Post on 12-Nov-2018
Minerais de composição inconstante e pureza duvidosa
são expostos a um tratamento térmico não-mensurável,
que dura o suficiente para permitir que reações
desconhecidas ocorram de modo incompleto, formando
produtos heterogêneos e não-estequiométricos,
conhecidos com o nome de materiais cerâmicos.
Definição Tradicional
“Cerâmica pode ser definida como sendo um sólido formado com aplicação de
calor ou calor+pressão contendo:
• pelo menos 1 metal e 1 não metal
• pelo menos 2 elementos sólidos não metálicos
• pelo menos 2 elementos sólidos não metálicos e 1
As Cerâmicas compreendem todos os materiais
inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após
tratamento térmico em temperaturas elevadas.
Pré-História: vasos de barro, sem asa, que tinham cor de argila natural ou
eram escurecidas por óxidos de ferro.
5000 A.C.: artefatos de argila (earthenware), louça de barro (pottery)
2000 (3500 A.C.?) : torno de oleiro (roda de madeira movida por um pedal)
Permite fazer vasos perfeitos, de superfície lisa e espessura uniforme, num
tempo relativamente breve.
202 A.C.: porcelana na China
Séc. 18: porcelana (Alemanha), colagem, extrusão, forno túnel
Séc. 19: mecanização, microscopia ótica, cones pirométricos
Séc. 20: raios X, microscopia eletrônica, materiais sintéticos, automatização
Exército de Terracota Guerreiros de Xian Exército do Imperador Qin
221 a 207 AC China
259-210 a.CEncontrado em 1974
Porcelanas – surgiram na China durante a dinastia Han (221 A.C. e 220 D.C.
Características: Brancura, translucidez e dureza
Século XIII – Europa (trazida por Marco Polo)
Somente no século XVIII, a Europa consegue fabricar uma porcelana semelhante a porcelana chinesa
No Brasil
• Ilha de Marajó• 400 a 1400 D.C.• Os índios de Marajó faziam peças utilitárias e decorativas. Confeccionavam vasilhas, potes, urnas funerárias, apitos, chocalhos machados, bonecas de criança, cachimbos, estatuetas, porta-veneno para as flechas, tangas (tapa-sexo usado para cobrir as genitália das moças) –talvez as únicas, não só na América mas em todo o mundo, feitas de cerâmica.• Os objetos eram zoomorfizados (representação de animais) ou antropomorfizados (forma semelhante ao homem ou parte dele), mastambém poderiam misturar as duas formas-zooantropomorfos.
• Visando aumentar a resistência do barro eram agregadas outras substâncias-minerais ou vegetais: cinzas de cascas de árvores e de ossos, pó de pedra e concha e o cauixi-uma esponja silicosa que recobre a raiz de árvores, permanentemente submersas.
Conhecida desde a pré-história
Encontrada em toda a parte no mundo
Argilas - é um material natural, de textura terrosa, de granulação fina, constituída
essencialmente de argilominerais, podendo conter outros minerais que não são argilominerais
(quartzo, mica, pirita, hematita, etc), matéria orgânica e outras impurezas.
Os argilominerais são os minerais característicos das argilas; quimicamente são
silicatos de alumínio ou magnésio hidratados, contendo em certos tipos outros elementos
como ferro, potássio, lítio e outros.
Graças aos argilominerais, as argilas na presença de água desenvolvem uma série
de propriedades tais como: plasticidade, resistência mecânica a úmido, retração linear
de secagem, compactação, tixotropia e viscosidade de suspensões aquosas que
explicam sua grande variedade de aplicações tecnológicas.
Os principais grupos de argilominerais são caulinita, ilita e esmectitas ou
montmorilonita.
O Silício e o Oxigénio formam cerca de 75% da crosta terrestre, sendo materiais de ocorrência comum na natureza e de baixo custo !
Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos (formam óxidos, nitretos, carbetos, boretos, …)
Forma-se com átomos de diferentes eletronegatividades
Os elétrons de valência são “transferidos” entre átomos produzindo íons
A ligação iônica não é direcional, a atração é mútua
A ligação é forte, por isso o PF dos materiais com esse tipo de ligação é geralmente alto.
Como conseqüência da ligação ser predominantemente iônica a estrutura cristalina das cerâmicas são compostas por íons carregados eletricamente (CÁTIONS E ÂNIONS)
Ligações iônicas e Covalentes
Ligações Iônicas
Energia potencial total de um par de íons em função da distância radial entre os íons
FA= -A/r2 - forca de atração FR= B/rn - forca de repulsão
A, B e n são valores que dependem do sistema iônico em questão
R – distância radial entre os íons
Óxidos
EXEMPLOS:
ÓXIDO SIMPLES:- Alumina (Al2O3), - Magnésia (MgO)- Zircônia (ZrO2)- Sílica (SiO2)
ÓXIDO MISTOS: - misturas de alumina, magnésia e sílica
CARBETOS-Carbeto de Tungstênio, carbeto de silício (conhecido como carborundum), carbeto de
titânio.
BORETOS:-Boretos de hafnio, tântalo, tório, titânio, zircônioNITRETOS DE BORO E SILÍCIO:-Os nitretos de boro tem dureza equivalente ao diamante e resiste sem oxidação até1926°C
Tipos Seqüência de processamento
Cerâmica pó forma calor
Vidro pó calor forma
Argamassa calor pó forma
Classificação
Incluem os cerâmicos à base de Silicatos, Óxidos, Carbonetos e Nitretos
Classificação dos materiais cerâmicos
Cristalinos Amorfos Vitro cerâmicos
Em geral mesma composição dos cristalinos, diferindo no processamento
Obtidos a partir da cristalização controlada de materiais amorfos
Sílica vítrea
Vycor Vidro plano
Vidro de janela
Vidro de garrafa
Pirex Vidro cristal
SiO2 100 94 72,7 72 74 81 67
Al2O3 0,5 0,6 1 2 0,4B2O3 5 12SO3 0,5 0,7CaO 13 10 5,4MgO 2,5 3,7BaO
PbO 17Na2O 1 13,2 14 15,3 4,5 6K2O 0,6 9,6
ZnO
As2O5
Composição típica de alguns vidros
Composição (% em peso)
SiO2 Al2O3 K2O MgO CaO Outros
Sílica refractária 96 4
Tijolo refractário 50-70 45-25 5
Mulite refractária 28 72 ----
Porcelana eléctrica 61 32 6 1
Porcelana steatite 64 5 30 1
Cimento Portland 25 9 64 2
Cerâmicas Cristalinas
Nome comum Comp. UtilizaçãoAlumina, alumina refratária Al2O3 Isolamento térmico e elétricoMagnésia, magnésia refratária MgO Resistência ao desgaste
Spinel MgO.Al2O3 IdemÓxido de Cromo Cr2O3 Revestimentos para resist. ao desgasteDióxido de urânio UO2 Combustível em reactores nuclearesZircônia (parcial.) estabilizada ZrO2
Isolamento térmico (estab. com 10%CaO)
Titanato de Bário BaTiO3 Componentes eletrônicosFerrite de Níquel NiFe2O4 Componentes “magnéticos”
CLASSIFICAÇÃO
ConvencionaisEstruturaisVidrosLouçasCimentos
AvançadasEletrônicosÓpticosBiomateriais
As cerâmicas avançadas são baseadas em matérias-primas de
elevado grau de pureza
Cerâmica Matérias-primas
Estrutura Proprie-dades
Processa-mento
Aplicações
Tradicional(silicatos)
naturais,mineraisindustriais(<98%pureza)
não-uniforme,porosa
mecânica,estética
olaria,colagem,prensagem,extrusão,queima
construção,produtosdomésticos
Avançada(alto de-sempenho,alta tecno-logia)
produtosquímicosindustriais(>98%pureza)
homogênea,menos porosa
elétrica,magnética,nuclear, ótica,mecânica,térmica,química,biológica
prensagemisostática,moldagempor injeção,sinterização,ligação porreação
eletrônica,estrutural,química,refratários
Térmica Elétrica Magnética Ótica Nuclear Química Biológica Mecânica Estética
Classificação - Aplicações
Funções Classes Aplicações Exemplos
cerâmica de mesa pratos, xícaras, vasos louça, porcelana
Estéticas cerâmica derevestimento
pisos, azulejos grés, porcelanato
cerâmica sanitária vasos sanitários, pias louça, porcelana
Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços;
Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e polímeros;
São menos densas que a maioria dos metais e suas ligas;
Os materiais usados na produção das cerâmicas são abundantes e
mais baratos;
A ligação atômica em cerâmicas é do tipo mista: covalente + iônica.
Alta inércia química
Características das Cerâmicas
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Apresentam baixa resistência ao choque –baixa tenacidade
São duros e frágeis em relação à tração (~17 kgf/mm2)
São resistentes em relação à compressão
O módulo de elasticidade é alto: ~450 MPa (aço: 200 MPa)
Têm alta dureza e alta resistência ao desgaste
COMPORTAMENTO FRÁGIL
• Dificuldade na realização de Ensaio de tração
• São feitos ensaios de flexão
• Dispersão de resultados muito grande
As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos são muito variadas. Podendo ser:
• isolantes: Alumina, vidro de sílica (SiO2)• semicondutores: SiC, B4C• supercondutores: (La, Sr)2CuO4, TiBa2Ca3Cu4O11
Propriedades Elétricas
As mais importantes propriedades térmicas dos materiais cerâmicos são:• capacidade calorífica ( )• coeficiente de expansão térmica ( )• condutividade térmica
Revestimento exterior com fibra amorfas de sílica de alta pureza.Espessura: 1,27-8,89cm
Propriedades Térmicas
Setor Industrial
O setor industrial da cerâmica é bastante diversificado e pode ser dividido nos seguintes segmentos: - cerâmica vermelha, - materiais de revestimento, - materiais refratários, - louça sanitária, - isoladores elétricos de porcelana, - louça de mesa, - cerâmica artística (decorativa e utilitária), - filtros cerâmicos de água para uso doméstico, - cerâmica técnica - isolantes térmicos- matérias-primas sintéticas
Setor cerâmico – corresponde a 1% do PIB brasileiro correspondendo a cerca de 6 bilhões de dólares
Cerâmica Vermelha
• Distribui-se por todo o país, pulverizadas em micro e pequenas empresas, quase sempre de organização simples e familiar;• Raio de ação quanto ao envio de produtos – 250 km, a partir do qual é inviabilizado pelo transporte;
Cerâmica Branca
Compreende materiais constituídos por um corpo branco e em geral recobertos por uma camada vítrea transparente e incolor
• Louça de mesa• Louça sanitária• Isoladores elétricos de lata e baixa tensão• Cerâmica técnica
Louça de mesa
• Uma das mais tradicionais do país e com boa aceitação no mercado internacional;• Segmento cerâmico mais afetado pela abertura do mercado e pela política cambial até 1999 – inviabilização das exportações e preços dos produtos importados, principalmente os asiáticos, muito baixos fechamento de inúmeras indústrias do setor e diminuição da produção;• Esses produtos sofrem a concorrência de produtos similares e de menor preço, como é o caso do vidro;• Com a mudança da política econômica, o segmento se tornou mais competitivo;• Existem diversas pequenas e micros empresas concentradas nas cidades de Pedreira e de Porto Ferreira (SP) e Campo Largo (PR).
Materiais refratários
Este grupo compreende uma diversidade de produtos, que têm como finalidade suportar temperaturas elevadas nas condições específicas de processo e de operação dos equipamentos industriais, que em geral envolvem esforços mecânicos, ataques químicos, variações bruscas de temperatura e outras solicitações. Para suportar estas solicitações e em função da natureza das mesmas, foram desenvolvidos inúmeros tipos de produtos, a partir de diferentes matérias-primas ou mistura destas.
Mercado brasileiro de refratários:• Siderúrgico – 67%• Cimento – 13%• Não-ferrosos – 8%• Vidro – 3%• Petroquímica – 1%• Outros – 8%
Tendência mundial de redução de consumo de refratários nas indústrias – refratários de melhor desempenho possibilita consumos menores de refratários
Matérias-primas
Dosagem
Aditivos Aditivos
Reciclo RecicloMoagem/mistura a seco
Moagem/mistura a úmido
Classificação
Granulação Atomização Filtro-prensagem
Mistura/deaeração
Prensagem Conformação plástica Colagem
Secagem Secagem Secagem
Acabamento superficial
Acabamento superficial
Tratamento térmico
Acabamento superficial final