Resumo capítulo 12 - Callister

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Resumo capítulo 12 – Estrutura e propriedades das cerâmicas
1. Introdução
· Compostos formados entre metálicos e não-metálicos, com ligações inter atômicas total ou predominantemente iônicas.
· As propriedades importantes são obtidas por tratamentos térmicos.
· No século XX, os materiais mais importantes dessa categoria eram os “cerâmicos tradicionais”.
2. Estruturas cristalinas
· Estruturas mais complexas que os metais, por serem compostos por 2 ou mais elementos.
· As ligações podem ser iônicas, covalentes ou uma combinação dos dois, lembrando que o grau de ionicidade depende da eletronegatividade dos átomos.
· Materiais com ligações predominantes iônicas, têm estruturas compostas por íons eletricamente carregados.
· A magnitude da carga elétrica dos íons (os cristais devem ser eletricamente neutros) e o tamanho relativo dos cátions e dos ânions (envolve os raios iônicos de cátions, que são menores, e ânions), são características que influenciam a estrutura do cerâmico.
· Quando os ânions que envolvem um cátion estão em contato direto com eles, podemos dizer que a estrutura cristalina está estável.
· Para estabelecer este contato, tem-se a razão rc/ra, obtém-se essa relação com considerações geométricas.
· Destaca-se que a carga de um íon influencia seu raio, quando elétrons são adicionados a um átomo, o tamanho do raio iônico e o oposto ocorre quando são retirados elétrons. Ao serem retirados, os que ficam tendem a ter uma ligação mais forte com o núcleo.
· Quando os números de cátions e ânions são iguais, denominamos que a estrutura é denominada AX (A-cátion e X-ânion).
· Cloreto de Sódio: Estrutura CFC para ânions, com cátion localizado no centro do cubo e cátion nas arestas. Equivalente a isso, temos um arranjo parecido com os cátions no centro das faces. Pode-se citar: MgO, NaCl, MnS, LiF e FeO.
· Cloreto de Césio: Ânions nos vértices com um cátion no centro do cubo. Não é CCC, pois possui dois íons diferentes.
· Blenda de Zinco: Todos os vértices e posições nas faces estão ocupados por íons de S e os de Zn preenchem posições tetraédricas. Compostos com essa estrutura possuem ligação altamente covalente.
· Quando as cargas dos cátions e ânions não forem as mesmas, a estrutura cristalina é do tipo AmXp.
· Quando o composto possuir mais de um tipo de cátion, é denominado AmBnXp (A e B, denominando os cátions). Pode-se citar o BaTiO3.
· Perovskitas (cristais com mesma estrutura cristalina), possuem propriedades eletromecânicas interessantes. Acima de 120ºC, a estrutura do BaTiO3. Os íons de Ba estão localizados em todos os vértices, os de Ti no centro do cubo com os de oxigênio no centro de cada face.
· Estruturas a partir de ânions com arranjo compacto, são compostos com ânions maiores, empilhados, formando sítios intersticiais (podendo ser posição tetraédrica e octaédrica) ocupados por cátions.
· As estruturas acima dependem do empilhamento das camadas e da maneira que os interstícios são preenchidos. As propriedades podem mudar de acordo com as posições.
· Cálculo da massa específica teórica: 
· Cerâmicas à base de silicatos: Composto por Silício e Oxigênio, materiais mais abundantes da crosta terrestre. Várias estruturas podem ser formadas a partir das combinações de arranjos uni, bi ou tridimensionais de 
· Sílica (SiO2): Silicato mais simples, estruturalmente forma uma rede tridimensional, formando um material eletricamente neutro com átomos estáveis. Se forem ordenados de forma regular e ordenada, será formada uma estrutura cristalina (quartzo, criistobalita ou tridimita).
· Vidros à base de sílica: Elevado grau de aleatoriedade atômica, característico de líquidos. Sua unidade básica é , além do grau considerável de desordem. Os vidros que encontramos no dia-a-dia são sílica com adição de outros óxidos, como o CaO, além de não formarem redes poliédricas, pois apenas são cátions incorporados que modificam redes. Também existem os que substituem o silício na rede (intermediadores). A adição de modificadores e intermediadores reduzem o ponto de fusão e viscosidade do vidro, tornando mais fácil a conformação em baixas temperaturas.
· Silicatos simples: Os mais simples envolvem tetraedros isolados. 
· Silicatos em camadas: Uma estrutura bidimensional em lâminas ou camadas também pode ser produzida pelo compartilhamento de três íons de oxigênio em cada um dos tetraedros. A eletro neutralidade é estabelecida normalmente por uma segunda estrutura laminar plana. Tais materiais são características de argilas e minerais. 
· Carbono: Existe como diamante e grafita, e por essas formas serem consideradas frequentemente como cerâmicos, o carbono entra na discussão.
· Imperfeições nas cerâmicas: É pouco provável que existam concentrações de defeitos intersticiais de ânions. Para ajustá-lo no interior de uma pequena posição, deformações substanciais devem ser introduzidas em íons vizinhos.
· Quando os defeitos estruturais são considerados, as condições de eletro neutralidade são mantidas. Visto isso, os defeitos na cerâmica não ocorrem isoladamente.
· Defeito de Frenkel: Um cátion que deixa sua posição normal e se move para um sítio intersticial, de maneira que não ocorre alteração global.
· Defeito Schottky: Remoção de um cátion e de um ânion no interior do cristal, seguido pela colocação de ambos os íons em uma superfície externa, de modo que a eletro neutralidade se mantenha.
· A razão (quando exata, chamada de estequiometria) entre cátions e ânions não muda por causa dos defeitos citados.
· Wusita (FeO): A falta de estequiometria ocorre quando há dois estados de valência para um dos tipos de íon. A formação de um íon perturba a eletro neutralidade do cristal, pela carga 1+ introduzida, que será compensada por um defeito. 
· Quantidade de pares defeituosos (Frenkel):
· Números de defeitos em equilíbrio (Schottky): 
· Impurezas nas cerâmicas: Podem ser intersticiais e substitucionais (substituirá o íon ao qual ela mais se assemelha no aspecto elétrico). 
· Difusão em materiais iônicos: Mais complicado, por causa do movimento de dois tipos de íons com cargas opostas, com isso o mecanismo ocorre por lacunas. Para manter a neutralidade, é necessário que outra espécie com uma carga igual e oposta acompanhe o movimento de difusão. Possíveis espécies carregadas incluem outra lacuna, um átomo de impureza ou um portador eletrônico (elétron livre ou buraco).
· Diagrama de fases: Para binários ou de dois componentes, pode ocorrer de haver um elemento em comum.
· Em algumas transformações de fase, pode ser necessária a utilização de estabilizantes, para que a variação no volume não cause trincas.
· O sistema sílica-alumina é importante por serem os principais constituintes de muitos materiais. Mas é importante frisar que não são materiais solúveis entre eles.
· Propriedades Mecânicas: Principal desvantagem é a disposição à fratura catastrófica de maneira frágil. Ocorre através da propagação de trincas e pela seção transversal do material.
· Devido pequenos defeitos, o LRT é menor que na teoria.
· O grau de amplificação da tensão depende do comprimento da trinca (maior para defeitos mais longos).
· Umidade e contaminantes no ar podem influenciar negativamente as propriedades, causando trincas. Assim como a concentração de tensão na extremidade de um defeito causa trincas.
· A fratura dos materiais cerâmicos ocorrerá pela propagação lenta de trincas quando as tensões forem de natureza estática (fadiga estática).
· A variação dos valores de resistência à tração ocorre pela heterogeneidade de defeitos (menos defeitos, menos resistências e vice-versa).
· Muitas cerâmicas são utilizadas em sob carga compressiva, pois não há nenhuma amplificação de tensão associada.
· Não se utiliza ensaio de tensão-deformação pois: é difícil preparar e testar amostras, é difícil fixar materiais frágeis e exige alinhamento perfeito. Portanto, o ensaio de flexão transversal é utilizado.
· O valor de tensão limite de resistência de flexão depende da dimensão do corpo de prova.
· Para deformação plástica de estruturas cristalinas, valeressaltar que ocorrem pela movimentação de discordâncias.
· A deformação plástica de não cristalinas ocorre através de escoamento viscoso, sendo a taxa de deformação proporcional à tensão aplicada.
· Influência da porosidade: Influência negativamente as propriedades elásticas e resistência mecânica.
· A porosidade afeta a resistência à flexão pois os poros reduzem a área da seção transversal e também concentram a tensão.
· Dureza: Cerâmicos são altamente suscetíveis ao trincamento quando penetradores (Rockwell e Brinell) são forçados contra a sua superfície. Dessa forma, se utiliza para calcular a dureza os Vickers ou Knoop.