Materiais Cerâmicos: Propriedades, Aplicações e Processos de Fabricação, Slides de Ciência dos materiais

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Cerâmicas

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO

Química Aplicada à Engenharia

Profa. Josy Eliziane Ramos

Sumário

• (^) Introdução aos cerâmicos
• (^) Ligações Químicas
• (^) Estrutura e propriedade das cerâmicas;
• (^) Propriedades Mecânicas
• (^) Imperfeições nas cerâmicas

Cerâmicas

Matéria-primaMatéria-prima : importante para que o produto a ser

obtido tenha as propriedades desejadas. São selecionadas

e submetidas a uma série de operações, sendo que, pelo

menos em uma delas, ocorre tratamento térmico em

temperaturas elevadas → verificar alterações

Método de fabricaçãoMétodo de fabricação : possuem temperaturas de fusão

relativamente elevadas → fundição impraticável

Altas temperaturas → causam tensões

Melhor: retirar água de forma gradual e lenta

Principais Preocupações Principais Preocupações

Cerâmicas

NaturaisNaturais → utilizadas como extraídas da natureza ou que

foram submetidas a algum tratamento físico para

eliminação de impurezas indesejáveis, ou seja, sem alterar

a composição química e mineralógica dos componentes

principais

SintéticasSintéticas → são aquelas que individualmente ou em

mistura foram submetidas a um tratamento térmico, que

pode ser calcinação, sinterização, fusão e fusão/redução e

as produzidas por processos químicos

Matérias-primas Matérias-primas

Classificação

Cerâmicas tradicionais X Cerâmicas avançadas

Tradicionais : As matérias-primas são naturais,

com poucas etapas e custos envolvidos no

tratamento das mesmas

Avançadas : As MPs passam por diversas

etapas de tratamento, como purificação e

processos de diminuição de tamanho de

partículas.

Classificação

Critério: estrutura cristalina

• Cerâmicas

Materiais cristalinos, com arranjo periódico e

repetitivo

• Vidros

Materiais amorfos, com propriedades bastante

características

O processo de fabricação dessas duas classes é bastante

distinto (queima e fusão)

Cerâmicas avançadas

 Estruturais (peças de desgaste, biocerâmica,

ferramentas de corte, e componentes de motores)

 Elétrica (capacitores, isoladores, substratos, pacotes

de circuitos integrados, piezelétrica, ímãs e

supercondutores)

 Revestimentos (componentes de motor, ferramentas

de corte, e peças de desgaste industriais)

 Cerâmicas químicas e ambientais (filtros, membranas,

catalisadores, e suportes de catalisador)

Desafios (FUTURO)

Cerâmicas estruturais

Redução de preços dos produtos finais

Aumento de confiabilidade

Aumento de reprodutibilidade

Desafios

Biocerâmicas

Compatibilização entre propriedades

mecânicas do material sintético e do corpo

humano

Otimização do processamento

Compatibilização com outros materiais

Desafios

Revestimentos e filmes

Elucidação do fenômeno de deposição e

crescimento de filmes

Otimização da adesão entre o filme e

substrato

Aumento de reprodutibilidade

Segmento industrial Exemplos

Cerâmica vermelha Tijolos, manilhas, telhas

Cerâmica branca Cerâmica de hotel, revestimentos, louça sanitária,

porcelana elétrica, artigos decorativos

Refratários e isolantes Tijolos e peças monolíticas usadas na fabricação de aço e

outras ligas, vidros, cerâmicas e indústrias química e

petrolíferas

Vidros Vidros planos (janelas), artigos para casa, fibras de vidro, fibras

óticas

Abrasivos Carbeto de silício, diamante, alumina fundida são usadas como

abrasivos particulados, rebolos, esmeril

Cimentos Usados para produção de cimentos e concreto na indústria de

construção civil: pontes, prédios, represas

Cerâmicas estruturais Engrenagens, biocerâmicas, ferramentas de corte

Cerâmicas elétricas Capacitores, isoladores de alta tensão, substratos, circuitos

integrados, piezoelétricos, supercondutores

Recobrimentos Peças de motores, ferramentas de corte e engrenagens

industriais

Cerâmicas químicas Filtros, membranas, catalisadores e suportes para

catalisadores

Classificação

Critério: ligação química

• Iônicas : óxidos e silicatos (alumina, silicatos

hidratados de alumínio e de magnésio –

talco)

• Covalentes : nitretos, carbetos, boretos e

silicetos

Obs.: nenhuma cerâmica apresenta ligação química puramente

iônica ou 100% covalente

Ligações Químicas

• (^) As ligações químicas tem

forte influência sobre

diversas propriedades dos

materiais

• Os elétrons de valência (do

último nível) são os que

participam das ligações

químicas.

• (^) Os átomos buscam a configuração mais estável dos gases

nobres (com 2 ou 8 elétrons)

• (^) Dependendo da energia envolvida na ligação elas podem

ser divididas em:

• (^) Fortes
• (^) Fracas
• (^) Cerâmicas (Isolantes inorgânicos):

Ligações iônicas e/ou covalentes

Propriedades associadas as ligações

metálicas

AltaAlta^ condutividadecondutividade elétricaelétrica^ ee^ térmicatérmica.^ Cerâmicos^ são

isolantes pois não possuem elétrons livres na ligação

química.

• (^) Permitem grandegrande (^) deformaçãodeformação plásticaplástica pois as ligações

são móveis ou seja não são rígidas como as iônicas e asrígidas como as iônicas e as

covalentescovalentes. Os materiais cerâmicos são frágeis pois as

ligações são rígidas.

• (^) Quanto maior a energia envolvida na ligação química há uma

tendência de:

• (^) Maior ser o ponto de fusão do composto
• (^) Maior a resistência mecânica
• Maior a dureza
• (^) Maior o módulo de elasticidade
• Maior a estabilidade química
• (^) Menor a dilatação térmica