Métodos de conformação

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MÉTODOS DE 
CONFORMAÇÃO 
1 
Os sistemas para processamento cerâmico apresentam consistências 
que variam. De forma geral, possuem 5 estados de consistência: 
 Pó seco. 
 Aglomerado (grânulos). 
 Massa plástica. 
 Pasta. 
 Barbotina (suspensão). 
Massa plástica 
Pasta 
Barbotina 
Pó seco 
2 
3 
CONSISTÊNCIA VS. PROCESSO 
Método Forma do Material Formato da peça 
Prensagem Grânulos com boa 
fluidez 
Pequeno e simples 
Prensagem isostática Granulos Maior e mais 
complexo 
Extrusão Massa plástica Alongado com seção 
transversal constante 
Moldagem por 
injeção 
Massa com ligante 
polimério fluido 
quando aquecido 
Complexo 
Colagem Suspensão Principalmente oco. 
4 
A utilização de um bom misturador é essencial 
para o preparo da massa cerâmica. 
5 
Exemplos de misturadores de alta 
intensidade utilizados na preparação 
de massas cerâmicas. 
Injeção de água 
(contendo 
aditivos ou não). 
Raspador que evita a 
deposição da massa 
nas paredes da cuba. 
6 
Moinhos de bolas também são empregados 
na preparação de massas cerâmicas de 
grande homogeneidade. 
7 
Prensagem 
8 
PRENSAGEM UNIDIRECIONAL 
Processo barato, indicado 
para a fabricação de 
peças com geometrias 
simples e em larga 
escala. 
Estágios da prensagem a seco: 
 preenchimento da matriz 
 compactação e conformação 
 ejeção 
9 
Exemplos de produtos obtidos por prensagem unidirecional 
(geometria relativamente simples). 
10 
Produção de placas cerâmicas via prensagem. 
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Produto Ligante Plastificante Lubrificante 
alumina álcool polivinílico polietileno glicol estearato de 
alumínio 
ferrita de MnZn álcool polivinílico polietileno glicol estearato de 
zinco 
titanato de bário álcool polivinílico polietileno glicol ácido esteárico 
substrato de 
alumina 
isolante de vela de 
ignição 
emulsão de cera 
microcristalina 
KOH: ácido tânico cera, talco e 
argila 
porcelana isolante 
(esteatita) 
emulsão de cera 
microcristalina e argila 
água talco coloidal e 
cera 
refratário ligno-sulfonato de Ca/Na água ácido esteárico 
revestimento argila água talco coloidal e 
argila 
porcelana de mesa argila e polissacarídeos água argila coloidal 
Componentes usualmente empregados na fabricação de 
materiais cerâmicos via prensagem. 
12 
Variáveis de Prensagem 
 Velocidade de prensagem - afeta diretamente a qualidade do 
produto final; pode durar de fração de segundos a vários minutos. 
 Pressão - faixa de 20-100 MPa. 
 Vida útil da prensa - projetadas para produzirem até centenas de 
milhares de peças. 
 Tolerância - variação permitida: 1% em peso e 0,02 mm em 
espessura (pode variar em alguns processos). Note que há uma 
baixa tolerância dimensional. 
13 
 Características desejáveis dos pós 
Devem ter escoamento livre, elevada densidade volumétrica, 
devem ser formados por grânulos deformáveis, ser estáveis sob 
condições ambientes, causar um mínimo de deformação da 
matriz e não devem aderir ao pistão. 
14 
Preenchimento da Matriz 
 
 Um bom escoamento do pó é essencial para o preenchimento 
volumétrico reprodutível e de densidade uniforme e para se obter 
velocidades elevadas de prensagem. 
 Desejável partículas ou grânulos esféricos, densos, com 
superfícies lisas e não-aderentes, maiores que 40 m 
 > 5% de finos: prejudica o fluxo de partículas; penetração de 
finos na cavidade entre a matriz e o pistão, aumenta a fricção 
(atrito) e reduz o escape de gás. 
 Elevadas densidade de preenchimento (Df) diminuem problemas 
de prensagem: reduzem a quantidade de ar do pó e diminuem o 
percurso do pistão. Df típicas = 25 - 35%. 
 Baixas Df : obtidas com grânulos toroidais, com poros grandes e 
com superfícies ásperas 
 
15 
16 
17 
PRENSAGEM DE GRÂNULOS 
- Estágio I: pouca densificação 
devido ao rearranjo de grânulos. 
- Estágio II: os grânulos se 
deformam ou quebram, reduzindo 
o volume dos interstícios maiores. 
- Estágio III: inicia quando os 
poros já desapareceram e as 
pressões mais altas provocam o 
deslizamento e rearranjo de 
partículas. 
18 
PY - pressão de 
escoamento dos 
grânulos. É a 
pressão necessária 
para deformar 
esses grânulos. 
19 
Se Pa > Py  compacto se 
deforma e densifica. 
20 
O aumento da 
pressão tende 
a dar origem a 
corpos mais 
densos e sem 
poros 
intergranulares. 
21 
A porosidade 
intergranular é 
mais facilmente 
eliminada que a 
intragranular. 
22 
A adição de 
ligantes aumenta 
a resistência 
mecânica dos 
grânulos. 
23 
Água age como 
plastificante, 
reduzindo a 
resistência mas 
melhorando a 
flexibilidade do 
do ligante. 
24 
• PVA – ligante. 
• PEG – plastificante. 
O controle da pressão de 
prensagem e da proporção 
ligante / pastificante é 
fundamental para 
obtenção de peças de 
elevada densidade. 
25 
O controle do tamanho dos 
grânulos e sua deformabilidade é 
fundamental para a obtenção de 
cerâmicas de alto desempenho. 
Nesse caso a água atua como 
plastificante, melhorando o efeito 
do ligante. 
26 
EJEÇÃO E TRANSFERÊNCIA 
 
A energia elástica armazenada durante prensagem pode provocar um 
aumento nas dimensões da peça compactada, após a ejeção da 
peça da matriz (efeito de recuperação elástica ou rebote). 
 
Uma recuperação elástica excessiva ou diferencial (devido a gradientes 
de tensão), pode causar o aparecimento de defeitos na peça 
compactada. 
 
Esse efeito é mais evidente para maiores concentrações de aditivos 
inorgânicos, para prensagens que ocorrem a temperaturas abaixo da Tg 
do ligante, para menores plasticidades do sistema ligante, para maiores 
pressões de compactação. 
27 
Grande parte da deformação 
promovida é recuperada após a 
retirada da carga. 
Para temperaturas acima de Tg, as 
cadeias poliméricas do ligante 
conseguem deslizar umas sobre as 
outras, e o material apresenta alta 
deformação plástica e pequena 
recuperação elástica. 
 A força devido ao atrito nas paredes causa gradientes 
de pressão e densidade em pós compactados 
31 
A lubrificação 
correta do molde é 
fundamental para 
facilitar o processo 
de obtenção dos 
compactos. 
32 
A lubrificação 
ainda minimiza o 
desgaste do 
molde pela 
diminuição do 
atrito. 
33 
PROBLEMAS ASSOCIADOS À 
PRENSAGEM UNIAXIAL 
• Densidade e tamanho inadequado das peças: estão normalmente 
associados com lotes fora da especificação. 
 
• O desgaste do molde: mostra-se como uma mudança progressiva nas 
dimensões dos compactos. 
 
• Trincas nas peças obtidas: podem ser devidas ao projeto do molde, 
aprisionamento de ar, rebote durante a ejeção da peça do molde ou 
atrito da peça na parede do molde. 
 
 
 
34 
Exemplos de defeitos formados durante a obtenção de peças 
cerâmicas por prensagem. O uso de ligantes que fornecem resistência 
mecânica ao corpo verde sem promover rebote e de lubrificantes pode 
minimizar tais defeitos. 
35 
• A variação de densidade no compacto verde causa empenamento, 
distorção, ou trinca durante o tratamento térmico da peça. 
 
• A principal fonte dessa variação na densidade é o atrito entre o material 
particulado e as paredes do molde e entre partículas. 
 
O gradiente de compactação do 
material pode acarretar em uma 
densidade heterogênea no 
corpo verde. 
36 
 A 2ª fonte de variação na densidade, é o preenchimento não uniforme 
da cavidade do molde. O pó empilhado de forma não uniforme no molde 
não vai se reposicionar durante a prensagem. 
 
 A 3ª fonte de densidade não uniforme, é a presença de aglomerados 
duros (aglomerados de partículas) no pó. Esses aglomerados não se 
rompem durante a prensagem e dão origem a regiões de menor 
densidade do compacto. 
 
 
 
 
 
 
37 
PRENSAGEM ISOSTÁTICA 
Esquema do processo de prensagem isostática. 
Empregado na 
fabricação de peças 
com geometria 
complexas. 
38 
39 
PRENSAGEM ISOSTÁTICA A QUENTEEsquema do processo de prensagem isostática a quente. 
Indicada para 
materiais que não 
apresentam uma 
boa compactação via 
apenas aplicação de 
pressão (ex.: SiC). 
40 
VANTAGENS ASSOCIADAS À PRENSAGEM ISOSTÁTICA A 
QUENTE 
 
 Os materiais obtidos atingem densidades próximas à teórica 
(eliminação quase completa da porosidade); 
 
 A peças preparadas apresentam um bom acabamento superficial e 
resistência mecânica; 
 
 Peças com geometrias complexas podem ser obtidas. 
41 
Conformação Plástica 
42 
MÉTODOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA 
 São métodos que empregam a massa na forma de uma massa 
plástica, cuja consistência varia em função do processo empregado. 
 
 São tradicionalmente utilizados na fabricação de cerâmicas à base de 
argila, mas são também usados para corpos cerâmicos plastificados pela 
adição de um ligante orgânico. 
43 
Esquema de equipamento de extrusão 
(extrusora ou maromba). 
EXTRUSÃO 
44 
45 
46 
Exemplos de produtos obtidos por extrusão. 
47 
 O material é misturado e desaerado ao longo do cilindro e então 
extrudado por um auger (sistema de rosca sem fim) através da matriz. 
48 
Como as pressões 
de extrusão podem 
ser muito elevadas 
(15 Mpa / 150 bar), 
equipamentos mais 
modernos contam 
com medidores de 
pressão. 
49 
Durante a extrusão a massa cerâmica é submetida e tensões de 
cisalhamento (w) e de compressão (P0). 
50 
O ângulo de incidência e a velocidade de extrusão têm grande 
efeito na pressão. 
Importante o uso de lubricantes facilitam a movimentação das 
partículas, diminuindo a pressão de extrusão. 
51 
Para ângulos de extrusão menores, mais heterogênea é a 
distribuição de velocidades e a compactação do material. 
52 
ADITIVOS UTILIZADOS NA EXTRUSÃO 
• A mistura deve ser plástica o suficiente para fluir sob pressão na seção 
transversal desejada, e ainda rígida o suficiente para resistir à 
deformação (ex.: manuseio). 
 
• A mistura não deve aderir ao molde ou outro ferramental e deve 
produzir superfícies lisas após extrusão. 
 
• O fluido e a cerâmica não devem se separar sob aplicação da pressão. 
53 
 
• A mistura deve ter uma porosidade reprodutível tal que a retração 
durante a secagem e queima seja previsível. 
 
• Os orgânicos presentes na massa devem deixar o mínimo de resíduos 
após a queima. 
54 
PROBLEMAS ASSOCIADOS À 
EXTRUSÃO 
• Resistência e rigidez insuficiente – pode ser aumentada através da 
redução do teor de água, aumento do peso molecular do ligante ou de 
partículas coloidais, promovendo coagulação das partículas. 
 
• Trincas e laminação oriundas de contração diferenciada: presença de 
inclusões, aglomerados não molhados durante a mistura, mistura 
inadequada produzindo regiões com um teor de líquido mais elevado. 
55 
A presença de regiões com diferentes graus de 
densificação pode dar origem a trincas no 
material após a queima. 
56 
• Laminações periódicas na superfície devido à lubrificação ineficiente. 
 
• Laminações devido à não união do fluxo de massa, quando a pressão 
e/ou evacuação é insuficiente. 
Exemplos de trincas e laminações que podem ser 
observadas em materiais extrudados. 
57 
A orientação preferencial de partículas após a extrusão 
pode dar origem a uma contração desigual da peça 
durante a queima e à formação de trincas. 
58 
MÉTODOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA 
MOLDAGEM POR INJEÇÃO 
Esquema do processo de moldagem por injeção. 
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Esquema do processo de moldagem por injeção. 
60 
Produtos obtidos pelo processo de moldagem por injeção 
(geometrias complexas e com grande acabamento 
superficial). 
61 
Etapas do processo de moldagem por injeção. 
Mistura inicial: pó cerâmico, ligante principal, ligante secundário, 
solvente, plastificante e lubrificante. 
Temperaturas de fusão diferentes. 
62 
• Os ligantes primário e secundário possuem temperaturas de fusão 
distintas. Em geral, os orgânicos de mais alta temperatura de fusão são 
inicialmente misturados. A seguir a temperatura é reduzida e os 
componentes de menor temperatura são adicionados, e por fim o pó 
cerâmico. 
 
• O ligante secundário é eliminado em temperaturas mais baixas, 
deixando canais de poros que facilitam a saída dos gases de queima do 
ligante primário. 
 
• Além disso, o ligante de maior temperatura de degradação atua 
fornecendo resistência mecânica ao corpo verde, sendo eliminado 
somente no tratamento térmico. 
63 
• A resistência ao escoamento e a viscosidade são muito dependentes da 
temperatura e da proporção de resina polimérica / pó cerâmico. 
• O sistema de ligantes orgânicos deve ser formulado para facilitar o 
escoamento durante a conformação e a sua eliminação durante a 
queima. 
• A massa cerâmica empregada deve possuir comportamento 
pseudoplástico (diminuição da viscosidade com a taxa de cisalhamento – 
mesmo comportamento esperado para extrusão). 
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65 
Ao entrar em contato com o 
molde à temperatura 
ambiente, a massa cerâmica 
resfria e experimenta um 
aumento na sua viscosidade. 
66 
PROBLEMAS ASSOCIADOS À MOLDAGEM POR INJEÇÃO 
67 
O preenchimento 
não-uniforme do 
molde pode dar 
origem a peças 
com defeitos. 
68 
A remoção dos ligantes deve ser realizada de 
forma bem controlada de modo a não criar 
defeitos no material. 
69 
Processo Jigger ou por estampo 
• Esse processo é usado amplamente na indústria de cerâmica branca 
para moldar pratos, utensílios de cozinha, porcelana química. 
 
• Uma quantidade fixa de material de alimentação, em geral desaerado e 
extrudado, é estampado sobre um molde permeável de gesso, tendo a 
forma da superfície interior da peça. 
 
• Uma ferramenta de perfil (gabarito) modela a superfície externa, pela 
eliminação do excesso de massa e também pela penetração da massa do 
molde. 
70 
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Fabricação de prato pelo método de estampo. 
72 
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PROCESSOS DE 
COLAGEM 
Barbotina Molde (gesso / 2CaSO4·H2O) 
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COLAGEM DE BARBOTINA (slip-casting) 
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Partículas cerâmicas 
Molde Barbotina 
A água penetra 
no molde por 
capilaridade, 
enquanto as 
partículas 
cerâmicas ficam 
depositadas na 
sua superfície. 
76 
Obtenção de cerâmica utilizando o processo 
de colagem de barbotina. 
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Produtos obtidos por colagem. 
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Produção de vasos sanitários. 
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 O tempo de colagem pode variar de poucos minutos para um produto 
de porcelana de paredes finas até 1 hora para um produto fino mas 
denso, proveniente de uma barbotina bem defloculada de um pó muito 
fino. 
 
 Barbotinas floculadas ou parcialmente floculadas apresentam menor 
tempo de colagem mas resultam em uma peça mais porosa, com maior 
contração de secagem. 
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Associado em 
grande parte ao 
comportamento 
pseudoplástico 
da barbotina. 
88 
Em geral as 
barbotinas são 
parcialmente 
defloculadas. 
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PROBLEMAS ASSOCIADOS À COLAGEM DE BARBOTINA 
Gelação: tempo de gelação do ligante. Está associado ao tempo acima do 
qual o ligante adquire aspecto rígido. 
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OUTROS TIPO DE COLAGEM 
 
- Colagem assistida por pressão; 
- Colagem assistida por vácuo; 
- Colagem por centrifugação. 
93 
Colagem assistida por pressão. 
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Utilizando pressão é possível obter peças de grandes 
espessuras em tempos inferiores. 
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Representação esquemática da colagem 
por centrifugação. 
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COLAGEM DE FITA (tape-casting) 
Esquema do processo de colagem de fita. 
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Suspensão cerâmica 
Fita cerâmica 
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Fitas cerâmicas. Processo largamente empregado na produção de 
células solares, capacitores e eletrodos em células combustível. 
99 
Processo de colagem de fita. 
100