Introducao_a_Materiais_Ceramicos_PPGEM_U

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Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
INTRODUÇÃO AOS
MATERIAIS CERÂMICOS
PPGEM - EE - UFRGS
CAPÍTULO 3 -
PROPRIEDADES E 
ESTRUTURA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3.1 INTRODUÇÃO
3.2 PROPRIEDADES MECÂNICAS
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
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3.3.1 Porosidade
3.3.2 Densidade
3.3.3 Permeabilidade dos gases
3.3.4 Capacidade Térmica
3.3.5 Expansão térmica
3.3.6 Condutividade térmica
3.3.7 Mecanismos de condução e bandas de energia
3.3.8 Condutividade elétrica dos materiais iônicos
3.3.9 Condutividade elétrica dos materiais covalentes
3.3.10 Semicondutores – condutividade eletrônica
3.3.11 Supercondutividade elétrtica
3.3.12 Comportamento dielétrico
3.3.13 Diamagnetismo
3.3.14 Paramagnetismo
3.3.15 Ferrimagnetismo
3.3.16 Antiferromagnetismo
3.3.17 Magnetos macios e duros
3.3.18 Propriedades ópticas dos materiais cerâmicos
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
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 Segundo a intercomunicação dos 
poros estão presentes porosidade 
fechada e porosidade aparente ou aberta.
 Determina outras propriedades, como 
corrosão química e ao choque térmico.
 Pode servir como parâmetro de 
controle de qualidade na fabricação e no 
produto final.
 Depende do método da fabricação, 
processo de moagem e seleção de frações 
granulométricas.
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.1 POROSIDADE
A - Tipos de porosidades:
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3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.1 POROSIDADE
POROS FECHADOS (MEV)
Distribuição de porosidades em matriz vítrea
Distribuição de porosidades em 
vidrado cerâmico
POROS ABERTO (MEV)
Distribuição de porosidades 
abertas em porcelana 
tradicional
A - Tipos de porosidades:
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Condutividade térmica:
 Considera-se a porosidade uma 
segunda fase dispersa no material. 
 A condutividade térmica de um 
isolante diminui com o aumento da 
porosidade.
ar
c
ar
c
ar
c
ar
c
m
k
k
k
K
P
k
k
k
K
P
k
2
1
1
1
2
1
1
21







B - Influencia:
onde: Km -condutividade térmica média
Kc - condutividade térmica da fase contínua
Kp - condutividade térmica da fase porosa
P - fração de poros
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.1 POROSIDADE
Distribuição de 
porosidades em 
isolante térmico de 
cinza de casca de 
arroz. (A) Extrudado, 
(B) Prensado.
A B
kTOTAL = kf +ke
kf = condutividade térmica devida aos fônons
ke = condutividade térmica devida aos elétrons
CERÂMICOS
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Expansão térmica:
 Depende da composição química, 
quantidade de fases amorfas e 
cristalinas, anisotropia, orientação de 
grãos e formação de trincas.
 Considera-se a dilatação dos 
poros como se fossem formados 
pelo material da matriz.
B - Não Influencia:
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.1 POROSIDADE
esmalte
engobe
suporte
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Propriedades mecânicas:
 Os poros fechados tem influência no módulo de elasticidade (E) e na resistência 
mecânica à fratura (T). PbeEE .
0
. 
Pb
T
e .
0
. 
onde: Eo - E do material sem poros
o-  do material sem poros,
b - constante empírica (depende da geometria e distribuição dos 
tamanhos dos poros.
Relação de E com porosidade
E=E0(1-1,9P+0,9P
2)
Efeito da porosidade em uma alumina
B - Influencia:
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.1 POROSIDADE
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real aparente sólida
picnômetro Porosidade aparente Volume 
(Princípio de Arquimedes) aparente do sólido
(geométrico)
- princípio de Arquimedes
- relação peso seco e úmido
C – Métodos para medição de porosidade:
D - Absorção de água:
a
b
c
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.1 POROSIDADE
100*
iu
su
ap
PP
PP
P



Pu = Peso úmido
Ps = Peso seco
Pi = Peso imerso
Está ligada a 
porosidade aberta 
do material 
100*
s
su
P
PP
AA


Pu = Peso úmido
Ps = Peso seco
Pi = Peso imerso
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real aparente geométrica
picnômetro Densidade aparente Relaciona massa e volume 
(Princípio de Arquimedes) aparente do sólido
Métodos para medição da densidade:
a
b
c
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.2 DENSIDADE
100*
iu
su
ap
PP
PP
d



Pu = Peso úmido
Ps = Peso seco
Pi = Peso imerso
real
real
V
m
d 
geométrica
geométrica
V
m
d 
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3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.3 PERMEABILIDADE DOS GASES
 Depende da quantidade de poros abertos.
 Importante, por exemplo na produção de coque e gás combustível, onde os refratários 
devem ser estanques para impedir a perda de gás através do revestimento.
 Materiais permeáveis têm importância na distribuição uniforme das temperaturas nas 
paredes do forno.
onde: K - permeabilidade,
 - viscosidade do fluido
V - volume de gás
h - espessura do meio
d - diâmetro do cilindro onde o gás escoa
t - tempo em que o gás escoa
p - queda de pressão
tpd
Vh
k
2
4



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3.3.4 Capacidade térmica
3.3.5 Expansão térmica
3.3.6 Condutividade térmica
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
COMPORTAMENTO TÉRMICO
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 Propriedades térmicas resposta ou reação de um material à
aplicação do calor
 Sólido absorve calor sua temperatura aumenta
sua energia interna aumenta
 Dois principais tipos de energia térmica em um sólido:
energia vibracional dos átomos ao redor de suas
posições de equilíbrio
energia cinética dos elétrons livres
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
COMPORTAMENTO TÉRMICO
EM CERÂMICOS
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Propriedade que indica a aptidão do material em absorver calor do meio externo
C = capacidade térmica (J/molK, 
cal/molK)
dQ = energia necessária para 
produzir uma mudança dT de 
temperatura
E é a energia interna H é a entalpia
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.2.4 CAPACIDADE TÉRMICA
dT
dQ
C 
quantidade de energia necessária para aumentar a 
temperatura de um corpo em uma unidade
Calor específico: capacidade térmica por unidade de massa.
Determinado mantendo-se o volume do material constante (Cv)
a pressão externa constante (Cp)
V
V
dT
dE
C 






P
P
dT
dH
C 






 Energia interna x Entalpia: H = E + PV
CP > CV para os sólidos a entalpia e a energia interna são muito similares
 Sólidos: assimilação de energia aumento da energia vibracional dos átomos
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 Capacidade térmica depende da temperatura?
Experimentos de Einstein e Debye:
O calor específico aumenta até uma certa temperatura
(temperatura de Debye =D) e após torna-se  constante.
3R  6cal/molK
 Não há correlação entre D e o PF dos materiais
 Capacidade térmica depende pouco da estrutura e da microestrutura do 
material
Porosidade influência prática
Cerâmica porosa exige uma menor quantidade de calor para 
atingir uma determinada temperatura, que uma cerâmica 
isenta de poros.
Variação da capacidade térmica com a 
temperatura para vários materiais 
cerâmicos policristalinos.
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.4 CAPACIDADE TÉRMICA
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 Drenagem térmica= (.Cp.K)0,5
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.4 CAPACIDADE TÉRMICA
T1-Tm 
T2-Tm 
=
(2.Cp2.K2)
0,5
(1.Cp1.K1)
0,5
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 Sólidos aumento de dimensões durante o aquecimento e
contração no resfriamento, se não ocorrertransformações de
fases
L = lf - li
li (Tf-Ti)
li = comprimento inicial
lf = comprimento final
Ti = temperatura inicial
Tf = temperatura final
 Coeficiente de dilatação térmica volumétrica
V = Vf - Vi
Vi (Tf-Ti)
Vi = volume inicial
Vf = volume final
Ti = temperatura inicial
Tf = temperatura final
MATERIAIS 
ISOTRÓPICOS:
V3L
 Coeficiente de dilatação térmica linear
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.5 EXPANSÃO TÉRMICA
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Variação da expansão térmica com o 
aumento da temperatura de alguns 
materiais.
Variação da expansão térmica com o 
aumento da temperatura para o 
silício.
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.5 EXPANSÃO TÉRMICA
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 Correlação entre  e a energia de ligação (EL)
Materiais com ligações químicas fortes apresentam  
Ex.: cerâmicos e metais com elevado PF (Mo, W)
Correlação entre  e o PF de alguns materiais
 Muitos materiais cristalinos apresentam 
anisotropia quanto a dilatação térmica, como 
alumina, titânia, quartzo.
Exemplo extremo: grafita  é 27 vezes mais 
baixo no plano basal que na direção ╨ a ele
 Dilatação térmica dos sólidos tem origem na 
variação assimétrica da EL ou FL com a distância 
interatômica.
Aquecimento: átomos aumentam a freqüência e 
amplitude de vibração, e como Fr > Fa, a 
distância média entre os átomos aumenta
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.5 EXPANSÃO TÉRMICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Correlação entre  e a energia de ligação (EL)
(a) EL x a: aumento na separação interatômica com o aumento da temperatura. Com o 
aquecimento, a separação interatômica aumenta de r0 para r1, para r2. (b) Para uma curva 
hipotética de EL x a: simetria.
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.5 EXPANSÃO TÉRMICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.5 EXPANSÃO TÉRMICA
Materiais refratários retraem ou expandem em 
presença de temperatura.
 Influenciam a estabilidade volumétrica:
- inversões cristalográficas;
- reações físico-químicas;
- sinterização.
Expansões geram tensões térmicas que 
podem causar deformações e ruptura do corpo.
 O coeficiente de dilatação térmica indica a 
trabalhabilidade do produto em presença de 
temperatura.
Tijolo refratário 
eletrofundido
ZrO2 com diferentes 
estabilizadores
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3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.5 EXPANSÃO TÉRMICA
ZrO2
- transformação cristalográfica:
Monoclínica tetragonal - aumento de volume (~7%)
(Tambiente) (1000ºC) - modificação reversível
- ZrO2 + MgO, CaO ou outros: 
formação de solução T acima de cúbica aumento 
sólida junto com ZrO2 2350ºC irreversível de volume (~6%)
 Matérias-primas:
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• Materiais cerâmicos são maus condutores de calor
• O valor de k dos cerâmicos é cerca de 1/5 da dos metais
• Propriedade anisotrópica, principalmente para os prensados
• Condutividade térmica é a habilidade de um material para transferir calor.
onde:
q: fluxo de calor (W)
Q: calor transmitido (J)
t: tempo de transmissão de calor (s)
k: condutividade térmica (W/mK)
A: área perpendicular ao fluxo (m2)
T: temperatura (K)
x: comprimento na direção do fluxo (m)
x
T
Q
k x



 Calor é transportado nos sólidos de 
duas maneiras: por fônons e pela 
movimentação de e- livres
 Analogia: elétrons ou fônons livres 
como partículas de um gás. A 
condutividade térmica é diretamente 
proporcional ao número de elétrons 
livres ou de fônons (n); velocidade 
média das partículas (v); ao calor 
específico (cv) e à distância média entre 
colisões (l):
k ∞ n . v . Cv . l
kTOTAL = kf +ke
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.6 CONDUTIVIDADE TÉRMICA
dx
dT
kA
dT
dQ
q 
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kTOTAL = kf +ke
kf = condutividade térmica devida aos fônons
ke = condutividade térmica devida aos elétrons
Baixas temperaturas  transmissão térmica por fônons  condução (< 800°C)
Altas temperaturas  transmissão térmica por fótons  radiação (> 800°C)
 Em cerâmicos:
ke << kf fônons são facilmente espalhados pelos defeitos cristalinos, o 
transporte de calor é menos eficiente que nos metais
Alguns cristais não metálicos puros e de baixa densidade apresentam em algumas faixas de 
temperatura k  metais: Diamante melhor condutor que Ag de Tamb a 30K
Safira condutor térmico entre 90 a 25K
Compostos cerâmicos:
(BeO, SiC, B4C) pesos atômicos semelhantes k relativamente alto
(UO2, ThO2) pesos atômicos diferentes k cerca de 10x menor
(menor interferência na propagação quando átomos com semelhantes pesos atômicos)
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.6 CONDUTIVIDADE TÉRMICA
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- composição; 
- condições de queima;
- quantidade e tipo de porosidade;
- quantidade e tipo de fases;
- forma e orientação de grãos;
onde:
k: condutividade térmica
v: volume da fase
Q: kc/kp
P: quantidade de poros
K=v1k1+v2k2+...
1/k=v1/k1+v2/k2+... k= 1+2P(1-Q/2Q+1)
ks 1-P(1-Q/2Q+1)
 Efeito da microestrutura
 Íons em solução sólida 
diminuem acentuadamente k
Fases amorfas são piores 
condutoras que cristalinas de 
igual composição química
Poros diminuem a 
condutividade térmica de 
cerâmicos
kP = k 1-P
1 - 0,5P
Simplificadamente
kP = condutividade térmica do 
material com poros
P = fração volumétrica de poros
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.6 CONDUTIVIDADE TÉRMICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Efeito da microestrutura
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.6 CONDUTIVIDADE TÉRMICA
AUMENTO DA T
-Aumento da fase 
amorfa (vítrea);
-Aumento da 
porosidade fechada;
-Dimunuição da 
porosidade aberta;
INTRODUÇÃO DE OUTRAS MP
-Formação de novas fases;
-Formação de maior quantidade 
de poros fechados,
950ºC 1000ºC
Argila vermelha (AV)
AV + Fundente + resíduo AV + Fundente + resíduo
Argila vermelha (AV)
CADA PRODUTO OBTIDO 
APRESENTA DIFERENTE 
CONDUTIVIDADE TÉRMICA
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3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.6 CONDUTIVIDADE TÉRMICA
AUMENTO DA T
-Aumento da fase 
amorfa (vítrea);
-Aumento da 
porosidade fechada;
-Dimunuição da 
porosidade aberta;
INTRODUÇÃO DE OUTRAS MP
-Formação de novas fases;
-Formação de maior quantidade 
de poros fechados,
CADA PRODUTO OBTIDO 
APRESENTA DIFERENTE 
CONDUTIVIDADE TÉRMICA
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 Diferenças de condutividade térmica com a 
temperatura não são tão acentuadas quanto na 
condutividade elétrica.
 Materiais cerâmicos densos sem poros 
k ↓ com ↑ T
Ex.: BeO, MgO e Al2O3
Explicação: k ∞ n . v . Cv . l
 Outros cerâmicos como: ZrO2 estabilizada e 
densa, sílica fundida e materiais refratários com 
poros k ↓ com ↑ T
Explicação: k ∞ n . v . Cv . l
 Efeito da temperatura
Efeito da temperatura na condutividade térmica 
de vários materiais
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.6 CONDUTIVIDADE TÉRMICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.6 CONDUTIVIDADE TÉRMICA
Temperatura°C
C
on
du
tiv
id
ad
e 
té
rm
ic
a 
W
.m
m
2 .
K
-1
 Efeito da temperatura
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.6 CONDUTIVIDADE TÉRMICA
 Exemplo de 
curvas de 
condutividade 
térmica
1. Tijolo isolante sílico-aluminoso
2. ZrO2
3.Chamotta
5. Forsterita
6. Cromita
8. Magnésia-cromo
9. Silicato de zircônio
10. Al2O3 99%
11.Carbono pirolítico
12. SiC
13. Magnésia
14. SiC 60
15. SiC 90
16. Grafite
17. Ferro metálico
 Efeito da temperatura
Introduçãoa Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
• Materiais Refratários: são 
materiais de construção que têm que 
resistir a altas temperaturas e 
manter suas propriedades 
mecânicas, físicas e químicas nas 
condições de serviço.
• Cerâmicos de Revestimento:
devido a saída e entrada na 
atmosfera terrestre: fibras de sílica.
Aplicações segundo comportamento térmico
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3.3.7 Mecanismos de condução e bandas de energia
3.3.8 Condutividade elétrica dos materiais iônicos
3.3.9 Condutividade elétrica dos materiais covalentes
3.3.10 Semicondutores – condutividade eletrônica
3.3.11 Supercondutividade
3.3.12 Comportamento dielétrico
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
COMPORTAMENTO ELÉTRICO
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Propriedades elétricas servem para distinguir os materiais:
- geral: metal / não-metal
- específico: supercondutor ou não
Compreender as propriedades elétricas 
METAIS
TEORIA DE BANDAS CONDUTORES
SEMICONDUTORES
ISOLANTES
Classificação geral dos 
materiais segundo 
propriedades elétricas
CERÂMICOS
 = 1/= n.q.
= condutividade elétrica (ohm-1.cm-1)
= resistividade elétrica (ohm.cm)
n= número de portadores de carga por cm3
q= carga carregada pelo portador (coulombs) [q do 
elétron= 1,6x10-19 coulombs]
= mobilidade dos portadores de carga (cm2/V.s)
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
RESUMINDO
Metais:  > 104 -1m-1
Semicondutores: 10-3 a 104 -1m-1
Isolantes: <10-3 -1m-1
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA
n e  dependem da temperatura
condutores podem ser: ânions
cátions
elétrons
holes
CERÂMICOS
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LÍQUIDOS condutividade iônica
SÓLIDOS principais transportadores de calor são os elétrons
átomo isolado e- em níveis e subníveis de energia
cristal níveis de energia se superpõe BANDAS
Origem das bandas de energia devido a aproximação dos átomos
A banda de energia corresponde à um nível 
de energia de um átomo isolado
- As bandas de energia nem
sempre se sobrepõem
- As bandas de energia podem 
comportar no máximo dois 
elétrons
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.7 MECANISMOS DE CONDUÇÃO E BANDAS DE ENERGIA
 Bandas de energia: banda de valência
banda proibida Eg: energia do gap 
- É o espaço entre as bandas de energia
- É o que distingue um semicondutor de um condutor ou isolante
banda de condução
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Tipos característicos de estruturas de bandas de energia em sólidos
Condutor 
metálico
Banda de 
condução 
parcialmente 
ocupada
Condutor 
metálico
Superposição da 
banda de valência 
com a banda de 
condução vazia
Isolante Semicondutor
Metal 
monovalente
Metal
bivalente
Apresentam banda proibida
Eg isolante > Eg semicondutor
Cerâmicos
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.7 MECANISMOS DE CONDUÇÃO E BANDAS DE ENERGIA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
SEMICONDUTORES
- banda de valência preenchida e banda de condução vazia
- largura da banda proibida é pequena e pode ser suplantada levando e- à 
banda de condução ativação térmica
dopantes
- exemplos de largura de diamante - 6eV 
banda proibida: SiC - 3eV
silício - 1,1eV
germânio - 0,7ev
InSb - 0,18eV
estanho cinzento - 0,08eV
Nível de fermi
BANDA 
DE 
CONDUÇÃO
BANDA 
DE 
VALÊNCIA
GAP DE ENERGIA
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.7 MECANISMOS DE CONDUÇÃO E BANDAS DE ENERGIA
ISOLANTES
- polímeros
- cerâmicos
- banda proibida é muito larga e difícil de ser suplantada
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA MUITO BAIXA
Nível de fermi
BANDA 
DE 
CONDUÇÃO
BANDA 
DE 
VALÊNCIA
GAP DE ENERGIA
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EFEITO DA TEMPERATURA
- semicondutores
- isolantes
 T aumenta a 
condutividade 
elétrica
Efeito da condutividade 
elétrica em materiais 
cerâmicos
O aumento da temperatura fornece energia que 
liberta transportadores de cargas adicionais.
Mg
O
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.7 MECANISMOS DE CONDUÇÃO E BANDAS DE ENERGIA
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- resultado das contribuições eletrônica e iônica
- importância de cada contribuição pureza e temperatura
- modelo de bandas é válido, porém o n° de e- na banda de 
condução é muito baixo portanto predomina a iônica
- difusão dos íons depende da presença de defeitos pontuais
- condutividade elétrica de sólidos iônicos  temperatura
 abruptamente na fusãoi = Ne
2D/kT = (Ne2/kT) D0exp(-Q/kT) 
N - n°de posições iônicas de um mesmo sinal por unidade de volume
e - carga do elétron
D - difusividade
k - constante de Boltzman
T - temperatura em K
Q - energia de ativação para a difusão
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.8 CONDUTIVIDADE ELÉTRICA EM MATERIAIS IÔNICOS
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 GRAFITA: comportamento elétrico diferenciado
- plano basal (0001)   de condutores metálicos 
- na direção c  (0001)  é 10-5 vezes menor
- condução eletrônica origem na 
mobilidade eletrônica da cada anel hexagonal de 
átomos de C, ao longo de cada camada
- introdução de átomos estranhos entre as camadas 
aumenta o número de transportadores de carga e a 
condutividade elétrica 
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.9 CONDUTIVIDADE ELÉTRICA EM MATERIAIS COVALENTES
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
PROPRIEDADES: Tem resistividade entre metais e isolantes
10-6-10-4 .cm 1010-1020 .cm
- A resistividade diminui com o aumento de temperatura (ao contrário dos metais)
- A resistividade diminui com a adição de certas impurezas
- A resistividade aumenta com a presença de imperfeições nos cristais.
EXEMPLOS DE SEMICONDUTORES
- Silício, Germânio (Grupo IV da Tabela Periódica)
- GaAs, GaN, InP, InSb, etc. (Grupo III-V da Tabela Periódica)
- PbS, CdTe, galena, (Grupo II-VI da Tabela Periódica)
Observe: 95% dos dispositivos eletrônicos são fabricados com Silício
65% dos dispositivos de semicondutores do grupo III-V são para uso militar
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.10 SEMICONDUTORES – CONDUTIVIDADE ELETRÔNICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Num semicondutor, os elétrons podem ser excitados para a banda de condução por
energia elétrica, térmica ou óptica (fotocondução)
 e- excitado banda de condução
buraco ou uma vacância na banda de valência contribui para a corrente
 Dois tipos de condução
condução intrínseca semicondutor intrínseco
condução extrínseca semicondutor extrínseco
vai para
deixa
UTILIZAÇÃO: FABRICAÇÃO DE DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS E OPTOELETRÔNICOS
- Transistor
- LEDS
- Células solares
- Diodos
-Circuito integrado
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.10 SEMICONDUTORES – CONDUTIVIDADE ELETRÔNICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Condução resultante dos movimentos eletrônicos nos materiais puros 
 Um semicondutor pode ser tipo "p" ( condução devido aos buracos) 
tipo "n" (condução devidos aos elétrons)
Este tipo de condução se origina devido a presença de uma imperfeição
eletrônica ou devido a presença de impurezas residuais.
CONDUÇÃO INTRÍNSECA (SEMICONDUTOR INTRÍNSECO)
CONDUÇÃO INTRÍNSECA
Ex. Si e Ge são emicondutores intrínsecos
Estrutura cristalina: Cúbica do Diamante
Ligações fortes covalentes direcionais
Cada átomo de Si ou Ge contribui com 4e- valência devido a ligação sp3
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.10 SEMICONDUTORES – CONDUTIVIDADE ELETRÔNICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Quando adiciona-se intencionalmente uma impureza dopante para proporcionar elétrons ou 
buracos extras.
 Os semicondutores extrínsecos podem ser:
Tipo p: com impurezas que proporcionam ou buracos extras
Tipo n: com impurezas que proporcionam ou buracosextras
Os processos utilizados para dopagem são: difusão
implantação iônica
Deve-se considerar:
 Os elétrons tem maior mobilidade que os buracos
 A presença de impurezas pode alterar o tamanho do gap de energia do semicondutor
CONDUÇÃO EXTRÍNSECA (SEMICONDUTOR EXTRÍNSECO)
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.10 SEMICONDUTORES – CONDUTIVIDADE ELETRÔNICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
SEMICONDUTOR EXTRÍNSECO TIPO P
 Quando adiciona-se intencionalmente uma impureza dopante buracos extras
Impurezas tipo "p" ou aceitadores proporcionam buracos extra
Exemplo: Dopagem do Si (valência 4) com Boro (valência 3)
BORO É UM DOPANTE TIPO P PARA 
O SILÍCIO PORQUE PROPORCIONA 
BURACOS EXTRA
NIVEL DE FERMI
Nível aceitador
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.10 SEMICONDUTORES – CONDUTIVIDADE ELETRÔNICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
SEMICONDUTOR EXTRÍNSECO TIPO N
 Quando adiciona-se intencionalmente uma impureza dopante
Impurezas tipo ”n" ou doadores proporcionam elétrons extra
Exemplo: Dopagem do Si (valência 4) com Fósforo (valência 5)
FÓSFORO É UM DOPANTE TIPO N
PARA O SILÍCIO PORQUE 
PROPORCIONA ELÉTRONS EXTRA
NIVEL DE FERMI
Elétrons doadores
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.10 SEMICONDUTORES – CONDUTIVIDADE ELETRÔNICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
CONDUÇÃO EXTRÍNSECA (SEMICONDUTOR EXTRÍNSECO)
 Exemplos de materiais cerâmicos 
semicondutoresextrínsecos tipo n, p e 
anfóteros. Tipo n
TiO2 Nb2O5 CdS Cs2Se BaTiO3 Hg2S
V2O5 MnO2 CdSe BaO PbCrO4 ZnF2
U3O8 CdO SnO2 Ta2O5 Fe3O4
ZnO Ag2S Cs2S WO3
Tipo p
Ag2O CoO Cu2O SnS Bi2Te3 MoO2
Cr2O3 SnO Cu2S Sb2S3 Te Hg2O
MnO NiO Pr2O3 CuI Se
Anfótero
Al2O3 SiC PbTe Si Ti2S
Mn3O4 PbS UO2 Ge
Co3O4 PbSe IrO2 Sn
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.10 SEMICONDUTORES – CONDUTIVIDADE ELETRÔNICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
APLICAÇÃO
 Dispositivos eletrônicos como transistores,
circuitos integrados, chips, usam a combinação
de semicondutores extrínsecos tipo “p” e tipo “n”
 DIODO  é um dispositivo que permite a
corrente fluir em um sentido e não em outro. É
construído juntando um semicondutor tipo “n” e
tipo “p”.
JUNÇÃO P-N
- Quando uma voltagem é aplicada como no 
esquema (A), os dois tipos de cargas se 
moverão em direção à junção onde se 
recombinarão. A corrente elétrica irá fluir.
- No esquema (B), a voltagem causará o 
movimento de cargas para longe da junção. A 
corrente não irá fluir no dispositivo.
(A)
(B)
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.10 SEMICONDUTORES – CONDUTIVIDADE ELETRÔNICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
- ocorre quando a resistividade do material for nula
- temperatura crítica (Tc) resistividade torna-se bruscamente nula
- até 1986 melhores supercondutores Tc < 23 K material deveria ser 
resfriado em hélio líquido para tornar-se supercondutor
- mais tarde: supercondutores cerâmicos com Tc mais altas:
Y1Ba2Cu3O7-x Tc  100K
nitrogênio líquido é suficiente para resfriar 
- supercondutividade desaparece: acima da Tc
campo magnético
corrente elétrica
PARÂMETROS QUE DEFINEM UM 
SUPERCONDUTOR
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.11 SUPERCONDUTIVIDADE ELÉTRICA
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.11 SUPERCONDUTIVIDADE ELÉTRICA
Levitação magnética de supercondutores
Se um pequeno campo magnético atua próximo a um supercondutor este será repelido devido a 
supercorrentes induzidas e poderá produzir imagens espelho em cada polo. Se um magneto 
permanente for colocado embaixo de um supercondutor, este poderá levitardevido a força 
repulsiva. A cerâmica mostrada na figura é um supercondutor de ytrio.
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
APLICAÇÕES
Levitação magnética: transporte de veículos, assim como 
trens através de flutuação sobre supercondutores 
magnéticos, eliminando: vibrações e fricção. 
Ex.: SCM of the Yamanashi Maglev Test Line
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.11 SUPERCONDUTIVIDADE ELÉTRICA
O SCM (Supercondutor magnético) é o elemento chave do 
supercondutor Maglev. Dois SMCs são montados sobre cada 
módulo. Cada SMC consiste de 4 SC espiral. A unidade cilíndrica 
é um tanque de nitrogênio e hélio liquefeitos. A unidade bottom é 
o SC alternando a geração de polos S e N. 
Tecnologia biomagnética: desenvolvimento de SQUID (Superconducting QUantum Interference 
Device) usado em Magnetoencefalografia. Com esta tecnologia o corpo pode ser irradiado com 
certa profundidade sem a necessidade de associar campos magnéticos fortes.
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
- MATERIAL DIELÉTRICO: material isolante que apresenta em nível atômico ou molecular 
regiões carregadas positivamente separadas de regiões carregadas negativamente
- RIGIDEZ DIELÉTRICA: tensão máxima que o material pode suportar antes de perder as 
características de ser isolante para vidros, polímeros e cerâmicos  10 a 40 V/mm
Constante dielétrica:
Capacitor  constituído de duas placas metálicas paralelas separadas por uma distância
"d" e de área "A".
capacitância  medida da habilidade de armazenar uma carga elétrica.
 adição de um dielétrico aumenta a capacitância
por um fator , proporcionalmente.
Propriedades Básicas dos Materiais Dielétricos
C = k  A : constante dielétrica
d e: permeabilidade do 
meio
 Materiais cerâmicos são empregados como dielétricos em capacitores. Utiliza-se principalmente 
o titanato de bário com outros aditivos (ex: BaTiO3 + baixo % CaTiO3 ou CaTiO3 + BaZrO3, apresenta 
 = 6500).
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.12 COMPORTAMENTO DIELÉTRICO
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
FERROELÉTRICOS
- não têm um centro de simetria  formam um momento dipolar
- polarização permanente
- utilizados como transdutores eletro-mecânicos.
Ex: transdutor de 
limpeza ultra-sônica, 
transdutor de ondas 
sonoras de baixo de 
água.
Materias: BaTiO3, 
PbZrO3, PbTiO3
Estrutura do BaTiO3. (a) Acima de 120ºC é cúbica. (b) Abaixo de 120ºC é levemente tetragonal, 
apresentando um momento dipolar elétrico.
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.12 COMPORTAMENTO DIELÉTRICO
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
- materiais dielétricos onde a polarização pode ser induzida pela
aplicação de forças
Esquema dos dipolos elétricos em um material piezoelétrico. 
(a) Material em condições normais. (b) Tensão compressiva causa uma ddp. 
(c) A aplicação de uma voltagem causa uma diferença dimensional.
PIEZOELÉTRICOS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.12 COMPORTAMENTO DIELÉTRICO
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3.3.13 Diamagnetismo
3.3.14 Paramagnetismo
3.3.15 Ferrimagnetismo
3.3.16 Antiferromagnetismo
3.3.17 Magnetos macios e duros
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
COMPORTAMENTO MAGNÉTICO
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Exemplos: ferritas, magnetitas 
 Vantagem deste tipo de material: armazenar muita informação em pouco espaço
 Átomos podem ou não apresentar momento magnético
 Propriedades magnéticas são determinadas pela estrutura: eletrônica, cristalina, microestrutura
 Materiais tendem a diferir sua resposta quando em presença de um campo magnético
 Efeitos magnéticos são originados em correntes elétricas muito pequenas associadas a elétrons em 
órbitas atômicas ou a spins de elétrons
 As propriedades magnéticas de um material podem ser medidas por diferentes parâmetros
Ex.: permeabilidade magnética relativa
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
COMPORTAMENTO MAGNÉTICO
r = 
0
 e r medem a facilidade com que um campo 
magnético B pode ser introduzido em um material 
sob a ação de um campo externo H
Ex.: suscetibilidademagnética relativa (m)
m = r - 1
 Permeabilidade magnética relativa (r) de alguns materiais
DIFERENTES ESTRUTURAS 
CRISTALINAS E MICROESTRUTURAS 
GERAM DIFERENTES INTENSIDADES 
DE MAGNETIZAÇÃO
Fe “puro” (0,1% impurezas) 0,5 . 103
Aço silício (4,25% Si) 1,5 . 103
Aço silício (3,25% Si) com grão orientados (textura) 2,0 . 103
Supermalloy (79%Ni; 16%Fe; 5%Mo) 1,0 . 104
Ferrita cerâmica (Mn, Zn)Fe2O4 1,5 . 103
Ferrita cerâmica (Ni, Zn)Fe2O4 0,3 . 103
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
-Comportamento diamagnético ocorre quando o átomo (sem um momento magnético) aceita um 
alinhamento no campo magnético, sendo a magnitude muito pequena ede direção oposta ao do 
campo aplicado
-Forma muito fraca de magnetismo: persiste enquanto um campo magnético externo for aplicado: 
ausência de campo externo momento magnético nulo
-Todos materiais são diamagnéticos muito fracos: observa-se quando não há outro tipo de
magnetismo. Ocorre na maioria dos átomos dos materiais cerâmicos
-Susceptibilidade de materiais diamagnéticos(m): -10-6 a -10-5 (não varia com a T)
Configuração de dipolos de um material 
diamagnéticos. (a) na ausência de um campo 
externo. (b) na presença de um campo externo.
Al2O3 -1,81 . 10
-5
Cobre -0,96 . 10-5
Ouro -3,44 . 10-5
Silício -0,41 . 10-5
NaCl -1,41 . 10-5
- Susceptibilidade magnética (m) de diamagnéticos é negativa
- Diamagnéticos não apresentam Tc
- Supercondutores tem comportamento diamagnético
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.13 DIAMAGNETISMO
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
- Átomos individuais possuem momentos magnéticos:
orientações ao acaso magnetização nula para
um grupo de átomos
Dipolos podem 
ser alinhados 
na direção do 
campo aplicado
Configuração de dipolos em 
um material paramagnético: 
a) na ausência de campo 
externo; b) com campo 
externo aplicado
- Paramagnetismo: forma muito fraca de magnetismo sem aplicação prática
- observado: metais (ex.: Cr, Mn), gases diatômicos (O2 e NO), íons de metais
de transição, terras raras, seus sais e óxidos.
- Susceptibilidade magnética: 10-5 a 10-3 (positiva e diminui com a temperatura)
m = K
T
K= constante 
T = temperatura
- Paramagnéticos não apresentam Tc
Representação 
esquemática dos 
momentos 
magnéticos de um 
material 
paramagnético.
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.14 PARAMAGNETISMO
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
Configuração 
dos momentos 
magnéticos na 
ferrita
Ferrimagnetismo ocorre em alguns materiais cerâmicos que apresentam forte magnetização
permanente ferritas (fórmula geral: MFe2O4, e M é um elemento metálico)
• Protótipo das ferritas: Fe3O4 = Fe
++O- -(Fe+++)2(O
- -)3
- Momentos 
magnéticos dos 2 
tipos de íons não se 
cancelam totalmente e 
o material apresenta 
magnetismo 
permanente
cátion Fe++ interstícios octaédricos (4)
cátion Fe+++ interstícios octaédricos (5)
cátion Fe+++ interstícios tetraédricos (5)
ânion O- - magneticamente neutro
MAGNETITA
- Temperatura crítica
- Susceptibilidade magnética (m) 
diminui com o aumento da 
temperatura (T)
m  K
T± 
K = constante
T = temperatura
 é diferente de c
Ex: Fe, Ni, Mn, Co, Cu, e Mg
NiFe2O4, (Mn, Mg)Fe2O4
Estrutura cristalina típica da ferrita
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.15 FERRIMAGNETISMO
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
- Protótipo deste caso é o MnO material cerâmico, com caráter iônico e 
estrutura cristalina CFC tipo NaCl
- momento magnético O- - é zero
- momento magnético M++ é permanente num arranjo 
que forma momentos opostos ou antiparalelo
Diagrama esquemático mostrando a 
configuração de momentos magnéticos no MnO
- O material como todo não apresenta momento magnético
- Alguns compostos de metais de transição apresentam este comportamento: MnO, CoO, 
NiO, Cr2O3, MnS, MnSe e CuCl2
- Temperatura crítica temperatura de Néel (n)
- Susceptibilidade magnética (m) da ordem dos 
materiais paramagnéticos e diminui com o aumento
da temperatura (T)
m  C
T± 
C = constante
T = temperatura
 é diferente de n
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.16 ANTIFERROMAGNETISMO
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
Dependência da temperatura na susceptibilidade magnética (a) paramagnético, (b) ferromagnético 
(mostrando a transição para paramagnético), (c) antiferromagnético (mostrando a transição para 
paramagnético).
a b c
(cerâmicos)
(cerâmicos)
(cerâmicos)
(metais)
(metais)
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
RESUMINDO
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
CURVA DE MAGNETIZAÇÃO 
OU DE HISTERESE
Indução residual (Br) - indução 
magnética conservada no corpo 
magnetizado, depois de anulada 
a intensidade do campo. (Gauss)
Força coercitiva (Hc)- intensidade 
de campo aplicado para 
desmagnetizar. (Oersted) 
1 - Curva histerética
2 - Curva original
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.17 MAGNETOS MACIOS E DUROS
CURVA HISTERÉTICA PARA LIGAS MAGÉTICAS 
DURAS E MACIAS
MAGNÉTICOS MACIOS MAGNÉTICOS DUROS
- Ligas magnéticas
macias fácil de 
magnetizar e 
desmagnetizar 
- Ligas magnéticas 
duras permanece 
magnético ou é um 
magneto permanente
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
MATERIAL MAGNETO MOLE: Apresentam Hc de baixo valor e pequenas perdas de histerese e 
baixo Br. A área do ciclo de histerese e a perda de energia por ciclo são pequenas. Opera na 
presença de um campo magnético.
- São ligas organizadas.
- São empregadas como ligas a serem submetidas à magnetização alternada (núcleos de 
transformadores) Ex.: geradores, motores elétricos e transformadores (para estas aplicações é 
necessário materiais magnéticos moles, de baixa remanência, como: Fe puro, aço ao silício, 
supermalloy e ferritas cúbicas do tipo espinélio).
EFEITO DA TEMPERATURA: 
As características de um ferromagnético (material 
magnético mole) variam com a T
T energia térmica  mobilidade das paredes 
de Bloch dos domínios
magnéticos
Paredes de Bloch: fronteira entre domínios vizinhos, região de transição, espessura
 100 nm, onde a direção de magnetização muda gradualmente, é um defeito bidimensional
MAGNETIZAÇÃO E DESMAGNETIZAÇÃO: São facilitadas: T > C
comportamento ferromagnético desaparece
Efeitos da T (a) ciclo de histerese, (b) 
magnetização de saturação.
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.17 MAGNETOS MACIOS E DUROS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
é magnetizado durante a fabricação e deve reter o magnetismo 
após a retirada do campo magnético.
 Se caracterizam pelo grande valor de Hc e alto Br
 Importante: resistência a desmagnetização (área BH é 
maximizada)
 Apresenta um ciclo de histerese grande.
 São ligas endurecidas com estruturas 
desequilibradas, dispersas
 São utilizadas na fabricação de imãs permanentes
 Aplicações: refrigeradores e fones de ouvido, 
utilizando- se: ferritas cerâmicas, SmCo5, Sm2Co17 e 
NdFeB
 Magnetos duros são constituídos de ferromagnéticos, 
e algumas ferritas hexagonais
MATERIAL MAGNETO DURO: 
Aumento da eficiência (energia 
magnética máxima) dos 
magnetos permanentes no 
século XX.
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.17 MAGNETOS MACIOS E DUROS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3.3.18 Propriedades ópticas dos materiais cerâmicos
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
COMPORTAMENTO ÓTICO
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Propriedades óticas resposta ou reação de um material à incidência de
radiação eletromagnética, e em particular a luz visível
 Luz fenômeno ondulatório
evidência: ocorrência de difração
 Trabalho experimental a luz é uma onda
eletromagnética
 Einstein feixe de luz consiste em pequenos
pacotes de energia
quanta de luz: FÓTON
 Fóton incidindo na superfície de um metal
transfereenergia para o elétron,
que pode escapar do material
 Radiação eletromagnética
mecânica clássica ondas
mecânica quântica fótons
 Formas de radiação eletromagnética: luz, 
calor, ondas de radar, ondas de rádio e raios X
Espectro de radiações eletromagnéticas
COMPORTAMENTO ÓTICO
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Todos os corpos emitem radiação eletrromagnética movimento térmico de átomos e 
moléculas
radiação térmica visível depende de T
Ex.: 300°C radiação infravermelha
800°C radiação visível
 Luz visível espectro de radiações pequeno 0,4m l 0,7m CORES
 Radiação eletromagnética atravessa o vácuo com a 
velocidade da luz
c = velocidade da luz 3x108 m/s 
0 = permissividade elétrica no vácuo
0 = permeabilidade magnética no vácuo
c = 1
(00)
½
0,40 a 0,45 µm – violeta
0,45 a 0,50 µm – azul
0,50 a 0,55 µm – verde
0,55 a 0,60 µm – amarelo
0,60 a 0,65 µm – laranja
0,65 a 0,70 µm – vermelho Feixe de luz incide no sólido com intensidade I0
parte é transmitida It
parte é absorvida Ia relacionadas por:
parte é refletida Ir
I0 = It + Ia + Ir (em W/m
2)
ou
T + A + R = 1T = transmitância (It/I0)
A = absorbância (Ia/I0)
R = refletância (Ir/I0)
Se: T >> A+R: materiais transparentes
T << A+R: materiais opacos
T pequeno: materiais translúcidos
COMPORTAMENTO ÓTICO
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Cerâmicos não apresentam e- livres (que absorvem fótons de luz) e podem ser transparentes à
luz visível
Fenômenos importantes: Refração, Transmissão, Reflexão e Absorção
REFRAÇÃO (n) E REFLEXÃO (R)
 Velocidade de propagação da luz no sólido transparente () é menor que no ar
feixe de luz muda de direção na interface ar/sólido
 Índice de refração: = permissividade elétrica do material
= permeabilidade magnética do material
n = c = ()½
 (00)
½
Índice de refração de alguns materiais cerâmicos
Material Índice de refração
Vidro de sílica 1,458
Vidro pyrex 1,47
Vidro óptico “flint” 1,65
Al2O3 – α 1,76
MgO (periclásio) 1,74
Quartzo 1,55
R
Quanto maior n do 
material, maior R
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.18 PROPRIEDADES ÓPTICAS DOS MATERIAIS CERÂMICOS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
REFRAÇÃO (n) E REFLEXÃO (R)
 Cerâmicos cristalinos Cúbicos e vidros índices de
refração isotrópicos
Cristais não cúbicos índices de refração
maior em direções mais densas
 Luz passa de um meio n1 para outro n2
parte da luz é refletida na interface dos meios
 Como o n depende de λ da luz incidente, R também depende de λ
Se um dos meios for o ar n1 = 1
R = n2 - n1 ½
n2+n1
R = n2 - 1 ½
n2+1
Variação das frações da luz 
incidente que são 
transmitida, absorvida e 
refletida por um determinado 
vidro em função do 
comprimento de onda
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.18 PROPRIEDADES ÓPTICAS DOS MATERIAIS CERÂMICOS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
ABSORÇÃO(A) E TRANSMISSÃO (T)
 Maioria dos materiais transparentes são coloridos
a cor dos materiais transparentes é uma combinação dos comprimentos transmitidos
 Absorção de fótons por e- da banda de
valência promovendo-os à banda de condução
em não-metais também é possível, desde que os
e-- superem a banda proibida.
 Energia associada com l (E = hc/l)
determina-se l e E máximos e mínimos cedidos
aos e- pela luz visível
lmin = 0,4 m  Emax = 3,1eV
lmax = 0,7m  Emin= 1,8eV
Comprimentos de onda absorvidos (nm) e cores complementares
Conclusão: i) a luz pode ser absorvida por materiais com banda proibida
menor que 1,8 eV (SEMICONDUTORES) estes materiais são
opacos ex.:Si, Ge, AsGa
ii) materiais com banda proibida entre 1,8 e 3,1 eV absorvem 
apenas alguns comprimentos de ondas estes materiais são 
coloridos ex.:GaP, CdS 
iii) a luz visível não pode ser absorvida por este mecanismo em 
materiais com banda proibida maior que 3,1 eV
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.18 PROPRIEDADES ÓPTICAS DOS MATERIAIS CERÂMICOS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
ABSORÇÃO(A) E TRANSMISSÃO (T)
 Impurezas podem contribuir para que alguns comprimentos de onda sejam absorvidos
Ex.: safira e rubi
Safira: cristal puro de Al2O3, isolante,
transparente
Rubi: safira onde uma pequena quantidade 
de íons Cr+3 substitui o Al+3, causa 
absorção na região de luz azul do espectro 
visível. Cristal resultante: vermelho
Cor dos vidros de sílica, cal, soda e chumbo pode ser
modificada pela adição de óxidos de elementos de
transição
Ex.: adição de 0,01 a 0,03% de CoO - coloração azulada
adição de 0,2% de NiO - coloração púrpura
adição de 1,0% de FeO - amarelo esverdeada
Cor pode ser resultado do desvio da estequiometria
ou da presença de defeitos cristalinos
Ex.: cristais puros de NaCl, KBr e KCl são incolores se
forem recozidos em atmosfera de metais alcalinos ou
irradiados com raios X ou neutrôns
coloração: NaCl amarelo
KBr azul
KCl magenta
Criou-se defeitos:
centro de cor
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.18 PROPRIEDADES ÓPTICAS DOS MATERIAIS CERÂMICOS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
ABSORÇÃO (A) E TRANSMISSÃO (T)
R, A e T dependem do material, do caminho ótico, l incidente
 Defeitos no material espalham a luz e podem torná-lo
transparente, translúcido ou opaco
Ex.: monocristal de safira (Al2O3) transparente
policristal de safira sem poros translúcido
policristal de safira com 5% poros opaco
Variação da transmitância com l incidente para diversos materiais. 
Exemplo: lâmpada de sódio 
(1000oC) com tubo de alumina
(100 lúmens/W convencional 15 
lúmens/W)
Alumina convencional (opaca) Alumina translúcida
porosidade: 3% porosidade: 0,3
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.3 PROPRIEDADES FÍSICAS
3.3.18 PROPRIEDADES ÓPTICAS DOS MATERIAIS CERÂMICOS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3.4.1 Biomaterial
3.4.2 Dentária
3.4.3 Função nuclear
3.4.4 Função química
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 DEFINIÇÃO
 qualquer substância ou combinação de substâncias, de
origem natural ou sintética, usadas como parte ou como todo de
sistemas do corpo humano
 material deve ser biocompatível - ser inerte e inócuo e
apresentar respostas controláveis e assimiláveis
 biomaterias devem também resistir à força da gravide e 
transmitir forças resultantes da ação muscular
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.1 BIOMATERIAL
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 ALUMINA SINTERIZADA
sistema femoral utilizava-se ligas de Ti-Al-V
avanço na pesquisa de materias, começou-se a utilizar 
Al2O3 de alta pureza e poli-cristalino:
 material duro
 resiste ao desgaste
 apresenta baixa tensão de fricção na junta.
 resistência à fratura por apresentar baixa 
tenacidade
 características de fadiga são pobres.
Então o sistema femoral, é uma liga metálica atada a uma bola de cerâmica
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.1 BIOMATERIAL
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
Revestimentos de 
hidroxapatita
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.1 BIOMATERIAL
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 CARBONO
 excelente compatibilidade com tecidos e fluidos do
organismo humano
 alta durabilidade, sendo utilizado na confecção de válvulas
cardíacas
 encontrando aplicação na ortopedia.
FOSFATO TRICÁLCICO
 propriedade de penetração dos tecidos nas superfícies 
porosas
 material absorvível pelo
 muito utilizado na regeneração óssea, como em defeitos de 
vértebras 
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.1 BIOMATERIAL
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
1. Introdução
2. Propriedades do dente natural
3. Materiais de uso odontológico
4. Porcelana
5. Hidroxiapatita6. Alumina
7. Novos materiais
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
HISTORICAMENTE
 Utilização de dentes de animais e marfim para a manufatura de dentes e prótese dentárias;
 Evolução utilização de dentes de pessoas mortas como próteses.
Soluções provisórias ocorria a desintegração em pouco
espaço de tempo e uso
 Em 1776/1789 mencionou-se a utilização de dentes cerâmicos como substitutos
origem do estudo de materiais biocerâmicos.
 Indústria cerâmica iniciou-se em 1827
Denstista Stockton (Philadelphia) fabricou o 1° dente cerâmico eficaz
 Meio do século IXX outras fábricas surgiram na Inglaterra e EUA, monopolizando este
mercado
motivou-se e estabeleceu-se o melhoramento da cor e ancoragem
 Mais tarde maiores desenvolvimentos no desenvolvimento de luminescencia,
opacidade e condições de queima para obtenção do dednte cerâmico.
1. Introdução
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
UTILIZAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS puros ou como revestimentos
Visa-se otimizar a osseointegração
 Principais fatores responsáveis pela obtenção da osseointegração:
- técnica cirúrgica;
- carga transferida aos implantes:
- qualidade do tecido receptor;
- biocompatibilidade do material de implante e o projeto do implante.
dependem do implante selecionado, que deve possuir propriedades
mecânicas e propriedades de superfície adequadas
 Propriedades mecânicas dependem do material, e não de sua forma, e incluem:
- dureza;
- resistência à tração;
- resistência à compressão;
- resistência à fadiga;
- módulo de elasticidade.
propriedades que devem ser observadas 
na elaboração do projeto do implante.
1. Introdução
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
Otimização da osseointegração:
 Propriedades de superfície significam propriedades físicas e químicas:
- composição química;
- grau de contaminação;
- energia de superfície;
- resistência à corrosão; 
- rugosidade; 
- tendência a desnaturar proteínas. 
 Superfícies rugosas aumento da resistência mecânica da interface implante-osso, pois 
aumenta a área da superfície do implante, favorecendo o aumento 
na área de contato entre osso e o implante
 Aumento do percentual de contato ósseo ao redor dos implantes atua diminuindo a tensão 
transmitida ao tecido ósseo, na interface com o implante. 
alterações nas propriedades de superfície 
dos implantes afetam significativamente a 
performance in vivo.
1. Introdução
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Dentes apresentam estruturas em camadas: esmalte, dentina e raiz.
- Esmalte: - fornece dureza e resistência a tensão
- camada translúcida e pouco opaca
- fornece a superfície de corte
- nesta camada defini-se a cor do 
dente, conforme a luz incidente
- degradado por trincas
- Cada reposição de dente depende de cada paciente 
devido as condições de acordo: cor, forma, etc.
2. Propriedades natural do dente
ESMALTE
DENTINA
RAIZ
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
Materiais cerâmicos utilizados como material odontológico:
- porcelana iniciou-se à cerca de 200 anos e vem sendo aperfeiçoada
existem diferentes tipos e composições
- hidroxiapatita material bioativo, pode ser usado como revestimento de um metal
- alumina apresenta propriedades de interesse: resistência mecânica, ao 
desgaste abrasivo, cor...
- zircônia apresenta propriedades de interesse: resistência mecânica, ao 
desgaste abrasivo, cor...
- diferentes misturas de materiais cerâmicos visando a otimização das propriedades
3. Materiais de uso odontológico
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Porcelana dentária - nome dado devido a aparência final da matéria-prima utilizada para 
o desenvolvimento de próteses dentárias
- devido a composição poderia ser denominado “dente feldspático”
- a composição básica de uma porcelana dentária apresenta: 
feldspato, quartzo e caolim
 A porcelana dentária é utilizada a cerca de dois séculos e as alterações na sua composição 
foram realizadas tentando diminuir o ponto de fusão.
 Vantagens translucidez, cor, textura, resistência ao manchamento e à abrasão, 
radiopacidade, isolamento térmico e biocompatibilidade.
 Desvantagens - friabilidade (nas margens) dando preferência ao uso do ouro
- cimentos: eram fosfatados e interferiam na coloração e estética da 
porcelana.
 Década de 30 início das restaurações laminadas de porcelana
lâminas de cerâmica eram fixadas provisoriamente aos 
dentes através de um pó adesivo para dentaduras
3. Porcelana dentária
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Até os anos 60 - coroas ocas de porcelana eram a solução estética mais aceita
- coroas metalo-cerâmicas tornaram-se populares: melhor 
adaptação, menos problemas de fraturas, utilização em destes 
posteriores e próteses fixas, porém a estética era menos satisfatória
 Década de 80 - desenvolvimento de técnicas adesivas e aprimoramento da 
porcelana
- utilização da porcelana como material odontológico com maior 
sucesso clínico
 Atualmente - introdução de diferentes tipos de porcelana no mercado, alternativas as 
aluminíticas e feldspáticas convencionais
- busca-se acentuar a performance estética sem sacrificar a expectativa de 
vida
3. Porcelana dentária
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Utilizam-se apenas feldspatos de alta qualidade
- livres de outros minerais, 
- sem impurezas, principalmente Fe2O3 (causador de bolhas em contato com nitrogênio),
- sem muita liberdade de redox, pois isto facilita a troca de íons, pode formar bolhas e 
instabilizar o intervalo de temperatura de queima utilizado.
 Feldspato com grande intervalo de sinterização utilizado na manufatura de dentes devem ter alto 
teor de potássio e baixo de soda.
3. Porcelana dentária
3.1 Matérias-primas básicas e suas propriedades
3.1.1 Feldspato
Componente SiO2 Al2O3 K2O Na2O Fe2O3 CaO MgO
% 67,2 18,5 13,5 2,4 0,02 0,27 0,24
Composição típica de um feldspato para uso odontológico (dente).
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Quartzo utilizado em porcelana dentária também deve ser de elevada pureza (99,7% SiO2 e 
menos que 0,015% Fe2O3).
 Quartzo é dissolvido na fase vítrea do feldspato (porcelana) durante a queima, aumentando a 
viscosidade da mistura prevenindo distorção
 Durante a queima apenas uma pequena quantidade de quartzo é dissolvido e o quartzo restante 
influencia na resistência do produto PROBLEMA: quartzo tem baixa resistência ao 
choque térmico
RESOLUÇÃO: pré-fusão dos silicatos antes 
da mistura na porcelana
 A dissolução do quartzo na fase vítrea do feldspato depende da história da formação:
- estrutura cristalina(evitar quartzo de areia)
- distribuição no tamanho de grão
- adições com facilidade de dissolução
 O quartzo residual causa a opacidade característica necessária ao dente: COMPROMISSO 
DISSOLUÇÃO COMPLETA DO QUARTZO E QUANTIDADE DE QUARTZO RESIDUAL.
3. Porcelana dentária
3.1 Matérias-primas básicas e suas propriedades
3.1.2 Quartzo
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Caolim é adicionado a porcelana dentária como agente opacificador
 Opacidade depende do tamanhode grão do agente opacificante
adiciona-se caolim de alta qualidade e fineza e com poucos óxidos 
descolorantes
 Pré-queima do caolim com outros componentes para formar
- mulita primária pré-calcinação melhor que o quartzo
- mulita secundária em relação a resistência e
expansão térmica, pois 
diferem menos em relação a 
fase vítrea
 Mulita formada e não dissolvida causa opacidade
Opacidade é aumentada pela diferença dos índices de refração da fase vítrea e mulita
3. Porcelana dentária
3.1 Matérias-primas básicas e suas propriedades
3.1.3 Caolim
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Composição de cerâmica dentária no sistema triaxial: fedspato – quartzo – argila 
3. Porcelana dentária
3.2 Composição de corpos dentários
Composição típica em óxidos de 
dentes de porcelana comerciais
Óxidos (%) Dente A Dente B Dente C
SiO2 59,60 61,40 70,70
TiO2 0,10 0,05 0,06
Al2O3 23,60 22,90 16,80
Fe2O3 0,08 0,16 0,13
MgO 0,16 0,08 0,08
CaO 0,56 0,64 0,14
Na2O 7,40 8,10 7,70
K2O 5,70 4,40 2,30
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Adições subsidiárias podem ser feitas para modificar propriedades
- Al2O3 calcinada diminuir o brilho superficial do vidro de feldspato
proporcionar resistência elevada
abaixo da Tqueima serve como agente opacificante
- Mulita fundida agente opacificante abaixo de 10%
apresenta maior pureza que a adição de caolim
 Adições de agentes opacificantes para ajustar a aparência natural à prótese dentária
- SnO2, ZrO2, CeO2, TiO2 e ZrSiO4 agentes opacificantes abaixo de 5%
- O grau de opacidade é dependente do tamanho de grão dos óxidos adicionados.
- As partículas opacificantes são formadas na fase vítrea pela recristalização durante o 
resfriamento.
 Pode-se ainda adicionar fibras inorgânicas para aumentar as propriedades mecânicas
3. Porcelana dentária
3.2 Composição de corpos dentários
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
Produção: aglutinação do pó da porcelana a um líquido ou água e esculpir em camadas 
sobre um troquel refratário, lâmina de platina ou sobre o metal de uma 
metalocerâmica e então,elevada a altas temperaturas.
Tipos:
1. PORCELANAS FELDSPÁTICAS: - constituem-se de 75% a 85% de feldspato, 12% a 22% de 
quartzo e 3% a 4% de caolin
- empregadas na confecção de metalo-cerâmicas, facetas, 
coroas puras e incrustações.
- usadas isoladamente para confeccionar peças ou em 
associação com outros sistemas, onde a porcelana 
feldspática recobre uma porcelana aluminizada (In Ceram) 
ou um Vitrocerâmico (Dicor), que lhe confere maior 
resistência à fratura, funcionando como uma subestrutura. 
- utilizada como recobrimento, pois apresenta excelentes 
características de translucidez e cor semelhante ao dente 
natural
3. Porcelana dentária
3.3 Tipos de porcelanas dentárias e características
3.3.1 Porcelanas sinterizadas
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
2.. PORCELANAS FELDSPÁTICAS REFORÇADAS POR LEUCITA
- São mais resistentes que a porcelana feldspática convencional;
- Exemplo: OPTEC HSP que contém 40% do volume de cristais de leucita; 
- Utiliza-se em porcelanas de corpo e incisal, pois a opacidade dada pelos cristais de 
leucita não necessita do uso da porcelana opaca;
- São indicadas para facetas laminadas e coroas submetidas a baixas tensões;
3. Porcelana dentária
3.3 Tipos de porcelanas dentárias e características
3.3.1 Porcelanas sinterizadas
Porcelana feldspática rica em leucita Porcelana feldspática com pouca leucita
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3. PORCELANAS ALUMINIZADAS
- Compõem-se de 40% a 50% de cristais de óxido de alumínio incorporados às 
porcelanas tradicionais, propriedades de interesse:
- alta elasticidade e resistência à estrutura.
- redução da translucidez da porcelana aluminizada, 
limitando o uso apenas como base para a aplicação da 
porcelana feldspática. 
- Desvantagem: a sinterização das partículas pode resultar em microporosidades e 
heterogeneidade entre as partículas, podendo formar fendas.
3. PORCELANAS ALUMINIZADAS INFILTRADAS COM VIDRO
- Técnica criada para melhorar os problemas de fragilidade associados à porcelana. 
- Nome do sistema: In-Ceram é constituído por uma subestrutura (semelhante ao copping 
da metalo-cerâmica) usando-se um pó cerâmico de óxido de alumínio extremamente fino.
existem 2 estágios: - 1º estrutura sintética alumina porosa é criada usando-se 
um troquel refratário.
- 2º a estrutura porosa é infiltrada por vidro de lantânio, 
boro e água destilada.
3. Porcelana dentária
3.3 Tipos de porcelanas dentárias e características
3.3.1 Porcelanas sinterizadas
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
3. PORCELANAS ALUMINIZADAS INFILTRADAS COM VIDRO
- Copping: 70% de óxido de alumínio puro sobre este aplica-se cerâmica 
feldspática para dar a estética final. 
- Propriedades do In-Ceram: maior resistência flexural, ótima adaptação e grau de 
translucidez ideal, indicação em coroas unitárias (anteriores e posteriores), incrustações, 
coroas sobre implantes e próteses fixas de até 3 elementos.
- Variações do In-Ceram:
IN-CERAM SPINELL possui o dobro de translucidez do In-Ceram ALUMINA, 
sendo mais estético. Neste sistema, substituiu-se uma parte do óxido de 
alumínio por óxido de magnésio. Possui uma resistência flexural um pouco 
menor que o In-Ceram.
IN-CERAM ZIRCÔNIA pode ser confeccionado como o In-Ceram convencional 
ou, experimentalmente, através da trituração de blocos pré-formados de 
zircônio. Pode ser indicado para coroas unitárias posteriores, próteses fixas de 
3 elementos anteriores e posteriores e próteses sobre implantes devido ao alto 
conteúdo de óxido de zircônio e alumínio.
3. Porcelana dentária
3.3 Tipos de porcelanas dentárias e características
3.3.1 Porcelanas sinterizadas
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
1. Sistemas DICOR e DICOR PLUS
- Cerâmicos vítreos reforçados por mica.
- Utiliza-se um processo de fundição centrífuga, o Vitrocerâmico conserva sua estrutura 
amorfa e depois a restauração é envolta em um revestimento especial que produz o 
crescimento de cristais, convertendo a fundição para o estado cristalino, o qual aumenta 
a resistência (semelhante à técnica da cera perdida). Após, é realizada a pintura 
extrínseca e o glazeamento com porcelanas vítreas fluidas.
- Características: resistência final semelhante à porcelana aluminizada. 
mastigação pode remover a pintura extrínseca, alterando 
as características estéticas
indicado para confecção de facetas, incrustações e coroas 
ocas. 
- DICOR PLUS: composto por uma infra-estrutura fundida ceraminizada e uma cobertura 
feldspática colorida, para tentar diminuir a alta translucidez.
3. Porcelana dentária
3.3 Tipos de porcelanas dentárias e características
3.3.2 Porcelanas injetadas ou de vidro fundido
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
2. Sistema CERAPEARL
- A fase cristalina principal é a hidroxiapatita
Problema: a hidroxiapatita é muito branca em relação aos dentes 
naturais, então aplica-se glazes coloridos 
- Em toda cerâmica vítrea fundida, o processo cerâmico não aumenta apenas a 
resistência, mas também resulta em contração adicional, provocando porosidade e falta 
de homogeneização.
3. Porcelana dentária
3.3 Tipos de porcelanas dentárias e características
3.3.2Porcelanas injetadas ou de vidro fundido
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
Neste tipo de processo visa-se diminuir as heterogeneidades e microporosidades e a contração 
durante o processamento cerâmico
1. Sistema IPS EMPRESS e IPS EMPRESS II
- Sistema IPS EMPRESS utiliza pastilhas de porcelana feldspática reforçada por leucita pré 
ceraminizada na cor desejada, fundidas em alta temperatura sob pressão hidrostática a vácuo 
para dentro do revestimento. 
- O emprego do calor e pressão têm a finalidade de aumentar a resistência.
- Limitação da técnica: confeccionar restaurações monocromáticas. 
- IPS EMPRESS é indicado para coroas totais e facetas laminadas.
- IPS EMPRESS II consiste em uma cerâmica vítrea de di-silicato de lítio com uma 
resistência três vezes maior que o IPS EMPRESS convencional, sendo indicado para 
próteses fixas de 3 elementos.
3. Porcelana dentária
3.3 Tipos de porcelanas dentárias e características
3.3.3 Porcelanas injetadas em alta pressão e calor
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
2. Sistema OPTEC OPC
- O sistema OPTEC OPC (OPTEC cerâmica prensada) contém um aumento na quantidade 
de cristais de leucita comparado ao OPTEC HSP.
3. Sistema CERESTONE
- O sistema CERESTONE consiste na combinação de óxido de alumínio com óxido de 
magnésio.
3. Porcelana dentária
3.3 Tipos de porcelanas dentárias e características
3.3.3 Porcelanas injetadas em alta pressão e calor
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
1. Sistema CEREC, CEREC 2 e CELAY
- São sistemas computadorizados acoplados a aparelhos que realizam o desgaste de um 
bloco cerâmico ou de vidro pré-prensado.
- CEREC: peças são obtidas a partir de impressão óptica do preparo na boca através de 
micro-câmeras. 
- CELAY: micro sensor leitor de superfície de padrões de resina confeccionam a peça 
diretamente na boca ou sobre o modelo.
- Vantagem destes sistemas: confecção e restauração em sessão única,sem moldagem. 
- Desvantagens: alto custo do equipamento, escultura e cor.
3. Porcelana dentária
3.3 Tipos de porcelanas dentárias e características
3.3.3 Porcelanas tipo CAD/CAM
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
2. Sistema PROCERA ALL CERAM
- O sistema PROCERA produz um copping de alumina de alta pureza (99%) 
proporcionando à restauração uma alta resistência. 
- A peça protética é fabricada a partir de um desenho assistido por um computador e um 
processo de usinagem
- A aplicação da cerâmica pode ser executada através do sistema convencional em 
qualquer laboratório.
- Características: excelente estética, resistência e durabilidade. 
3. Porcelana dentária
3.3 Tipos de porcelanas dentárias e características
3.3.3 Porcelanas tipo CAD/CAM
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Utilizada como superfícies e/ou revestimentos bioativos (estimula a formação de novo osso). 
Superfícies bioativas alteração cínética após a implantação
forma-se uma camada de hidroxicarbonato de apatita 
que é química e estruturalmente equivalente à fase 
mineral do osso
Biointegração união bioquímica entre a superfície do implante e o osso, 
independente de qualquer mecanismo de união mecãnica
 Diferentes respostas do tecido ósseo a implantes de titânio puro (CP) e a implantes 
revestidos com hidroxiapatita
Pesquisa: cinco implantes com superfície de titânio puro
cinco implantes de titânio puro revestidos com hidroxiapatita 
análise da interface implante-osso revelou que os implantes revestidos com 
hidroxiapatita apresentaram um percentual de contato implante-osso 
(74,16%) quase duas vezes maior do que aqueles observados ao redor dos 
implantes de titânio (cerca de 40%).
5. Hidroxiapatita
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
Vantagens da hidroxiapatita: bioativa e biointegrável (um aumento da formação de 
osso ao redor dos implantes em curtos períodos de 
tempo e a formação de um osso de melhor qualidade
união bioquímica do osso com o revestimento da 
superfície dos implantes:
instalação de implantes dentários, em pacientes 
portadores de osteoporose, apresenta um possível 
efeito benéfico devido à transmissão de cargas ao osso, 
da mandíbula ou da maxila, interrompendo o processo 
de atrofia óssea decorrente da perda do dente. 
5. Hidroxiapatita
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Utilizada em cerâmicas dentais desde os anos 60 objetivo: maximizar a quantidade 
de alumina
técnicas de laboratório 
convencionais só conseguiam 
aumentar o conteúdo de alumina 
até um determinado nível.
 Continuar a aumentar a quantidade de alumina desenvolvimento de novos 
métodos de produção 
 Em 1994 utilizando-se tecnologia CAD/CAM desenvolveu-se um material com alumina 
densamente sinterizada por completo, formado por mais de 99,5% de alumina
resistência do material é superior à de outros materiais hoje disponíveis no 
mercado (resistência à flexão biaxial de 687 MPa) 
6. Alumina
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
Óxido de alumínio pré-
sinterizado produz uma 
cerâmica com porosidade 
contínua (azul). Exemplo: 
In-Ceram® pré-estágio. 
Óxido de alumínio com 
infiltração de vidro
Um pó de vidro com tratamento 
térmico preenche os poros 
(vermelho) do óxido de alumínio 
pré-sinterizado (infiltração de 
vidro), Exemplo: In-Ceram®. 
Óxido de alumínio 
densamente sinterizado
A sinterização prolongada 
cria um óxido de alumínio 
não poroso e densamente 
sinterizado. Trata-se de 
um material altamente 
resistente. Exemplo: 
Procera® AIICeram. 
6. Alumina
Resistência à flexão de diferentes 
materiais dentários totalmente 
cerâmicos.
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
7. Novos materiais
7.1 Cerâmicos com ou sem metal
METAL - CERÂMICOS 
 Pó de Vitrocerâmico é aplicado sobre uma armação metálica (liga dentária). Propriedades 
importantes deste cerâmico:
- coeficiente de expansão térmica compatível com o metal;
- opacidade na cor para cobrir o metal.
SEM METAL 
 Produção de restaurações altamente estéticas com um fino recobrimento cerâmico;
 Processo: um vitrocerâmico no estado viscoelástico é prensado em um molde refratário a 
900ºC.
 Utiliza-se para fabricação de coroas, pontes
OUTRAS TECNOLOGIAS:
 Produtos como: - diferentes matizes naturais de dentes;
- aplicações de cores, vidros e refratários na moldagem quente;
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
7. Novos materiais
7.2 Vitrocerâmico prensado sobre metal
 Vitrocerâmico é prensado sobre uma armação metálica à quente
 Vantagens de dois materiais em um único produto:
- alta resistência;
- estética superior;
- retração zero no processo de produção;
- menos trabalho manual.
7.3 Vitrocerâmicos em substituição a feldspatos cerâmicos
 Por muito tempo a porcelana dentária foi utilizada com ligas metálicas, problema:  .
 O início do desuso metal-cerâmico foi com a patente US em 1962.
 Uso de feldspatos cerâmicos permitiu a produção de cerâmicas dentárias com  compatível a 
ligas metálicas, tendo sua resistência melhorada com cristais de leucita.
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕESDENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
7. Novos materiais
7.3 Vitrocerâmicos em substituição a feldspatos cerâmicos
 Hoje vitrocerâmicos têm substituído feldspatos cerâmicos tradicionais
 Vidros são fundidos a partir de materiais de alta pureza e são então transformados em 
vitrocerâmicos por um processo de controle da nucleação e cristalização, fazendo-se um 
ajuste preciso em .
 Vantagens dos vitrocerâmicos:
- elevada translucidez (60% da fase vítrea contribui para isto);
- brilho
MEV de dente 
vitrocerâmico
Aparência 
próxima a 
natural de uma 
ponte de 
vitrocerâmico
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.2 APLICAÇÕES DENTÁRIAS
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 um nêutron incide em um átomo (como o urânio), causa sua
explosão ou fissão. O produto da reação é constituído de dois átomos
diferentes, dois a três nêutrons e muita energia.
 aplicação nuclear os isótopos do 235U do e 239Pu, são
utilizados como combustível nuclear, sendo que seus óxidos ou
carbonetos, são sinterizados na forma de pastilhas.
 óxido de urânio apresenta a estrutura do fluoreto de cálcio
 grande número de posições intersticiais octaédricas
desocupadas do UO2, permitem que este material seja
utilizado como combustível nuclear, já que os produtos
da fissão possam ser acomodados nessas posições
vazias.
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.3 FUNÇÃO NUCLEAR
Introdução a Materiais Cerâmicos – PPGEM - UFRGS
 Pigmentos: TiO, Cr2O3, Fe2O3
 Esmaltes: Óxidos alcalinos, sílica, feldspatos.
 Carga: Calcário, sílica.
 Fundentes: Óxidos alcalinos, CaO
 Caulim: indústria do papel
 Vidros: SiO2, Na2O, PbO, Al2O3
3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
3. PROPRIEDADES E ESTRUTURA
3.4.4 FUNÇÃO QUÍMICA