Cerâmicas avançadas

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Cerâmicas Avançadas
Heloise Ribeiro
Lucas Marques
Cerâmicas Avançadas
• Cerâmica avançada pode ser definida como materiais
particulados de alta pureza, com tamanhos de partículas
menores que 1 micron, manufaturados sob condições
especiais utilizando processos cerâmicos especiais ou usuais
e que possuem um excelente desempenho e propriedades
mecânicas, elétricas, óticas e magnéticas excepcionais.
• Os materiais que constituem as cerâmicas avançadas são
principalmente óxidos, carbetos e nitretos.
• Uma das principais características da indústria de
materiais cerâmicos avançados é que as matérias primas
iniciais são geralmente sintéticas e de alta pureza,
convertidas em componentes de alto valor econômico por
complicados sistemas de fabricação ou sofisticados
processos de alta tecnologia. O que caracteriza os materiais
cerâmicos avançados são basicamente os processos de
obtenção de pós com características cerâmicas, os processos
de conformação ou consolidação destes pós e suas
propriedades superiores.
Cerâmicas Avançadas
• A história da cerâmica avançada é recente e pode ser
dividida em óxidos e não óxidos. Entre os aspectos mais
importantes a se destacar nestes materiais está a matéria prima
utilizada na sua manufatura e as aplicações na área eletro-
eletrônica, que é responsável por aproximadamente 80% do
valor econômico deste material e as funções estruturais onde
se prevê um desenvolvimento extremamente grande em um
futuro próximo, principalmente com o início das aplicações na
indústria automobilística.
• Quanto a matéria prima utilizada pela indústria cerâmica
avançada, ela consiste basicamente de óxidos, carbonatos,
hidróxidos, carbetos e nitretos. Entre estas matérias primas, a
alumina responde por aproximadamente 55% do total de
material óxido consumido, seguido por titanato de bário (8%),
zirconato e titanato de chumbo (8%), ferritas (7%) e titânia com
5%. Dos materiais não óxidos, carbeto de tungstênio e o mais
consumido com 46% do total, seguido de grafite (19%), TaC
(10%), TiC (7.5%) e Si3N4 (6,7%).
Cerâmicas Avançadas
• Outros materiais bastante importantes nesta área da cerâmica são os óxidos de zircônio,
óxido de zinco, óxidos de metais de transição, utilizados principalmente em sensores que
exigem um controle quanto a pureza e propriedades físicas dos pós. O quartzo é de
fundamental importância na área de semicondutores (silício), na fabricação de fibras óticas
e obtenção de carbetos e nitretos de silício.
• Embora as cerâmicas tradicionais são responsáveis por grande volume de material
produzido, uma variedade de novos produtos cerâmicos tem sido desenvolvida nos últimos
20 anos.
• Estes são de particular interesse porque eles têm propriedades únicas, ou seja,
excepcionais. Ou eles têm sido desenvolvidos para satisfazer uma necessidade particular de
uma maior resistência à temperatura, superiores às propriedades mecânicas, eléctricas, as
propriedades especiais, ou terem sido detectados mais ou menos acidentalmente e
tornaram-se uma parte importante da indústria. A fim de indicar o estado ativo do
desenvolvimento, pode ser útil descrever resumidamente alguns destes novos materiais
cerâmicos.
Tipos de cerâmicas avançadas
1) CERÂMICAS DE ÓXIDO PURO
• Propriedades excelentes para uso como componentes eléctricos e refratários especiais.
• Os óxidos mais utilizados são alumina (Al2O3), zircônia (ZrO2), óxido de magnésio (MgO) 
e espinélio (MgAl2O4).
2) CERÂMICAS PARA COMBUSTÍVEIS NUCLEARES
• Este material tem a capacidade única de manter as suas boas propriedades depois de
um uso prolongado, como um material combustível em reatores nucleares.
• Da mesma forma que uma usina termelétrica utiliza a energia térmica gerada pela
combustão de óleo combustível, carvão ou gás, a usina nuclear utiliza a energia liberada
pela reação de fissão nuclear do urânio-235.
Tipos de cerâmicas avançadas
2) CERÂMICAS PARTA COMBUSTÍVEIS NUCLEARES 
Tipos de cerâmicas avançadas
3) CERÂMICAS MAGNÉTICAS
• Formam a base de unidades de memória magnética em grandes computadores.
• Suas propriedades elétricas únicas são particularmente úteis em aplicações eletrônicas 
de micro-ondas de alta frequência.
• Os materiais magnéticos são importantes como meios de armazenar informação. 
Exemplos disso são os cartões de crédito, discos rígidos dos computadores, fitas etc.
4) CERÂMICAS ÓPTICAS
• Apresenta propriedades como: condução de luz, translucidez e fluorescência 
• Aplicações: cabos ópticos, elementos translúcidos, diodos a laser e tubos para lâmpadas.
Tipos de cerâmicas avançadas
5) CERÂMICAS MECÂNICAS
• Alta resistência a abrasão, resistência mecânica, baixa expansão térmica e capacidade de 
expansão.
• Aplicações: abrasivos, aletas de turbinas, lubrificantes sólidos, peças para equipamentos 
de precisão e peças para motores.
Tipos de cerâmicas avançadas
• Compósitos Metal-Cerâmica
Desenvolvidos no inicio da década de 1920 possuem alta resistência ao
desgaste, alta tenacidade e extremamente duros. Um dos mais conhecidos
são os metais duros compostos de uma fase dura WC e uma matriz mais
dúctil, geralmente Co, Ni ou Fe, responsável por conferir tenacidade e
plasticidade ao material, também acrescenta-se carbetos refratários como
TaC, MoC, NbC, TiC. Aplicados amplamente na confecção de ferramentas de
corte, brocas.
• Carbonetos Cerâmicos
Os principais representantes desta classe de cerâmicas avançadas são o
carbeto de silício e o carbeto de boro. O carbeto de silício (SiC) apresenta
uma grande estabilidade térmica, e altamente abrasivo dureza comparável
a do diamante, porem com menor densidade. O carbeto de boro (B4C), é o
quinto material mais duro na escala de mohs. Assim como o SiC é
processado em temperaturas superiores a 2000 °C utilizado em armadura
de tanques, blindados, coletes a prova de balas e em reatores nuclear.
• Cerâmica -Boretos
Têm sido desenvolvidos, que possuem propriedades únicas de uma
resistência de alta temperatura e resistência à oxidação. O borato de
magnésio é largamente utilizado para reduzir o coeficiente de fricção e
aprimorar propriedades mecânicas de compósitos. Atua como material de
anti-desgaste e inibindo a corrosão. Aplica-se em tubos de raios catódicos.
Tipos de cerâmicas avançadas
• Cerâmicas Ferroelétricas
Um representante dessa classe de materiais é o Niobato de magnésio
(PMN) composto com estrutura perovskita, possui um elevado valor de
coeficiente eletroresistivo e um gigante valor de constante dielétrica,
utilizado para fabricação de capacitores multicamadas, além de ser
utilizado em dispositivos ópticos (por sua transparência) e biomédicos.
• Vidros de Não-Silicatos
Têm sido desenvolvidos e são particularmente úteis para a transmissão
por infravermelhos, propriedades ópticas especiais, e os dispositivos
semicondutores. Fibras opticas podem ser fabricadas a partir de vidros
de fosfato.
• Peneiras Moleculares
Utilizadas em cromatografia e em processos de separação de moléculas,
possuem diâmetros de poros da ordem de (Â) angstrons ou (nm)
nanômetros. Exemplos de peneiras moleculares são o carvão ativado e
a sílica-gel. A sílica-gel por exemplo é composta de zeólitas (alumínio e
silício) que possuem poros de 3 Â. Um uso é na desidratação do álcool
etílico, as moléculas de álcool possuindo cerca de 4,4 Â ficam retidas
enquanto as de água com 2,8 Â são adsorvidas na grande área interna
das zeólitas.
Tipos de cerâmicas avançadas
• Vidro-Cerâmica
São uma nova família de materiais com base no fabrico de cerâmica pela formação de um
vidro. Atualmente são aplicados em telas de celulares e em proteção anti-balística, passam
por um tratamento térmico que torna a estrutura amorfa do vidro em cristalina .
• Óxidos policristalinos livre de poros
São grandemente aplicados nas áreas de materiais refratários. Magnesita possui um ponto
de fusão em torno de 2800°C e possui excelente resistência contra o ataque por oxido de
ferro. Têm sido feitos com base em alumina, de ítrio, espinela, magnésia, ferritas, e outras
composições.
Novosusos para as Cerâmicas
• Da mesma maneira que a procura de novas e melhores propriedades levou ao
desenvolvimento de novos materiais, a disponibilidade de novos materiais levou a novos usos
com base nas suas propriedades únicas. Este ciclo de cerâmica tem acelerado com a
obtenção de uma melhor compreensão da cerâmica e as suas propriedades.
• A área da eletrônica é sem dúvida a área de maior importância para os materiais
cerâmicos. Os produtos cerâmicos são utilizados desde os primeiros estágios de
processamento de circuitos integrados e semicondutores, materiais dielétricos e isolantes
como sílica e nitreto de silício depositados em camadas sobre circuitos integrados. E de modo
geral, também são utilizados como jarro de quartzo, cadinhos refratários, em dispositivos de
corte e polimento, mobília de fornos de difusão, barreiras de difusão.
Novos usos para as Cerâmicas
• A utilização de materiais cerâmicos como componentes em circuitos eletrônicos ocorre de
forma ativa e passiva. Passiva são as aplicações onde os componentes não desempenham
uma função preponderante, como as cápsulas e susbstratos cerâmicos de circuitos integrados
e circuitos híbridos. Componentes ativos são aqueles que desempenham uma função
essencial no funcionamento de um dispositivo como são os capacitores, sensores de gases e
temperatura e transdutores.
Novos usos para as Cerâmicas
• A aplicação de cerâmicas com funções estruturais é uma das áreas onde se visualiza um
futuro bastante promissor. As propriedades mecânicas dos materiais cerâmicos têm sido
exaustivamente pesquisadas visando melhorar sua performance para usos onde a resistência
mecânica, associada com aplicações a altas temperaturas, desgaste, abrasão e corrosão, são
necessárias.
• As aplicações mais promissoras dos materiais cerâmicos estruturais estão localizadas na
indústria de transformação e automobilística. Um exemplo disto são as ferramentas de corte.
Na indústria automobilística, rotores de turbogeradores, roletes e bolas de rolamentos,
insertos de pistão de materiais cerâmicos, principalmente de carbeto de silício e nitreto de
silício, já estão em fase de testes e mesmo em uso.
Novos usos para as Cerâmicas
• Um exemplo do desenvolvimento de novas utilizações para cerâmicas ocorreu no domínio
dos materiais de cerâmica magnética. Estes materiais têm ciclos de histerese que é típico de
materiais ferromagnéticos. Alguns têm quase o loop quadrado que é mais desejável para os
circuitos eletrônicos de memória de computador. Esta nova utilização de cerâmicas tem
levado a estudos e desenvolvimento de materiais e processos extensivos.
• Outro exemplo é o desenvolvimento da energia nuclear, que requer combustíveis de
urânio contendo com grandes frações de urânio (ou, por vezes, tório), estabilidade contra a
corrosão e capacidade de suportar a cisão de uma grande parte dos átomos de urânio sem
deterioração. Para muitas aplicações UO2 é um material excelente para este combustível.
Cerâmica Urania tornaram-se uma parte importante da tecnologia de reator.
• Em foguetes e mísseis desenvolvimento duas partes críticos que devem resistir a
temperaturas extremas e ter boa resistência à erosão são o cone do nariz e da garganta de
foguetes. Os materiais cerâmicos são utilizados para ambos.
Novos usos para as Cerâmicas
Novos usos para as Cerâmicas
• Para metais usinagem em altas velocidades ele tem sido conhecido que a cerâmica de
óxido são superiores em muitos aspectos, como ferramentas de corte. No entanto, sua força
relativamente baixa faz com que seu uso regular seja impossível. O desenvolvimento da
cerâmica de alumina com níveis elevados e uniforme força os tornou possível para os metais
usinagem e abriu um novo campo para a cerâmica.
• Muitas outras aplicações da cerâmica que nem sequer existiam há alguns anos atrás,
podem ser citados, e podemos esperar que novos usos para o desenvolvimento que não
podemos antecipar agora.
Referências Bibliográficas
1.https://www.academia.edu/14929194/MATERIAIS_CER%C3%82MICOS_Parte_I_-
_Uma_Abordagem_Moderna
2.https://semanaacademica.org.br/system/files/artigos/sintese_e_caracterizacao_de_cerami
ca_avancada_obtida_pelo_metodo_de_precipitacao__2.pdf