Cerâmicos_trabalho

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MATERIAIS
CERÂMICOS	
SEMINÁRIO DE MATERIAIS 2019.1
Vanisse Cassin Maia
Felipe Luiz Corrêa
Pedro Henrique Schuchter Pereira
João Pedro Souza dos Anjos
Ana Luiza Dias de Lima
Jefferson Henrique da Silva
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Sumário
Introdução
Diferenças entre cerâmica tradicional e avançada
Composição e Ligação Química
Microestrutura
Propriedades Mecânicas
Propriedades Elétricas
Propriedades Térmicas
Diagrama de Fases
Aplicações
Produtos e características
Custo comparativo dos produtos
 	Introdução	
 • Cerâmica vem da palavra grega keramus que significa coisa queimada.
 • Entre os materiais manufaturados mais antigos, datando de 24.000 anos a.C., a cerâmica está presente em diversos fatos históricos e suas peças mais antigas foram encontradas na Tchecoslováquia. 
• Ao longo da história, a aplicabilidade das cerâmicas ficou limitada devido seu caráter extremamente frágil. 
• Após o período em que ocorreu a Segunda Guerra Mundial, a indústria da cerâmica se desenvolveu de forma que os preços baixaram, fazendo com que o uso do material se tornasse popular. 
Diferenças cerâmica Tradicional X Avançada
	CARACTERÍSTICAS	AVANÇADA	TRADICIONAL
	Matéria Prima	Sintética	Natural
	Partículas	1,0 µm	0,5-1.000 µm
	Tipo de Pó (Impurezas)	Altamente Controlado	Pouco Controlado
	Conformação	Altamente Controlada	Pouco Controlada
	Sinterização	Sem Fase Vítrea	Com Fase Vítrea
	Análise	Microscopia Eletrônica	Microscopia óptica
	Resistência	Alta capacidade de resistir a temperaturas elevadas e grande parte de corrosivos químicos.	__________________
	Custo	10-10.000	1
1 µm = 0,000001 m  (unidade de comprimento) - ou seja, materiais avançados geralmente são muito menores do que os tradicionais. Os tradicionais apresentam maior variabilidade do tamanho das partículas.
Ceramica avançada: alta capacidade de resistir a temperaturas elevadas, capazes de fundir o aço, além da resistência a grande parte dos corrosivos químicos.
materiais resistentes em temperaturas elevadas – principais materiais: SiC, Al2O3 , Si3N4
Em geral, materiais cerâmicos usados industrialmente se dividem em dois grupos: 
cerâmica tradicional: aqueles materiais compostos por matérias-primas de baixo custo e abundantes na natureza , como argilas, feldspatos, calcários.
cerâmica avançada: materiais de alto valor agregado produzidos a partir de pós sintéticos de alta pureza para controle de microestrutura e propriedades.  
Existem ainda outras características que a cerâmica tradicional apresenta, como:
resistência à ruptura;
resistência mecânica;
dilatação térmica.
A resistência à ruptura é o índice que demonstra a capacidade da cerâmica de evitar quebras, dependendo exclusivamente do material e da espessura de cada tipo de piso.
A resistência mecânica, por sua vez, diz se a cerâmica aguenta fortes impactos. Esse indicador é fundamental, principalmente para pessoas que desejam revestir áreas onde haverá a atuação de cargas pesadas.
https://www.slideshare.net/renatuvivas/6-materiais-ceramicos-gradryr
https://www.ucs.br/site/midia/arquivos/25_04_Palestra_PavimentosCeramicos.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=Xdqg5LkHwLs
http://sites.poli.usp.br/d/pmt2100/aula10_2005%201p.pdf
Avançadas:
As matérias primas são muito mais caras, porque tem qualidade muito melhor controlada (controle do nível de impurezas é crítico).
Os processos cerâmicos podem ser classificados em “cerâmica tradicional” e “cerâmica avançada” (cerâmica fina ou cerâmica de alta tecnologia). Na cerâmica tradicional, as matérias-primas geralmente são utilizadas após beneficiamento, ou seja, separação de impurezas por processos físicos. De modo geral, não são submetidas a reações químicas, portanto, considera-se que a matéria-prima é natural. Já no caso das cerâmicas avançadas, normalmente, trabalha-se com matérias-primas sintéticas, ou seja, obtidas por meio de reações químicas. 
A cerâmica tradicional engloba a maior parte da produção cerâmica, pois utiliza matérias-primas de baixo custo e abundantes na natureza, como argilas, feldspatos, calcários e outros minerais cristalinos inorgânicos não metálicos. Envolve os processos de fabricação de cerâmica estrutural, tais como: tijolos, telhas e blocos; revestimentos, como pisos e azulejos; cerâmica branca, como louça sanitária, de mesa ou artística, entre outros.
CERÂMICA TRADICIONAL: é aquela utilizada em revestimentos diversos, que vão desde azulejos até vasos para cultivo. Tijolos também são produzidos a partir desta cerâmica, assim como qualquer outro objeto que não requer uma maior sofisticação.
CERÂMICA AVANÇADA: 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. Utiliza-se esse tipo de cerâmica, por exemplo, em tijolos refratários para churrasqueiras e alguns fornos.
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Diferenças cerâmica Tradicional X Avançada
Diferenças cerâmica Tradicional X Avançada
Composição e Ligação 
Química
• Compostos formados entre elementos metálicos e não metálicos; na maioria das vezes, são óxidos, nitretos e carbetos.
 • Ligações Inter atômicas ou são totalmente iônicas ou são predominantemente iônicas, mas com alguma natureza covalente.
• Caráter iônico dessas ligações pode ser calculado por meio da seguinte fórmula:
% caráter iônico = { 1 – exp[ -(0,25) (Xa – Xb)²]} x 100
Xa e Xb – eletronegatividade dos elementos que formam a ligação
•Propriedades dos materiais cerâmicos tais como altas durezas e elevadas temperaturas de fusão resultam da natureza dessas ligações.
• Alguns materiais cerâmicos comuns incluem :
-o óxido de alumínio(ou alumina, Al2O3 ), 
-o dióxido de silício(ou sílica, SiO2), 
-o carbeto de silício(SiC), 
-o nitreto de silício(Si3N4).
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Composição Química 
das Cerâmicas Tradicionais
• São constituídas basicamente de: 
- Argila: Al2O3 - SiO2 - H2O com outros óxidos (TiO2, Fe203, Mg0, Ca0, Na20 , K20)
Sílica: Si20
- Feldspato: K20- Al203 – 6SiO2
• Produtos estruturais como tijolos e pisos têm os três componentes.
•Cerâmicas brancas como as porcelanas e peças sanitárias também têm os três componentes, mas o teor de feldspato é controlado. 
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Composição Química 
das Cerâmicas Avançadas 
São constituídas basicamente de:
 
 Óxidos: Al2O3 
 Carbetos: SiC
 Nitretos: Si3N4
 Oxinitretos: SiOxNy
 Boretos: CrB
• Elementos de terras raras (Lantânio, 
Cério, Neodímio, Praseodímio, etc ...) na 
composição de cerâmicas avançadas de 
alto desempenho .
Propriedades Mecânicas	
Altamente resistentes 
Elevada dureza
Frágeis
 Tenacidade a fratura
Comportamento tensão-deformação
É feito ensaio de flexão devido a dificuldade do ensaio de tração na preparação da geometria da amostra e sua fixação sem fraturar o material
Comportamento tensão-deformação
Fratura frágil nas cerâmicas
 Propensão a fatura catastrófica de maneira frágil com muito pouco absorção de energia.
Nenhuma ou quase nenhuma deformação plástica.
O processo de fratura frágil consiste na formação e propagação das trincas no material.
Esses concentradores de tensão podem ser pequenas trincas superficiais ou internas ou poros.
Tem uma resistência muito maior a compressão do que a tração.
Propriedades Elétricas
As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos são muito variadas. Podendo ser: 
isolantes: Alumina, vidro de sílica (SiO2 ) , cerâmicas tradicionais;
semicondutores: SiC, B4C ;
supercondutores: (La, Sr)2CuO4 , TiBa2Ca3Cu4O11 . 
• Influência da temperatura.
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Propriedades Térmicas
As mais importantes propriedades térmicas dos materiais cerâmicos são: 
- Alta capacidade calorífica ;
- Baixo coeficiente de expansão térmica ;
- Baixa condutividade térmica. 
Diagrama de Fases
• Os sistemas cerâmicos em geral possuem configurações semelhantes às dos sistemas metal-metal .
• Para diagramas de fases binários ou de dois componentes dos cerâmicos ocorre, com frequência, que os 2 componentes são compostos que compartilham um elemento comum.• Sistema sílica-alumina:
Principais componentes de muitos refratários cerâmicos 
Cristobalita
A sílica e a alumina não são mutuamente solúveis uma na outra.
Mulita( 3 Al203 – 2SiO2)
apenas um único eutético a 1587 o C e 7,7%p Al203 .
Diagrama de Fases
 	Microestrutura dos cerâmicos	
Elementos metálicos e não-metálicos
 
Ligações interatômicas : 
 Iônicas e/ou Covalentes. 
Microestrutura dos cerâmicos
Características estruturais / Materiais Poligranulares
Pode ser caracterizada por cinco fatores:
 -Tamanho do grão;
 - Forma e distribuição dos grãos;
 - Quantidade de fases;
 - Orientações dos grãos;
 - Porosidade.
Microestrutura dos cerâmicos
Microestrutura dos cerâmicos
 São as ferramentas de moldagem resistentes ao desgaste, os substratos e núcleos de resistores na indústria eletrônica, ladrilhos para proteção antidesgaste e balística e entre outros.
Aplicações
Cerâmicas Tradicionais
Cerâmicas Avançadas
Tecnologia
Tijolos
Telhas
Louças
Azulejos
Vidros
Material Abrasivo
para polimento
Para corte e usinagem
Ossos, articulações
artificiais
Motores de autos
Turbinas à gás
Fibras ópticas,
Monitores,
lâmpadas
Sensores
Baterias
Capacitores
Componentes para sistemas nucleares
Supercondutores
Jóias artificiais
Diamantes artificiais
Aplicações
Cerâmicas 
Tradicionais
Aplicações
Cerâmicas 
Avançadas
Custos Comparativos	
	Tipo	Custo (R$/Kg)	
	Titânato de bário
Silício de carboneto
Material piroelétrico
Tijolo refratário	R$330-R$630
R$30-R$40
R$9-R$30 (por peça)
R$6-R$30	
	Bloco cerâmico
	R$0,79-R$3
	
 	Bibliografia	
Callister, D. WILLIAM, CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS UMA INTRODUÇÃO: 7. ed. Editora LTC, 2007. 
 	FIM