08-AULA MATERIAIS CERÂMICOS

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Materiais CerâmicosTM334
Aula 01:
Profº Cássia Roberta
O que será visto
Cerâmicos
Os materiais cerâmicos são combinações de elementos metálicos e não metálicos, frequentemente óxidos, nitretos e carbetos. 
Nesta classificação, existe um grande número de materiais, como: argilas, cimentos e vidros.
O que será visto
Cerâmicos
Apresentam ligações tipo iônicas ou covalentes, sendo isolantes elétricos e térmicos. 
Os cerâmicos são em geral resistentes e muito frágeis. São resistentes à elevadas temperaturas e muito resistentes a ambientes corrosivos.
Introdução
História
Cerâmicas ao longo da história: Egito e China (5000 anos); Japão (8000 anos).
Introdução
Atualidade
Supercondutores
Vidros
Cerâmicas
Introdução
Definição
Cerâmica (Keramikos) = matéria-prima queimada.
 
As propriedades só são atingidas após um tratamento térmico de alta temperatura – conhecido como ignição.
Classificação quanto a aplicação
Materiais Cerâmicos Tradicionais: cerâmicas estruturais, louças, refratários (provenientes principalmente de matérias-primas argilosas e de outros tipos de silicatos);
Vidros e Vitro-Cerâmicas;
Abrasivos;
Cimentos;
Cerâmicas “Avançadas”: aplicações eletro-eletrônicas, térmicas, mecânicas, ópticas, químicas, bio-médicas.
Classificação quanto a aplicação
Classificação dos Materiais Cerâmicos de acordo com a aplicação
Cerâmicas Tradicionais e Avançadas
Telhas e tijolos (cerâmica vermelha) ainda são produzidos com matéria-prima não beneficiada. 
Ex.: tijolos, blocos, telhas, ladrilhos de barro, vasos, filtros, tubos, manilhas.
Introdução
Cerâmicas Tradicionais
Introdução
Cerâmicas Tradicionais
Cerâmica branca, produtos refratários e vidrados. 
São produzidos com matérias-primas beneficiadas por diversas etapas de moagem até um tamanho que permita a separação por meio de 
sedimentação, 
separação magnética 
e eliminação de fases indesejáveis. 
Ex.: louças, porcelanas, azulejos, louça sanitária, porcelana refratária, doméstica, elétrica ou artística.
Introdução
Cerâmicas Avançadas
Utilizam matérias-primas que sofrem uma série de processos químicos e mecânicos 
que permitem obter produtos de pureza elevada ( > 99,5%) e pequeno tamanho de partícula (< 1µm).
Óxidos, nitretos e carbetos podem ser obtidos.
A matéria-prima para as cerâmicas avançadas pode também ser sintética, 
ou seja, obtida por processos de síntese química (alumina com pureza> 99,99%).
Cerâmica eletrônica: circuitos integrados, instrumentos e sensores de laboratório, geradores de faísca.
Cerâmica estrutural: rotores para motor turbo, ferramentas de corte, mancais, pistões, bocais de extrusoras, bicos de queimadores.
Alta dureza à quente (1600oC);
Não reage quimicamente com o aço;
Longa vida da ferramenta;
Usado com alta velocidade de corte;
Não forma gume postiço.
Cerâmicas Avançadas
Pó finíssimo de Al2O3 (partículas compreendidas entre 1 e 10 mícrons) mais ZrO2 (confere tenacidade a ferramenta de corte) é prensado, porém apresenta-se muito poroso. Para eliminar os poros, o material é sinterizado a uma tempertura de 1700oC ou mais. Durante a sinterização as peças experimentam uma contração progressiva, fechando os canais e diminuindo a porosidade.
Outras Aplicações
Material de polimento, isolante elétrico (BN, B4C).
Eixos, bicos pulverizadores, selos mecânicos, ferramentas de corte, implantes ósseos, meios de moagem ( Al2O3).
Matrizes de extrusão e fundição, tesouras, facas (ZrO2).
Moderador nuclear, revestimento de câmeras de combustão de foguetes, cadinhos para fusão de Ni e Pt, elemento protetor de resistências de aquecimento (BeO)
Introdução
Cerâmicas Avançadas
Cerâmicas Tradicionais e Avançadas
Diferenças
Custo muito maior das avançadas; a matéria-prima das cerâmicas avançadas é muito mais pura (> 99,5%) e os grãos são muito menores (< 1µm).
Processos de fabricação são mais sofisticados: torneamento, prensagem de pós, injeção, prensagem isostática à quente, colagem sob pressão, tape casting, CVD, sol-gel.
Tipos Matérias Primas
Naturais (brutas) – não sofrem nenhum tipo de beneficiamento (telhas e tijolos).
Refinadas (industrializadas) – são beneficiadas por diversas etapas de moagem até um tamanho que permita a separação por meio de sedimentação, separação magnética e eliminação de fases indesejáveis (cerâmica branca, produtos refratários e vidrados).
Industrializadas por processos químicos e mecânicos – Obtenção de pureza elevada (> 99,5%) e pequeno tamanho de partícula (< 1µm) (cerâmica avançada: óxidos, nitretos, carbetos etc).
Sintéticas – Pós resultantes com características controladas (uso em cerâmicas avançadas).
Tipos Matérias Primas
Cerâmicas à Base de Silicato
Vidros à Base de Sílica
Outros óxidos (p.e. B2O3 e GeO2) podem também formar estruturas vítreas; 
Esses materiais, como o SiO2, são conhecidos como formadores de rede.
Os vidros inorgânicos comuns que são usados para recipientes, janelas, e assim por diante, são vidros à base de sílica, aos quais foram adicionados outros óxidos, tais como CaO e Na2O. 
Esses óxidos não formam redes poliédricas (seus cátions são incorporados no interior e modificam a rede do SiO44-) e são conhecidos como modificadores de rede.
Cerâmicas à Base de Silicato
Vidros à Base de Sílica
Ainda outros óxidos, como o TiO2 e o Al2O3 que não são formadores de rede, substituem o silício e se tornam parte da rede, a estabilizando  óxidos intermediários. 
Qual o efeito deles???
A adição desses modificadores e óxidos intermediários diminui o ponto de fusão e a viscosidade de um vidro, tornando mais fácil a sua conformação a temperaturas mais baixas.
Propriedades Mecânicas
Influência da Porosidade
Em alguns casos, para a fabricação de materiais cerâmicos o material de origem se encontra na forma de pó;
Após a compactação ou conformação dessas partículas pulverizadas na forma desejada, existirão poros ou espaços vazios entre as partículas do pó.
Durante T. T. a maior parte da porosidade será eliminada, entretanto ele será incompleto em alguns casos resultando numa porosidade residual.
Porosidade terá influência negativa sobre as propriedades elásticas e a resistência.
Propriedades Mecânicas
Influência da Porosidade
A porosidade exerce um efeito negativo por dois motivos: 
Os poros reduzem a área de seção reta através da qual uma carga é aplicada, e 
Eles também atuam como concentrados de tensões (no caso de um poro esférico isolado, uma tensão de tração que seja aplicada é amplificada por um fator de 2).
A influência da porosidade sobre a resistência é relativamente drástica; 
p.e., não é incomum que uma porosidade de 10% vol seja responsável por uma diminuição em 50% na resistência à flexão em relação ao material sem porosidade.