Materiais de Construção - Produção de Cerâmica Avançada

PRODUÇÃO DE CERÂMICA AVANÇADA

Anne KailaDanielle Cristine

Jade MarquesJoão Batista Rios

Faculdade UninovafapiEngenharia CivilMateriais de Construção

Faculdade Uninovafapi Materiais de Contrução

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Produção de Cerâmica Avançada1. Conceito• Cerâmica Avançada ou de engenharia são materiais com

solicitações maiores e desempenho destacado, obtidos a partir de matérias-primas mais puras. Feitas de óxidos, carbetos, nitretos, boretos, oxinitretos, etc.

• A Cerâmica Avançada nasceu como fruto da busca por materiais que apresentassem um desempenho que atendesse as novas necessidades que demandavam os avanços tecnológicos.

• A maioria destes avanços tecnológicos só foi possível com o advento de novos materiais que vieram a substituir os materiais tradicionais.


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Produção de Cerâmica Avançada1. Conceito• Entre esses novos materiais estão as cerâmicas

avançadas, hoje, largamente utilizadas em praticamente todos os produtos de alta tecnologia. A aplicação das cerâmicas avançadas tem crescido constantemente e a cada dia surgem aplicações inéditas para estes materiais de enorme versatilidade e de características inigualáveis:– elas suportam temperaturas que fundiriam o aço;– resistem à maioria dos corrosivos químicos.

• Limitação: são quebradiças.


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Produção de Cerâmica Avançada1. Conceito• Algumas novas cerâmicas avançadas de alto desempenho

possuem elementos de terras raras (Lantânio, Cério, Neodímio, Praseodímio, etc.) como um dos componentes.

• Novas perspectivas estão sendo criadas a partir do entendimento do efeito destes elementos (terras raras) na origem das propriedades mecânicas das cerâmicas avançadas.

• Isto deve tornar possível no futuro fazer configurações precisas (do material cerâmico), que poderão abrir uma nova fronteira para a aplicação das cerâmicas avançadas e melhorar o desempenho desses materiais em uma ampla gama de aplicações.


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• Uso de matérias-primas sintéticas de elevada pureza• Rigoroso controle de distribuição de tamanho de partículas• Processos de conformação de formas complexas• Rigoroso controle dimensional e densidade aparente• Sinterização em temperaturas mais elevadas e controle

rigoroso• Controle rigoroso controle sobre os gases da atmosfera do

forno• Profundo conhecimento sobre a relação: microestrutura x

propriedades x desempenho

Produção de Cerâmica Avançada2. Características


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• No processo de fabricação das cerâmicas, deve haver um rigoroso controle de modo, que as fases presentes no produto final sejam as desejadas e estejam nas proporções e distribuição (micro-estruturas) adequadas.

• As características do pó são de fundamental importância para que as etapas posteriores do processo possam ser realizadas com sucesso e para que o produto final possa vir a desenvolver as propriedades desejadas.

• O primeiro passo para a fabricação de materiais cerâmicos é a conformação do pó cerâmico, para se obter uma forma adequada de acordo com a peça final desejada. A conformação pode ser definida como um método ou um conjunto de métodos, que visam dar ao pó cerâmico, um formato preliminar e uma resistência mecânica compatível com as operações pelas quais deverá passar o corpo a verde, antes de ir para ao forno e ser sinterizado. O corpo a verde é a peça já conformada, mas que ainda não foi submetida a nenhum tratamento térmico a altas temperaturas visando à consolidação final com redução da porosidade.

• Após a conformação, o corpo é sinterizado em altas temperaturas, formando assim, uma micro-estrutura com baixa porosidade e definindo suas propriedades físicas e formas finais. Nesta fase, o corpo está consolidado com resistência mecânica e alta dureza, sendo muito difícil a usinagem e o acabamento.

Produção de Cerâmica Avançada3. Produção


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• No processo de fabricação das cerâmicas, deve haver um rigoroso controle de modo, que as fases presentes no produto final sejam as desejadas e estejam nas proporções e distribuição (micro-estruturas) adequadas.

• As características do pó são de fundamental importância para que as etapas posteriores do processo possam ser realizadas com sucesso e para que o produto final possa vir a desenvolver as propriedades desejadas.



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• Após a conformação, o corpo é sinterizado em altas temperaturas, formando assim, uma micro-estrutura com baixa porosidade e definindo suas propriedades físicas e formas finais. Nesta fase, o corpo está consolidado com resistência mecânica e alta dureza, sendo muito difícil a usinagem e o acabamento.



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• O primeiro passo para a fabricação de materiais cerâmicos é a conformação do pó cerâmico, para se obter uma forma adequada de acordo com a peça final desejada.

• A conformação pode ser definida como um método ou um conjunto de métodos, que visam dar ao pó cerâmico, um formato preliminar e uma resistência mecânica compatível com as operações pelas quais deverá passar o corpo a verde, antes de ir para ao forno e ser sinterizado.

• O corpo a verde é a peça já conformada, mas que ainda não foi submetida a nenhum tratamento térmico a altas temperaturas visando à consolidação final com redução da porosidade.



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Comparação entre cerâmica tradicional e cerâmica avançada

Produção de Cerâmica Avançada 4. Comparação entre cerâmica tradicional e cerâmica avançada


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Produção de Cerâmica Avançada 4. Comparação entre cerâmica tradicional e cerâmica avançada• Os processos cerâmicos podem ser classificados em

“cerâmica tradicional” e “cerâmica avançada” (cerâmica fina ou cerâmica de alta tecnologia).

• Na cerâmica tradicional, as matérias-primas geralmente são utilizadas após beneficiamento, ou seja, separação de impurezas por processos físicos.

• De modo geral, não são submetidas a reações químicas, portanto, considera-se que a matéria-prima é natural.

• Já no caso das cerâmicas avançadas, normalmente, trabalha-se com matérias-primas sintéticas, ou seja, obtidas por meio de reações químicas.


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Produção de Cerâmica Avançada 4. Comparação entre cerâmica tradicional e cerâmica avançada• A cerâmica tradicional engloba a maior parte da

produção cerâmica, pois utiliza matérias-primas de baixo custo e abundantes na natureza, como argilas, feldspatos, calcários e outros minerais cristalinos inorgânicos não metálicos.

• Envolve os processos de fabricação de cerâmica estrutural, tais como: tijolos, telhas e blocos; revestimentos, como pisos e azulejos; cerâmica branca, como louça sanitária, de mesa ou artística, entre outros.


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Produção de Cerâmica Avançada5. Principais vantagens

• Principais vantagens das cerâmicas avançadas: – Resistem a maiores temperaturas (refratariedade) – Maior resistência ao desgaste e à corrosão – Menor perda por fricção (atrito – resistência aos

metais) – Menor peso devido à menor densidade – Alta dureza (exceto o BN); – Alta condutividade elétrica; – Elevada condutividade térmica; – Resistência a sais (estabilidade química)


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Produção de Cerâmica Avançada6. Aplicações

Motores a CombustãoVálvulas, cilindros, pistões, etc.

Turbinas a gásRotores cerâmicos (geração de energia

elétrica)


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• Biomateriais (biocerâmicas)– Materiais que interagem com os tecidos vivos. – São utilizadas como materiais estruturais, em função da

elevada carga de compressão que podem resistir, com um baixo desgaste superficial, em próteses para o corpo humano, tanto na medicina como na odontologia. • Vidros bioativos: ligação óssea, cirurgia reconstrutiva; • Vidro-cerâmicas bioativas: ligação óssea, cirurgia reconstrutiva; • Alumina de alta densidade: Implantes odontológicos e ortopédicos; • Alumina monocristalina: Implantes odontológicos e ortopédicos; • Zircônia: Implantes odontológicos e ortopédicos;



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• Biomateriais



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• Blindagens – proteção dos militares e veículos dos projéteis balísticos – materiais de baixo peso.

• As blindagens cerâmicas são formadas por uma ou mais placas cerâmicas que combinam com uma placa dúctil (alumínio ou laminados de fibra sintética em matriz plástica) e mais mole do que o suporte.

• Com o impacto, as placas cerâmicas fraturam os projéteis e a placa dúctil absorve o resto da energia cinética por deformação, como também freia a penetração do projétil.



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• Blindagens



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BIBLIOGRAFIA• "Pesquisa revela a estrutura atômica das cerâmicas avançadas"

<http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010160050119#.U3DF1vldXuN> Acesso em 12/maio/2014.

• “Aula 11 – Introdução aos Materiais Cerâmicos“ http://xa.yimg.com/kq/groups/24819841/166012186/name/Aula_11___materiais_ceramicos%5B1%5D.pdf Acesso em 12/maio/2014.

• CIUCCIO, Ricardo Luiz et al. Análise comparativa de propriedades de cerâmica avançada para aplicações em implantodontia. Innov. Implant. J., Biomater. Esthet. (Online) [online]. 2010, vol.5, n.1, pp. 15-21. ISSN 1984-5960. MONTEDO, Oscar R.K., NONI, Agenor de Junior. "Perspectivas de Emprego de Cerâmica Avançada para os Desafios Tecnológicos Atuais e Futuros". Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC. Unidade Acadêmica de Ciências, Engenharias e Tecnologia – UNACET. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PPGCEM. Criciúma (SC), agosto/2012.

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