Propriedades Trmicas dos Materiais Cermicos

1- Ponto de fuso: proporcional fora das ligaes qumicas

2-Capacidade Calorfica (c) ou capacidade Trmica: a quantidade de calor requerida para variar a temperatura de uma substncia em 1 C. [cal/g C] (O calor especfico adimensional, pois dividido pela cap. Trmica da gua a 15C)A capacidade trmica depende de variveis internas aos materiais como energia rotacional e vibracional dos tomos do material, mudanas de nveis energticos dos eltrons.No entanto, observa-se pela figura ao lado que a capacidade trmica vai do valor zero -273 C a 6 cal/g C prximo dos 1000C para uma grande variedade de materiais cermicos.No entanto a porosidade influencia muito o valor de c

2-Capacidade Calorfica (c) ou capacidade TrmicaEm consideraes prticas o fator que mais influencia a porosidade, j que muitos cermicos macios tem comportamento semelhante em relao capacidade trmica.Como uma pea cermica com porosidade tem menor massa por volume que uma sem porosidade, a primeira necessita menor quantidade de calor para atingir uma temperatura especfica Como resultado um forno revestido com material mais poroso (um refratrio por exemplo) pode ser aquecido e resfriado muito mais rapidamente e eficientemente

3- Condutividade Trmica a taxa de fluxo calrico que atravessa o material. unidade: cal/s/cm2/C/cm ou W/mK.Nos metais os transportadores de energia so os eltrons livres que esto presentes em grande quantidade e so muito mveis, logo os metais so timos condutores de calorNos cermicos a transmisso de energia trmica realizada por fonons Os fonons so a quantificao da energia trmica transmitida pela vibrao trmica da estrutura interna, ou designa um quantum de vibrao em um retculo cristalino rgido.

Cubo de slica para isolamento trmico. O interior do cubo est a 1250C e pode ser manuseado sem proteo.Usada no isolamento trmico do Space Shuttle (nibus espacial)

Fatores que afetam a condutividade trmica dos cermicos: Pesos atmicosCermicos, como elementos puros, tem melhor condutividade que compostos (melhor empacotamento, mais fcil a transmisso por fonons) (diamante e grafita)Materiais cermicos com menor pesos atmicos e compostos de tomos com pesos atmicos prximos apresentam melhor condutividade (melhor empacotamento, mais fcil a transmisso por fonons)Exemplos: Diamante e grafita 900 W/mK (Cobre 400 W/mK)BeO SiC e B4C possuem pesos atmicos similares e condutividades altas (altas para cermicos, se aproximam da do ao)UO2 e ThO2 apresentam grande diferena entre os pesos de seus tomos e portanto baixa condutividade

Fatores que afetam a condutividade trmica dos cermicos: Efeito da temperaturaTemperatura: em cermicos macios (poucos porosos) a condutividade diminui com o aumento de temperatura (menor caminho livre mdio)Em cermicos muito porosos aumenta com a temperatura (aumenta a parcela de transmisso por radiao atravs dos poros

Efeito da porosidadeComo a condutividade nos poros acorre apenas por radiao, quanto maior a porosidade menor a condutividade trmicaCom o aumento da temperatura aumenta a radiao atravs dos poros aumentando a condutividadeEm tijolos refratrios que em geral apresentam alta porosidade, possuem baixa condutividade trmica, constituindo-se em excelentes isolantes trmicos

Influncia da formao de soluo slida na condutividade. Quanto maior o percentual solubilizado menor a condutividade trmica

Influncia da presena de impurezas na condutividade trmica: quanto maior o percentual de impurezas pior a condutividade

Influncia da presena de mais de uma fase na condutividade trmicaFases paralelas: Km=V1K1+V2K2A condutividade se aproxima do melhor condutor entre as fases (cermicos com camada superficial)Fases perpendiculares: Km=K1K2/V1K1+V2K2A condutividade se aproxima da condutividade da fase menos condutora (cermicos com camada superficial)Fase dispersa: (muito comum em cermicos) Km=Kc{1+2Vd(1-Kc/Kd)/(2Kc/Kd+1) / 1-Vd(1-Kc/Kd)/(Kc/Kd+1)}A condutividade se aproxima da cond. da fase contnuaLegenda: K1 cond. Fase 1 ; K2 cond. Fase 2 ; V1 e V2 Frao de vol. das fases ; Kc cond.da fase contnua ; Kd cond. da fase dispersa ; Vd vol. da fase dispersa

4- Expanso trmicaDepende da fora (energia) das ligaes qumicas, sendo inversamente proporcional.Logo as cermicas predominantemente covalentes so as que apresentam menor expanso trmica sofrendo menos problemas com choques trmicos

Expanso trmica = L/Lo/T onde o coeficiente de expanso trmica, Lo o comprimento, L a variao de comprimento, e T a faixa de temperatura relacionada. Unidade 1/C ou C-1

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