Aula 6 - Cristais Complexos e Vidros

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Aula 6 - Cristais Complexos e Vidros
EMT002 - Materiais Cerâmicos
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS
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Introdução
ØA estrutura mais simples de um óxido metálico:
ØrM << rX
ØÍons oxigênio formam um empacotamento fechado
ØCátions ocupam interstícios
ØÍons próximos aos valores de transição
Øvariam raios atômicos
Ømostram variação no NC
ØEx: Al3+
ØSítios nos tetraedros de O2- em diversos aluminosilicatos
ØSilimanita: NC=4 e 6
ØAndalusita: NC=5 e 6
ØCaulinita: NC=6
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Introdução
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Espinélio
ØMineral MgAl2O4
ØFórmula geral: AB2O4
ØUm octaedral
ØDois tetraedrais
ØAs ferritas são estrutura espinélio
ØMO.Fe2O3
ØM = Mn, Ni, Fe ou Co (ou uma mistura)
ØOxigênio ocupa rede FCC
ØMg2+ sítios tetraedrais (Sítio A)
ØAl3+ ocupam sítios octaedrais (Sítio B)
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Espinélio
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"Spinel" by NIMSoffice at en.wikipedia. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons -
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spinel.GIF#/media/File:Spinel.GIF
Estrutura Espinélio.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spinel.GIF
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Perovskita
ØFórmula geral: ABO3
ØCátion A e os ânions forma um arranjo CFC
ØUm grande interstício octaedral, sem tetraedros;
ØCaTiO3
ØOrtorômbico à temperatura ambiente
ØCúbico acima de 900oC
ØOutras perovskitas:
ØBaTiO3, SrTiO3, KNbO3
ØMuitas perovskitas são:
ØFerroelétricas, piezoelétricas e alta constante dielétrica
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Perovskita
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Silicatos
ØPela regra de Pauling:
ØrSi4+/rO2- = 0,21 < 0,41
ØCoordenação tetraedral
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Silicatos
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Sílica
ØSílica tem muitas formas polimórficas
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Olivina
ØOrtosilicato
ØTetraedros de SiO4 não compartilham oxigênio
ØMais conhecida: Perídoto
Ø(Mg,Fe)2SiO4
ØSão os minerais mais
importantes da Terra 
ØRochas lunares
ØMeteoritos
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Granadas
ØSe referem ao grupo de silicatos e não silicatos
ØFórmula: A3B2(CO4)3. C = Si nos silicatos
ØA e B são cátions di- ou trivalentes
ØNão silicatos:
ØYAG : laser
ØYIG : magnético
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Granada
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Uvarite Agregado de Granada
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Granadas
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Anéis de Silicatos
ØTambém conhecidos como
metasilicatos
ØExemplos:
ØBerilo, turmalina: gemas
ØCordierita: baixo coeficiente
de expansão térmica
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Anéis de Silicatos
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Micas e outros minerais em camadas
ØSão rígidas
ØSofrem clivagem ao longo
de um plano
ØEram usadas como placas
de janelas antes da 
invenção do vidro plano
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Argilominerais
ØAs argilas estão entre os materiais mais
importantes conhecidos pela humanidade
ØEssa importância vem da formação em camadas
ØSão um subgrupo dos silicatos
ØEm geral:
ØSilicatos hidratados de alumínio
ØCamadas de (Si2O5)n
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Caulinita
ØArgilomineral mais comum
ØAl2Si2O5(OH)4
ØFormação:
Ø1 camada de tetraedros de (SiO4)4-
Ø1 camada de octaedros de Al3+
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Mulita
ØTem a mesma
estrutura do espinélio
ØÉ um silicato
ortorômbico
ØCadeias de octaedros
de AlO6
Øparalelos ao eixo-z
Øcruzados com 
tetraedros de Si e Al
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Mulita
ØOrigem:
ØIlha de Mull (Escócia)
ØFormulação: 3 Al2O3 . 2 SiO2
ØEstrutura do cristal
ØSemelhante a Silimanita
(Al2SiO5 = Al2O3.SiO2)
ØAplicações:
ØRecobrimentos
ØFibras
ØMatriz de compósitos
cerâmicos
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Mulita
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Supercondutores
ØYBa2Cu3O7 (YBCO)
ØEstrutura ortorômbica
ØCamadas de perovskitas
ØPara ser supercondutor:
ØVacâncias de oxigênio
ØYBa2Cu3O6+x
Ø0,0 < x < 0,4 é um isolante
Ø0,4 < x < 1,0 é um 
supercondutor
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Cu
Ba
Y
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Si3N4, SiAlONs e outros
ØCerâmicas não-óxidas
ØSão processados em pressões parciais de O2
ØSi3N4
Øα ou β : hexagonal
ØSi no centro de tetraedros irregulares de N
ØSiN4
ØN compartilhado com 3 tetraedros
ØAplicações:
ØFerramentas de corte, rolamentos...
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Si3N4, SiAlONs e outros
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Fulerenos e nanotubos
ØMolécula C60 foi descoberta em 1985
ØIntrodução de uma terceira ordem no carbono
ØGrafite, diamante e fulereno
ØAnéis com 5 ou 6 átomos de carbono
ØQuando dopados com K e Rb
ØSupercondutividade
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Fulerenos e nanotubos
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Zeólitas e Compostos Microporosos
ØZeólitas
ØAluminosilicatos com estruturas de largas cavidades
ØFórmula geral:
Ø(Na2, K2, Ca, Ba)[(Al,Si)O2]n. x H2O
ØRelacionado com feldspato
ØNatural
ØCristais de Pume (Mumbai / Índia)
ØSintético
ØPeneiras moleculares ou suporte para catalizadores
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Zeólitas e Compostos Microporosos
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FIGURE 7.17 The structure of sodalite, a zeolite. The tetrahedra
shown in (a) link together to form large “cages”; the most important
features are the channels between the cages, which are seen in
(b). In (a) the corner and body-centering ions are Cl−; the others
are Na+ ions. The tetrahedra contain either Si+ or Al+.
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Vidros
ØMuitos componentes podem formar vidros
ØMateriais amorfos
ØO que é um vidro ?
ØEm 1932 W. H. Zachariasen propôs um conjunto de 
regras
ØSatisfazem vidros óxidos
ØRegra de Zachariasen:
ØForças atômicas de interação no vidro e no cristal devem
ser similares
ØComo nos cristais, os vidros consistem de uma rede 
tridimensional, porém sem periodicidade
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Vidros
ØFormadores de Vidros:
ØValência do cátion > 3
ØQuando o tamanho do cátion é reduzido, tende a formar
vidro
ØEletronegatividade do cátion entre 1,5 e 2,5
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Vidros
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Vidros
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