8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 1/31
Matérias Primas para Cerâmicas
Avançadas: alumina, zircônia e
carbeto de silício.
Discente: Thatiana Cristina Pereira de Macedo
Docente: Fabiana Villela.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS MATÉRIAS PRIMAS CERÂMICAS
1
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 2/31
SUMÁRIO
• Introdução• Cerâmicas Avançadas - Estrutura, propriedades e aplicações
• Alumina;
•
Zircônia;• Carbeto de Silicio.
• Considerações finais
•
Referências
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 3/31
INTRODUÇÃO • De todos os materiais, a cerâmica é aquele que acompanha o
homem há mais tempo.
Fonte: http://mundodorestauro.com/index.php?option=com_content&view=article&id=6&Itemid=7
Os produtos cerâmicos foram evoluindo como homem:
O domínio da tecnologia da queima doscombustíveis e dos materiaissofisticaram ao materiais cerâmicosvisando atender a indústria elétrica,química, siderúrgica, ótica e mecânica.
(IFSC, 2012)
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 4/31
INTRODUÇÃO
• Cerâmicas: materiais inorgânicos, não metálicos, formados por elementos metálicos e não metálicos, ligados por ligações iónicase/ou covalentes.
• Geralmente: óxidos, nitretos e carbetos.
• A cristalização, confere ao material cerâmico propriedades físicascomo:
• refratariedade, condutividade térmica, resistência ao choquetérmico, resistência ao ataque de produtos químicos, resistência àtração e à compressão, isolantes elétricos e de calor; resistentes
a altas temperaturas; duros e quebradiços (Callister, 2002).
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 5/31
INTRODUÇÃO
Figura: Subdivisão dos materiais cerâmicos conforme aplicaçãoFonte: http://sites.poli.usp.br/d/pmt2100/Aula10_2005%201p.pdf
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 6/31
CERÂMICAS AVANÇADAS• Cerâmicas para usos especiais;
• Utilizam matérias primas sintéticas (como o nitreto cúbico de boro, aalumina, a zircônia ou o carbeto de silício) de alta pureza;
• Obtidas sob condições controladas;
(Fonte: IFSC, 2012)
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 7/31
CERÂMICAS AVANÇADAS
Fonte: IFSC 2012
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 8/31
CERÂMICAS AVANÇADAS – ALUMINA• Método de obtenção da alumina – PROCESSO BAYER
Fonte: http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo10888/
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 9/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ALUMINA• Método de obtenção da alumina – PROCESSO BAYER
• Tratamento do bauxita com hidróxido de sódio em tanques -aluminato de sódio e lama vermelha
• Lama vermelha é decantada e filtrada e a solução de aluminato desódio é nucleada com cristais de Gibsita
• A gibbsita é calcinada sendo obtida a alumina.
Para produção de alumina para cerâmica - modificações noprocesso Bayer e no tratamento térmico visando reduzir o teor de
Na2O e controlar o tamanho e forma dos cristais. (AssociaçãoBrasileira de Cerâmica, 2012).
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 10/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ALUMINA•
Estrutura Cristalina (Al2O3) - Estrutura hexagonalcompacta:
• Ions de alumínio ocupando 2/3 dos interstícios octaédricos,próximo de seis íons de oxigênio eqüidistantes.
Figura: Estrutura cristalina da aluminaFonte: Moraes, 2004.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 11/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ALUMINA• Propriedades:
• Alta dureza;
• Resistência ao desgaste;
• Resistência ao ataque químico;
•
Resistência à corrosão;• Estabilidade termodinâmica;
• Resistência em temperaturas altas (representante daclasse das cerâmicas estruturais);
•
Fragilidade;• Baixa tenacidade à fratura;
• Resistência a choque térmico.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 12/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ALUMINA
•
Aplicações:• Material abrasivo;
• Revestimento de fornos;
• Moinhos;• Implantes ortopédicos e odontológicos;
• Pedras preciosas;
• Aplicações nas áreas espaciais e aeroespaciais;• Membranas de ultrafiltração e suportes de
catalisador.Figuras: Implante dentário e prótese de quadrilFonte: Moraes, 2004.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 13/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ALUMINA•
Aplicações:
• Cerâmica refratária – mantém suas características mesmoquando dispostos a altas temperaturas.
• Capacidade de suportar altas temperaturas sem deformar apresentando:
• Estabilidade mecânica;
• Estabilidade química;
• Estabilidade dimensional;
•
Estabilidade ao choque térmico.• A alumina é utilizada em revestimento de fornos, mantendo
praticamente todas as suas características isolantes. (Silvaet al , 2012).
Â
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 14/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ALUMINA• Caracterização – MEV:
Distribuição irregular:formato alongado eplano e outra morfologiaem forma de Disco.
Partículas com cerca de15mm - menor que 5mm
aglomeradas.Figura: MEV de partículas de alumina.Fonte: Costa, 2006.
Â
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 15/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ALUMINA• Caracterização – DRX e FRX:
Figura: DRX e FRX de alumina.
Fonte: Costa, 2006.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 16/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ZIRCÔNIA
•
Método de obtenção da zircônia (ZrO2)• Duas maiores fontes: a zirconita (ZrSiO4) e a
badeleyita (ZrO2) (Fonte: Moraes, 2004).
• O óxido em sua forma impura pode ser usado
para confecção de refratários na indústriacerâmica e do vidro (Lamotte, Moura eNishikawa, 2011).
• Processo Kroll: 3 etapas: cloração, purificação e
redução - remoção do SiCl4 que é vaporizadona purificação em banho de sal e separação deoutras impurezas por destilação fracionada.
Figura: Badeleyta.Fonte: Lamotte, Moura eNishikawa, 2011.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 17/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ZIRCÔNIA
Figura: Processo de obtenção de zirconia estabilizada com ítria (oxacloreto de zirconio).
Fonte: Moraes, 2004.
• Método de obtenção da zircônia (ZrO2)
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 18/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ZIRCÔNIA• Estrutura: zircônia pura polimórfica: monoclínica (estável até
1173 ºC), tetragonal (até 2370 ºC) e cúbica (2680 ºC).
Figura: Estrutura da zirconia monoclínica.Fonte: Moraes, 2004. Figura: Estrutura da zirconia tetragonal.
Fonte: Moraes, 2004.Figura: Estrutura da zirconia cúbica.Fonte: Moraes, 2004.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 19/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ZIRCÔNIA
• Categorias:
• Zircônia parcialmente estabilizada - contém aditivos parapermitir a formação de zircônia tetragonal em uma matriz
cúbica.• Zircônia tetragonal policristalina - quantidade próxima de
100 % da fase cristalina tetragonal na temperaturaambiente.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 20/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ZIRCÔNIA• Propriedades:
• Tenacidade – transformação de tetragonal para monoclínica;
• Alta resistência a flexão – grãos menores;
• Alta resistência ao desgaste;
• Baixo coeficiente de atrito;
• Alta condutividade iônica;
• Alto ponto de fusão;
• Elevada resistência química;
•
Refratariedade;• Elevadas propriedades mecânicas;
• Coeficiente de expansão térmica e módulo de elasticidadesemelhante a dos aços;
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 21/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ZIRCÔNIA• Aplicações:
• Opacificantes;
• Fabricação de tijolos para fornos;
• Revestimento de peças siderúrgicas;
• Abrasivos em vidros, tintas e soldas;
• Ferramentas de corte;
• Partes de motores de combustão,;
• Palhetas de turbinas;
• Sensores de oxigênio;
• Células de combustível;
• Implantes ortopédicos e ortodônticos;
• Bombas de oxigênio.
Figura: peça de implante dentárioFonte: Moraes, 2004.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 22/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ZIRCÔNIA• Caracterização – MEV:
Morfologia dos pós écomposta em sua maioria por grãos esféricos.
Figura: MEV de Zircônia estabilizada com ítriaFonte: Pinheiro, 2008.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 23/31
CERÂMICAS AVANÇADAS - ZIRCÔNIA• Caracterização – DRX:
Figura: DRX de Zircônia estabilizada com ítriaFonte: Pinheiro, 2008.
CERÂMICAS AVANÇADAS CARBETO
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 24/31
CERÂMICAS AVANÇADAS – CARBETODE SILÍCIO
• Método de obtenção do Carbeto de Silício (SiC):
• Método Acheson – redução carbotérmica da sílica - Reaçãode coque com sílica em forno elétrico a temperaturas maioresque 2000ºC.
•
Mistura-se areia de sílica com carvão (ou coque de petróleo),fazendo-se passar corrente elétrica entre grandes eletrodosde carbono que se situam em extremidades opostas.
• Obtidos blocos que devem ser cominuídos.
• Outros métodos: decomposição térmica de organosilanos econversão química de polímeros organometálicos.
CERÂMICAS AVANÇADAS CARBETO
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 25/31
CERÂMICAS AVANÇADAS – CARBETODE SILÍCIO
• Estrutura: Formação de tetraedros coordenados
• Carbeto de silício α – hexagonal ou romboédrica; carbeto desilício β – cúbico.
CERÂMICAS AVANÇADAS CARBETO
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 26/31
CERÂMICAS AVANÇADAS – CARBETODE SILÍCIO
• Propriedades: (atribuída ao alto caráter covalente da ligação
carbono-silício)• Dureza;
• Grande resistência química;
• Baixa densidade;
•
Grande rigidez;• Alto ponto de fusão;
• Resistência à corrosão;
• Resistência a altas temperaturas;
•
Resistência ao desgaste;• Alta condutividade térmica;
• Boa resistência ao choque térmico.
CERÂMICAS AVANÇADAS CARBETO
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 27/31
CERÂMICAS AVANÇADAS – CARBETODE SILÍCIO
• Aplicações:
• Aplicações tecnológicas que requerem elevado desempenhomaterial;
• Máquinas;
• Turbinas;• Sistemas de transferência de calor;
• Reatores nucleares e de fusão;
•
Camada de proteção térmica das naves espaciais
CERÂMICAS AVANÇADAS CARBETO
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 28/31
CERÂMICAS AVANÇADAS – CARBETODE SILÍCIO
• Caracterização - MEV
Fonte: Beltrão, 2005.
MEV de carbeto de silício fase alfa; MEV de carbeto de silício fase beta;
CERÂMICAS AVANÇADAS CARBETO
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 29/31
CERÂMICAS AVANÇADAS – CARBETODE SILÍCIO
• Caracterização - DRX
DRX de carbeto de silício fasealfa;
DRX de carbeto de silício fasebeta;
Fonte: Beltrão, 2005.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 30/31
CONSIDERAÇÕES FINAIS
• As cerâmicas avançadas estão se destacando nasaplicações de engenharia, embora a necessidade decontrole de matéria prima e processamento ainda as
tornem materiais caros.• A combinação de melhoria de propriedades mecânicas
aumenta a busca pelos estudos desses materiais.
•
A alumina, zircônia e carbeto de silício estão sendo cadavez mais estudados, inclusive combinados, na busca pelamelhoria de algumas propriedades.
8/22/2019 Seminário Ceramicas Avançadas Thatiana Macedo
http://slidepdf.com/reader/full/seminario-ceramicas-avancadas-thatiana-macedo 31/31
REFERÊNCIAS• MORAES, M. C. C. S. B. Microestrutura e propriedades mecânicas de Compósitos alumina-zircônia para
próteses dentárias. Dissertação (Doutorado em Ciência dos Materiais do Instituto Militar de Engenharia). Rio deJaneiro. 2004.
• COSTA, H. S. Fabricação de biocerâmicas de matriz porosa com estrutura em alumina, recobrimentosuperficial de fosfato de cálcio e zinco incorporado à superfície. Dissertação (Mestrado em EngenhariaMetalúrgica e de Minas - Universidade Federal de Minas Gerais). Minas Gerais. 2006.
• IFSC. Cerâmica e Mecânica: um casamento de futuro. Material de aula. Disponível em:https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/images/0/0d/Aula_19.pdf. Acesso em: 10 out. 2012.
• CALLISTER JR., W. D. Ciência e engenharia dos materiais: uma introdução. São Paulo: LTC, 2002.
• ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CERÂMICA. Informações Técnicas - Matérias-Primas Sintéticas. Disponível em:http://www.abceram.org.br/site/?area=4&submenu=48 Acesso em: 10 out. 2012.
• LAMOTTE, A.; MOURA, L. N.; NISHIKAWA, T. S. P. Processo Kroll – obtenção de titânio e zircônio metálico.Monografia – Universidade de São Paulo. São Paulo, 2011.
• PINHEIRO, T. B. Processamento e caracterização da microestrutura e de algumas propriedades mecânicasda zircônia parcialmente estabilizada com ítr ia e da parcialmente estabilizada com magnésia. Dissertação(mestrado em ciências em engenharia metalúrgica e de materiais – Universidade Federal do Rio de
Janeiro). Rio de Janeiro, 2008.• SILVA, B.; VINICIUS, B.; PAULO, J.; PORTO, T. Materiais Refratários. Disponível em:
http://www.ifba.edu.br/metalografia/arq/mat_refra.pdf . Acesso em: 10 out. 2012.
• BELTRÃO, M. S. S.; Sinterização em estado sólido de carbeto de silício em presença de carbeto deboro, carbono e zircônia. Dissertação (mestrado em ciências em engenharia metalúrgica e demateriais – Universidade Federal do Rio de Janeiro). Rio de Janeiro, 2005.
Top Related