e não sofrem deformação plástica. 
Os materiais cerâmicos apresentam organizações dos átomos 
mais complexas. 
 
ESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
Estruturas químicas: tipos de átomos de tamanhos e 
eletronegatividades distintas entre si. 
 
As ligações atômicas podem ser iônicas, covalentes ou mistas: 
 
100 % iônicas: as estruturas cristalinas são compostas por 
íons. São tipicamente compostos por um metal e um não metal 
com cargas elétricas diferentes. 
 
Covalentes: São compostos formados por dois não metais ou, 
ocasionalmente, por elementos puros (Carbono). 
 
De um modo geral, as microestruturas são polifásicas 
Onde XA e XB são as eletronegatividades dos átomos A e B 
ESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
 
 Duas características influenciam a estrutura do cristal: 
 
 
1)  A magnitude da carga elétrica: o cristal deve ser eletricamente 
neutro 
 cargas + = cargas - 
 Ex: Fluoreto de Cálcio, por exemplo (CaF2) 
 
§  Cada íon Cálcio possui uma carga elétrica +2 (Ca2+) 
§  Cada íon Flúor possui uma única carga negativa (F-) 
 
 
Dessa forma deve existir duas vezes mais íons F- do que íons Ca2+. 
 
ESTRUTURA CRISTALINA DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
 
 
Estruturas Cristalinas Cerâmicas Estáveis: Todos os ânions 
estão em contato com o Cátion. 
ESTRUTURA CRISTALINA DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
2) Os tamanhos relativos dos Cátions (rC) e dos Ânions (rA). 
ESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
Cerâmicas Cristalinas 
Vidros (Cerâmicas Não-Cristalinas 
ou Amorfas) 
Estrutura do vidro de sílica (vista no 
plano): encadeamento não regular 
de tetraedros de silício e oxigênio 
Exemplo : Titanato 
de Bário (BaTiO3) 
AmBnXp 
PRINCIPAIS ESTRUTURA CRISTALINA DOS MATERIAIS 
CERÂMICOS 
ESTRUTURA CRISTALINA DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
- BINÁRIOS 
ESTRUTURA CRISTALINA DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
- TERNÁRIOS 
A microestrutura é definida por: 
 
- Forma e arranjo de grãos ou fases. 
 
- Tamanho e fração em volume dos poros presentes. 
MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS - 
Tecnológicas: Matérias-primas 
sintéticas de altíssima pureza e 
processos rigorosamente 
controlados. 
Estruturais: elevadas 
propriedades mecânicas, 
térmicas e químicas!!! Alta 
resistência e dureza. 
 
Em geral os materiais cerâmicos se dividem em dois 
grupos: 
– Cerâmicas tradicionais (baixa tecnologia) 
– Cerâmicas avançadas (alta tecnologia) 
CLASSIFICAÇÃO DAS CERÂMICAS 
CLASSIFICAÇÃO DAS CERÂMICAS 
	
	
Cerâmica	Vermelha	
	
	
	
	
:jolos,		
blocos,		
telhas,	
	lajes,	
	tubos	cerâmicos	e		
utensílios	de	uso	domés:co	e	de	
adorno.		
	
	
CLASSIFICAÇÃO DAS CERÂMICAS TRADICIONAIS 
Cerâmica	Branca:		
louça	sanitária	
	louça	de	mesa	
	isoladores	elétricos	
CLASSIFICAÇÃO DAS CERÂMICAS TRADICIONAIS 
Cerâmica Branca 
Este grupo é bastante diversificado, compreendendo materiais constituídos por um corpo 
branco e em geral recobertos por uma camada vítrea transparente e incolor e que eram 
assim agrupados pela cor branca da massa, necessária por razões estéticas e/ou 
técnicas. Com o advento dos vidrados opacificados, muitos dos produtos enquadrados 
neste grupo passaram a ser fabricados , sem prejuízo das características para uma dada 
aplicação, com matérias-primas com certo grau de impurezas, responsáveis pela 
coloração. 
Dessa forma é mais adequado subdividir este grupo em: 
•louça sanitária 
•louça de mesa 
•isoladores elétricos para alta e baixa tensão 
•cerâmica artística (decorativa e utilitária). 
•cerâmica técnica para fins diversos, tais como: químico, elétrico, térmico e mecânico. 
 
Materiais Refratários 
Este grupo compreende uma diversidade de 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. Para suportar estas solicitações e 
em função da natureza das mesmas, foram desenvolvidos inúmeros tipos de produtos, a 
partir de diferentes matérias-primas ou mistura destas. Dessa forma, podemos classificar 
os produtos refratários quanto a matéria-prima ou componente químico principal em: 
sílica, sílico-aluminoso, aluminoso, mulita, magnesianocromítico, cromítico-magnesiano, 
carbeto de silício, grafita, carbono, zircônia, zirconita, espinélio e outros. 
  
Isolantes Térmicos 
os produtos deste segmento podem ser classificados em: 
a) refratários isolantes que se enquadram no segmento de refratários, 
b) isolantes térmicos não refratários, compreendendo produtos como vermiculita 
expandida, sílica diatomácea, diatomito, silicato de cálcio, lã de vidro e lã de rocha, que 
são obtidos por processos distintos ao do item a) e que podem ser utilizados, dependendo 
do tipo de produto até 1100 oC e 
c) fibras ou lãs cerâmicas que apresentam características físicas semelhantes as citadas 
no item b), porém apresentam composições tais como sílica, silica-alumina, alumina e 
zircônia, que dependendo do tipo, podem chegar a temperaturas de utilização de 2000º C 
ou mais. 
 
Fritas e Corantes 
Estes dois produtos são importantes matérias-primas para diversos segmentos cerâmicos 
que requerem determinados acabamentos. Frita (ou vidrado fritado) é um vidro moído, 
fabricado por indústrias especializadas a partir da fusão da mistura de diferentes 
matérias-primas. É aplicado na superfície do corpo cerâmico que, após a queima, adquire 
aspecto vítreo. Este acabamento tem por finalidade aprimorar a estética, tornar a peça 
impermeável, aumentar a resistência mecânica e melhorar ou proporcionar outras 
características. 
Corantes constituem-se de óxidos puros ou pigmentos inorgânicos sintéticos obtidos a 
partir da mistura de óxidos ou de seus compostos. Os pigmentos são fabricados por 
empresas especializadas, inclusive por muitas das que produzem fritas, cuja obtenção 
envolve a mistura das matérias-primas, calcinação e moagem. Os corantes são 
adicionados aos esmaltes (vidrados) ou aos corpos cerâmicos para conferir-lhes 
colorações das mais diversas tonalidades e efeitos especiais. 
 
Abrasivos 
Parte da indústria de abrasivos, por utilizarem matérias-primas e processos semelhantes 
aos da cerâmica, constituem-se num segmento cerâmico. Entre os produtos mais 
conhecidos podemos citar o óxido de alumínio eletrofundido e o carbeto de silício. 
 
Vidro, Cimento e Cal 
São três importantes segmentos cerâmicos e que, por suas particularidades, são muitas 
vezes considerados à parte da cerâmica. 
 
Cerâmica de Alta Tecnologia/Cerâmica Avançada 
O aprofundamento dos conhecimentos da ciência dos materiais proporcionaram ao 
homem o desenvolvimento de novas tecnologias e aprimoramento das existentes nas mais 
diferentes áreas, como aeroespacial, eletrônica,nuclear e muitas outras e que passaram a 
exigir materiais com qualidade excepcionalmente elevada. Tais materiais passaram a ser 
desenvolvidos a partir de matérias-primas sintéticas de altíssima pureza e por meio de 
processos rigorosamente controlados. Estes produtos, que podem apresentar os mais 
diferentes formatos, são fabricados pelo chamado segmento cerâmico de alta tecnologia 
ou cerâmica avançada. Eles são classificados, de acordo com suas funções, em: 
eletroeletrônicos, magnéticos, ópticos, químicos, térmicos, mecânicos, biológicos e 
nucleares. Os produtos deste segmento são de uso intenso e a cada dia tende a se 
ampliar. Como alguns exemplos, podemos citar: naves espaciais, satélites, usinas 
nucleares, materiais para implantes em seres humanos, aparelhos de som e de vídeo, 
suporte de catalisadores para automóveis, sensores (umidade, gases e outros), 
ferramentas de corte, brinquedos, acendedor de fogão, etc. 
Materiais	de	Reves@mento		
(Placas	Cerâmicas)	
	
	
Reves:mento	de	paredes	
Pisos	
Bancadas		
Piscinas		
CLASSIFICAÇÃO DAS CERÂMICAS TRADICIONAIS 
CERÂMICAS TRADICIONAIS - COMPOISIÇÃO 
São constituídas basicamente de: 
 
✔ARGILA : AlO3-SiO2-H2O 
 
✔ÓXIDOS (TiO2, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O) 
 
✔SÍLICA: SiO2 
 
✔FELDSPATO: K2O-Al2O3-6SiO2 
 
PROCESSAMENTO DAS CERÂMICAS TRADICIONAIS 
Preparação	da	
matéria-prima	em	
pó.	 Mistura	 do	 pó	 com	 um	 líquido	 (geralmente	 água)	
para	formar	um	material	conformável	:	“barbo:na”	
ou	massa	plás:ca.	
Conformação	da	mistura	
Secagem	das	peças	conformadas.	
Queima	das	peças	após	secagem	
Acabamento	final		
PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP 
- 2011 
—  Prensagem	simples:		
—  Pisos,	azulejos	e	placas	(reves:mento	cerâmico)	
—  Tijolo	maciço	
—  Prensagem	isostá:ca:	isolador	de	vela	do	carro	
—  Extrusão:	tubos	e	capilares,	bloco	cerâmico	(“:jolo	baiano”)	
—  Injeção:	pequenas	peças	com	formas	complexas	
—  Colagem	de	barbo:na:	sanitários,	pias,	vasos,	artesanato	
—  Torneamento:	xícaras	e	pratos	
MÉTODOS DE CONFORMAÇÃO 
SECAGEM DE PRODUTOS CONFORMADOS 
Na secagem ocorre perda de massa e retração pela remoção gradativa 
de umidade. 
 
—  Eliminação	do	material	:		T	<	500°C	
—  Decomposição	e/ou	formação	de	novas	fases	:	T	>	950	
°C	(depende	da	composição	e	das	desejadas	
propriedades	da	peça	acabada)	
—  Ocorre	o	fenômeno	de	sinterização	(eliminação	da	
porosidade	e	densificação)	
A temperatura de queima depende da composição da peça e das 
propriedades desejadas para o produto final. Durante a queima ocorre um 
aumento da densidade e da resistência mecânica devido à combinação de 
diversos fatores: 
QUEIMA DAS PEÇAS APÓS A SECAGEM 
Representação esquemática 
de etapas do processo de sinterização 
Formação do “pescoço” 
Produto Cerâmico 
Sinterizado 
PROCESSO DE SINTERIZAÇÃO 
1. Tijolo refratário. Podem ser observados: entre os grãos, a 
presença de fase vítrea; um poro, no meio da foto. 
2. Alumina (98% Al2O3) utilizada como isolante elétrico. Os poros 
na microestrutura podem ser perfeitamente observados. 
3. Alumina densa (99,7% Al2O3), com grãos finos. 
1 2 3 
PROCESSO DE SINTERIZAÇÃO 
•�	 A	 porosidade	 terá�	 �influência�	 �nega:va�	 �sobre	 �as	 propriedades	 elás:cas	 e	 a��	
resistência�	desses	materiais.	
	
Foi	observado	para	alguns	cerâmicos	que	o	módulo	�de	elas:cidade	(E:	medida	da	
rigidez	 de	 um	 material	 sólido)�	 diminui	 �em	 função	 �da	 fração	 volumétrica	 �da	
porosidade,	�P,	�de	�acordo	com	a����	expressão:	
INFLUÊNCIA ‭DA POROSIDADE‬ 
A porosidade atua como ponto de concentração de tensão.	
E		=	módulo	de	elas:cidade	do	material	poroso	
Eo		=	módulo	de	elas:cidade	de	material	sem	porosidade	
P	=	fração	volumétrica	da	porosidade		
INFLUÊNCIA ‭DA POROSIDADE‬ 
DEFEITOS ESTRUTURAIS 
Os defeitos da estrutura cristalina são imperfeições que ocorrem no arranjo 
periódico regular dos átomos/íons em um cristal. 
 
Podem envolver irregularidades de “posição” ou de “tipos” de átomos/íons. 
 
O tipo e o número de defeitos dependem: 
 
1. Da composição do material 
2. Da “história” de processamento do material 
3. Do meio ambiente 
Os defeitos modificam o comportamento, ou seja, as propriedades do material 
(mecânica, elétrica, química, ótica, ...). 
 
Portanto, através da introdução de defeitos, controlando o número e o arranjo 
destes, é possível desenvolver novos materiais com as características desejadas. 
DEFEITOS ESTRUTURAIS 
Cerâmicas	
Avançadas	
CLASSIFICAÇÃO DAS CERÂMICAS AVANÇADAS 
CERÂMICAS AVANÇADAS ESTRUTURAIS 
Componentes	especiais	de	máquinas	e	motores	que	necessitam	de	
ELEVADA	RESISTÊNCIA	AO	DESGASTE	E	AO	CALOR;	
Apresentam	maior	dureza	e	resistem	mais	ao	impacto	do	que	
as	cerâmicas	de	construção	civil	e	de	que	alguns	metais;	
Maior	capacidade	calorífica	que	alguns	metais;	
Menor	coeficiente	de	expansão	térmica	que	os	metais;	
Menor	condu:vidade	térmica.	
Exemplos:	Alumina	(Al2O3),	Óxido	de	Zircônio	(ZrO2),	Nitreto	de	
Silício	(Si3N4),	Carbeto	de	Silício	(SiC),	Nitreto	de	Alumínio	(AlN)	e	
outros	
Materiais	
Refratários	
	
	
Suportam	temperaturas	
elevadas,	desgastes	
mecânicos,	ataques	
químicos,	variações	bruscas	
de	temperatura.	
Al2O3,		
TiC,		
SiC,	
	Si3N4	entre	outros	
Pistões 
Peças automotivas 
CERÂMICAS AVANÇADAS ESTRUTURAIS – 
Propriedade Térmica e Mecânica 
Cadinhos 
Ferramentas de corte 
Isolantes	Térmicos	
	
Placas	feitas	de	fibras	cerâmicas	de	sílica	(quartzo),	silica-alumina,	alumina	e	
zircônia,	que	podem	chegar	a	temperaturas	de	2000º	C	sem	sofrer	danos.	
CERÂMICAS AVANÇADAS ESTRUTURAIS – 
Propriedade Térmica 
•  O Nitreto de Boro (BN) ocorre em duas formas distintas. 
•  Estrutura hexagonal é semelhante ao grafite. Este é muito usado na 
fabricação de lubrificantes. 
•  Estrutura cúbica é muito semelhante ao do diamante usado em blindagem. 
CERÂMICAS AVANÇADAS ESTRUTURAIS – 
Dureza 
CERÂMICAS AVANÇADAS ESTRUTURAIS 
Carbeto de Boro B4C - Dureza 
2B2O3	+	7C	→	B4C	+	6CO	
O carbeto de boro (B4C) é o terceiro material mais duro existente, 
atrás do diamante e do nitreto de boro cúbico. 
Este elemento apresenta baixa densidade, alta dureza. 
Estas propriedades o tornam muito útil em blindagens. 
A	alumina	é	a	cerâmica	avançada	mais	u:lizada,	pois	oferece	bom	desempenho	
em	termos	de	 resistências	de	uso,	à	 corrosão	e	 	alta	dureza	a	um	bom	custo/
benewcio.	 Além	 disso	 apresenta	 uma	 boa	 combinação	 de	 propriedades	
mecânicas	e	elétricas,	assim	pode	ser	u:lizada	nas	mais	variadas	aplicações.		
CERÂMICAS AVANÇADAS ESTRUTURAIS 
Alumina 
Alta	dureza	
Isolante	térmico	
Inerte	quimicamente	
Boa	estabilidade	térmica	
Válvulas	para	torneiras	
	Isoladores	elétricos		
Pistões	para	bombas	
Substratos	eletrônicos	
Filtros	
Catalisadores	
CERÂMICAS AVANÇADAS ESTRUTURAIS 
Outras aplicações – exploração de petróleo 
São	u:lizadas	para	
cortar,	lixar	e	polir	
outros	materiais	mais	
macios.		
Diamante,	carbeto	de	
silício,	carbeto	de	
tungstênio	e	areia	de	
sílica	são	os	exemplos	
mais	comuns	
Grãos	soltos,	ligados	a	
um	disco	abrasivo,	ou	
reves:dos	sobre	um	
papel	ou	tecido		
ABRASIVOS 
MATERIAIS CERÂMICOS AVANÇADOS 
Alta Tecnologia 
✔ Uso de matéria-prima de elevada pureza – maior custo 
✔ Rigoroso controle sobre os processos de síntese 
✔ Rigoroso controle de distribuição do tamanho de partículas 
✔ Rigoroso controle dimensional 
✔ Sinterização em temperaturas mais elevadas que das cerâmicas 
tradicionais 
 
Microestruturas x Propriedades x Desempenho 
As propriedades dos materiais dependem fortemente 
da composição, estrutura cristalina e microestrutura 
 
 
PROCESSAMENTO DOS MATERIAISCERÂMICOS 
AVANÇADOS 
Avançado	processamento	de	materiais.	
	
Avançada	caracterização	de	materiais.	
Cerâmicas Avançadas de alta tecnologia 
As	 cerâmicas	 avançadas	 são	 materiais	
com	 grande	 aplicação	 e	 interesse	 em	
engenharia:	
	
✔	 Propriedades	 mecânicas,	 químicas,	
elétricas,	magné:cas,	ó:cas,	biomédicas	
e	ainda		combinações	de	propriedades			
	
✔  Podendo	 ser	 encontrados	 em	
produtos	como:	
	
Ÿmemórias	de	computadores,	
Ÿdisposi:vos	eletro-óp:cos,	
Ÿtelas	de	LCD,		
Ÿmedicina,		
Ÿcélulas	solares,	etc	
•  	Reação em Estado Sólido – 
Mistura de Óxidos	
•  	Moagem de Alta Energia	
• Co-precipitacão	
•  	Combustão	
MÉTODOS 
FÍSICOS	
•  	Pechini – Precursores 
Poliméricos	
•  	Sol-Gel	
•  	Hidrotérmico – 
Convencional e Micro-ondas	
MÉTODOS 
QUÍMICOS	
PROCESSAMENTO DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
AVANÇADOS 
PÓS CERÂMICOS 
FILMES FINOS OU ESPESSOS 
As propriedades dos materiais dependem fortemente da composição, estrutura e 
morfologia 
 
Portanto busca-se métodos de síntese onde essas variáveis possam ser controladas. 
 
PROCESSAMENTO DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
AVANÇADOS 
Método	de	Reação	no	Estado	Sólido	ou	Mistura	de	Óxidos	
É	um	método	baseado	da	difusão	do	estado	sólido	e	consiste	na	
mistura	mecânica	de	óxidos	e/ou	carbonatos	dos	elemtos	de							
								interesse	com	o	auxílio	de	moinhos	
com	posterior	tratamento	térmico.	
Calcinação/
Sinterização	
Pós 
350 ºC/2h 
Tratamento térmico 
em diferentes 
temperaturas 
Moagem 
Resina polimérica 
Método dos Precursores Poliméricos: 
Pó 
cerâmico 
FILMES FINOS CERÂMICOS 
Substrato	
Tratamento térmico 
em diferentes 
temperaturas 
Resina 
MÉTODO – SPIN COATING 
	
Os	 óxidos	 :po	 perovskitas,	 apresentam	 caracterís:cas	
peculiares	 em	 função	 de	 uma	 grande	 variedades	 de	
propriedades	 que	 são	 atribuídas	 à	 capacidade	 de	
subs:tuição	 dos	 cá:ons	 em	 sua	 estrutura,	 gerando	
sólidos	isoestruturais	com	fórmula	geral		
	
A1-xAx’B1-yBy’O3.		
	
Essas	 subs:tuições	 tem	 uma	 influência	 significa:va	 nas	
diversas		propriedades	dessa	classe.		
		
ESTRUTURA TERNÁRIAS ABX3 - PEROVSKITAS 
Pós 
350 ºC/2h 
Tratamento térmico 
em diferentes 
temperaturas 
Moagem 
Resina polimérica 
Método dos Precursores Poliméricos: 
Pó 
cerâmico 
Substrato	
Tratamento térmico 
em diferentes 
temperaturas 
Resina 
MÉTODO – SPIN COATING 
61 
Esquema representativo do princípio 
básico da luminescência. 
 Luminescência é um fenômeno relacionado a 
capacidade que algumas substâncias apresentam 
em emitir radiação ótica resultante da excitação de 
seus átomos, moléculas e cristais. 
Propriedade - Luminescência 
Os	LEDs	têm	muitas	
vantagens	sobre	
lâmpadas	incandescentes	
e	fluoresenctes	
convencionais.		
Vida	ú:l:	não	tem	
filamento	que	se	queime	
e	então	durarão	muito	
mais	tempo.		
Cabem	mais	facilmente	
nos	modernos	circuitos	
eletrônicos.		
•	Eficiência:	
LEDs	geram	pouco	calor	
–	economia	de	energia	
APLICAÇÕES - LED 
 
 
 
 
 
 
 
(LaCe)PO4:Tb3+, 
YSiO5:Tb3+, 
Y3Al5O12:Tb3+,. 
Sr5(PO4)3Cl:Eu2+ 
BaMgAl11O17:Eu2+, 
Sr2Al6O11:Eu2+ 
 
YVO4:Eu3+, 
 
APLICAÇÕES - LED 
elétrica	ou	eletrônica	
piezo	ou	pie	-	apertar	ou	pressionar	
A	palavra	piezoeletricidade	significa	eletricidade	resultante	da	pressão.	
Derivado	do	grego:	
PROPRIEDADE	PIEZOELÉTRICA	
deformação 
gera 
tensão elétrica 
V 
energia 
Apresenta uma estrutura 
Perovskita de simetria 
tetragonal 
Deformação Estrutural 
Deslocamento do átomo 
central do centro simétrico 
Efeito elétrico (dipolo 
elétrico) quando 
submetida a uma 
deformação mecânica 
Célula unitária tetragonal do PbZrTiO3 
PIEZOELETRICIDADE	NA	PEROVSKITA	PbZrTIO3	
	Titanato	zirconato	
de	chumbo	
PbZrxTi1-xO3	(0	≤	x	
≤	1)	–	PZT	
Titanato	de	
chumbo	(PbTiO3)	
Titanato	de	bário	
(BaTiO3)	
Niobato	de	
potássio	(KNb3)	
Niobato	de	lí:o	
(LiNbO3)	
Niobato	de	sódio	
NaNbO3	
Titanato	de	Sódio	
e	bismuto	
Na0,5Bi0,5TiO3		
Titanato	de	
Bismuto	
Bi4Ti3O12	
A	FAMÍLIA	DE	CERÂMICA	QUE	EXIBEM	PIEZOELETRICIDADE	
cerâmicos “Lead-Free” 
 (livres de chumbo) 
cerâmicas à base de 
Nióbio e Bismuto 
Propriedade	Piezoelétrica	
Geração	de	Luz	por	Compressão	Mecânica	
EcoHouse – São Paulo 
Club4Climate - Londres 
FILMES	ESPESSOS	–	COMPÓSITO	–	POLÍMERO	-	CERÂMICA		
Piso	gera	eletricidade	pela	passagem	de	veículos	e	pedestres	
Pesquisadores	da	Unesp	(Araraquara	e	
Ilha	Solteira)	desenvolvem	sistema	de	
geração	de	energia	piezoelétrica	que	
funciona	com	a	passagem	de	carros	e	
pedestres	–	Compósito-	Polímero-
Cerâmica	
Compósitos	cerâmicos	nanométricos	em	formato	de	filmes	espessos.		
Materiais:	polifluoreto	de	vinilideno	(PVDF)	ou	poliéter-éter-cetona	(PEEK)	e	o	
:tanato	zirconato	de	chumbo	(PZT).	
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=energia-
piezoeletrica&id=010115100409 (09/04/2010) 
Chip-gerador vai gerar energia dentro 
do próprio aparelho 
57 
Chip-gerador	vai	gerar	energia	dentro		
do	próprio	aparelho	
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=chip-gerador-gera-energia-dentro-
aparelho&id=010115111020 (20/10/2011) 
nanogeradores em formato de 
chip desenvolvido pelo MIT 
A miniaturização dos equipamentos 
eletrônicos está se traduzindo em 
um consumo de energia cada vez 
menor por equipamento. 
Isto está viabilizando o conceito de 
geração de pequenas correntes a 
partir das vibrações do ambiente , 
do seu andar, do farfalhar das 
roupas e até da sua respiração. 
O chip-gerador é capaz de 
produzir 45 microwatts de 
energia com apenas uma 
ponte de PZT 
CÉLULA	SOLAR	DE	PEROVSKITA	
Cerâmicas	Fotovoltáicas	
Degradação	do	Contaminante 
CO2 + H2O 
Catálise	e	Fotocatálise	
FOTOCATÁLISE	CATÁLISE	
Catalisador	automo@vo	
O craqueamento catalítico é o processo químico tecnológico 
mais usado no mundo para produção de galosina. 
Moléculas sendo craquedas em uma Y-Zeolita 
Craqueamento	catalí@co	
Fotoctálise	
Fotodegradação	de	corantes	têxteis:	
	
Rodamina	B	
MgTiO3 - MPP 
Prótese	de	fêmur,	haste	em	
@tânio	com	cabeça	de	alumina	
(AL2O3)	
 
Hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2) 
 β-Tricálcio fosfato (Ca3(PO4)2), 
Alumina (Al2O3) 
 Zircônia (ZrO2) 
 
São estruturalmente semelhantes ao componente inorgânico do osso; 
 
São biocompatíveis diminuindo o risco de rejeição pelo organismo 
 
Biocompostos Cerâmicos 
(ZrO2) 
Hidroxiapatita 
 (Ca10(PO4)6(OH)2) 
Ação	contra	a	bactéria	
	Staphylococcus	aureus,	
	resistente	ao	an:bió:co	me:cilina		
responsável	por		
infecções	hospitalares.	
	
A	Ag	é	u:lizada	para	esse	fim	desde
	a	an:guidade.		
BACTERICIDA 
Ag2WO4 – Scientific Reports (Nature) 
Parceria entre OralGift, Nanox e o CDMF (Centro de Desenvolvimento de 
Materiais Cerâmicos Funcionais) Unesp - UFSCar 
INOVAÇÃO 
—  Sensores	de	gases	
—  principais	materiais:	ZrO2	,	ZnO,	SnO2,	Fe2O3		
—  alarme	de	vazamento	de	gases	tóxicos	ou	inflamáveis	
SENSORES DE GASES 
Os sensores de gás são constituídos, basicamente, de um material capaz 
de mudar suas propriedades elétricas quando moléculas de um 
determinado gás são adsorvidas em sua superfície. 
Ag2WO4,	ao	ser	exposto	ao	ozônio	em	
sua	forma	gasosa	(O3(g)),	tem	sua	
resistência	elétrica	alterada.		
O	Ag2WO4	se	destacou	dos	sensores	de	ozônio	já	
conhecidos	(SnO2,	WO3,	In2O3,	e	ZnO)	pelo	tempo	
de	resposta	na	detecção	-		extremamente	rápido	
(10s).		
Memórias do futuro (CDMF e Symetrix) 
Sua	durabilidade	também	é	
imensamente	superior:	em	torno	de	
300	anos,	antecinco	anos	dos	chips	de	
hoje.	
Si/SiO2	com	1	cen…metro	quadrado	de	
área	é	possível	arquivar	1	megabyte	
(MB)	de	informações.	Com	a	nova	
memória,	será	possível	arquivar	no	
mesmo	espaço	250	MB”		
A	capacidade	de	armazenamento	
desse	novo	material	é	até	250	vezes	
maior	do	que	a	das	memórias	
convencionais.	
Memórias do futuro 
A	tecnologia	do	Titanato	de	Bário	e	Chumbo	foi		
licenciada	pela	Panasonic,	no	Japão,	onde	é	u:lizada	em	cartões	
de	metrô,	trens	e	nas	carteiras	de	habilitação.		
	
Carlos Paz de Araújo, 
professor de engenharia 
elétrica na Universidade do 
Colorado 
Sócio	da	empresa	Symetrix,	que	ganhou	importância	
no	mundo	nos	úl:mos	anos	por	 ter	desenvolvido	e	
licenciado	 as	 memórias	 ferroelétricas	 (FeRAM)	 que	
estão	em	uso	em	mais	de	2	bilhões	de	aparelhos,	de	
smartphones	 a	 processadores	 eletrônicos,	 de	
eletrodomés:cos	 a	 automóveis,	 DVD	 players	 e	 na	
mais	jovem	geração	de	cartões	com	chips.		
Vidros	
CLASSIFICAÇÃO DAS CERÂMICAS AVANÇADAS 
ESTRUTURAIS 
Definição:	
Sólido	não	cristalino:	
apresenta	fenômeno	de	
transição	vítrea	(Tg)	
Material	muito	comum	na	
vida	co:diana		
•  Exemplos:	embalagens	(garrafas,	
frascos	e	potes),	janelas,	vidro	de	
mesa	(pratos,	copos,	:jelas),	
vidraria	de	laboratório,	lentes,	fibra	
de	vidro.	
O	principal	:po	de	vidro	é	
aquele	baseado	em	sílica	que	
é	o	formador	do	vidro.	
VIDROS TRADICIONAIS 
Sílica	cristalina	e	não	cristalina	(vidro)	
VIDROS 
VIDROS 
Vo
lu
m
e 
es
pe
cí
fic
o 
Temperatura 
Tg 
sólido 
amorfo 
Tm 
líquido 
Cristalização 
(redução volume) 
sólido 
cristalino 
líquido super 
resfriado 
Tg ⇒ temperatura de transição vítrea 
Tm ⇒ temperatura de fusão cristalina 
VIDROS 
Não	ocorre	cristalização	durante	
o	rápido	resfriamento.		
Quando	o	líquido	é	resfriado,	sua	
viscosidade	vai	grada:vamente	
aumentando	(e	seu	volume	
diminuindo)	até	que	fica	tão	alta,	
que	o	material	passa	a	apresentar	
o	comportamento	mecânico	de	
um	sólido.	
Não	existe	uma	temperatura	de	
fusão	cristalina,	mas	uma	
temperatura	de	transição	vítrea	
(Tg).	
Tipo	de	vidro Composição	(%	em	massa) Caracterís@cas	e	Aplicação SiO2 Al2O3 Na2O CaO B2O3 Outros 
Sílica >99,5 	 	 	 	 	 
Alta	transmissão	luminosa,	
elevada	estabilidade	química,	
baixa	expansão	térmica,	
fabricação	muito	cara 
Tipo	Cristal 65 	1 	8 	1 24		PbO	1	MgO	 
Transparência	alta	e	alto	brilho.	
Índice	de	refração	alto.	Pb	deixa	
mais	mole	(decoração).	Dias	
contados 
Borossilicato	
(“pyrex”) 76 4 5 1	 14 	 
Baixa	Expansão	térmica	
(razoável	resistência	a	choque	
térmico)	à	vidraria	de	
laboratório	e	formas	domés:cas. 
Sodo-cálcico 73 2 7.5 10 	 7.5	K2O 
Tipo	de	vidro	mais	comum,	
o:ma	formabilidade,	boa	
durabilidade	química,	baixo	
custo	de	fabricação 
Fibra	de	vidro	para	
reforço	(uso	em	
compósitos) 
55 15 	 16 10 4	MgO 
Vidro	:po	“E”,	de	baixíssima	
condu:bilidade	e	boa	
estabilidade	química 
Vidro	óp@co	“flint” 54 	 1 	 	 45-65	PbO 
Alto	índice	de	refração,	usado	
em	lentes	e	também	em	peças	
artesanais	(“cristal”) 
VIDROS – (400 mil receitas já publicadas) 
VIDRO TEMPERADO – VIDRO DE SEGURANÇA 
Têm	 a	 sua	 resistência	 aumentada	 pela	 têmpera,	 um	 processo	 que	
consiste	em	aquecer	o	material	até	uma	temperatura	crí:ca	e	depois	
resfriá-lo	rapidamente.	
Consiste em duas ou mais lâminas de vidro fortemente interligadas, sob 
calor e pressão, por uma ou mais camadas de polivinil butiral – PVB, 
resina muito resistente e flexível. 
VIDRO LAMINADO - VIDRO DE SEGURANÇA 
VITRO-Cerâmica 
DEVITRIFICAÇÃO : transformação de um estado não-
cristalino em um estado cristalino com tratamento térmico 
controlado . 
 
 Ex: Li2O-Al2O3-SiO2 
baixo coeficiente de expansão térmica 
resistências mecânicas relativamente elevadas 
 
 
.	
VIDROS – Coloração 
Fibras de Vidro: O vidro líquido é 
contido numa câmara de aquecimento 
de platina. Fibras são ,formadas pelo 
estiramento do vidro líquido através de 
muitos orifícios pequenos na base da 
câmara. 
Vidro Plano : Laminação 
Vidro Plano : “Float Glass” 
Prensagem: molde de ferro fundido revestido 
com grafita que tenha a forma desejada 
 
Prensagem + Sopro : conforma-se uma forma 
temporária num molde. Forçada a conformar-
se aos contornos do molde pela pressão 
criada por um sopro de ar. 
CONFORMAÇÃO DE VIDROS 
•  Capítulos	do	Callister	(7	ed.,	2008)	tratados	nesta	
aula	
–  Capítulo	12:	seções	12.1	a	12.3;	12.5	a	12.6;	12.8	a	
12.11;	Resumo.	
–  Capítulo	13:	seções	13.1	até	13.4;	13.8	a	13.11;	
Resumo.	
•  Textos complementares indicados 
–  Callister, 5 ed. Cap. 13:13.1a a 13.3; 13.5; 13.7 a 13.10; Resumo; Cap 14: 
14.1 a 14.9; 14.15; 14.18; Resumo; Cap23: 23.9 a 23.11 (aplicação do 
ônibus espacial). 
–  Shackelford, Ciência dos materiais, 6ª ed., 2008, Cap.12; Cap.6: 6.1; 6.5 a 
6.6	
Bibliografia