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CAPÍTULO 7 MATERIAIS CERÂMICOS As cerâmicas caracterizam-se por ligações iônicas e covalentes, alta energia de ligação e cristalinidade (com exceção do vidro). Isto resulta em: “Alto ponto e fusão “Alta resistência à corrosão “Alta rigidez mecânica e baixa ductilidade (alta dureza) “Bom isolante térmico e elétrico “Transparência Porém há problemas “Fratura frágil “Introdução de defeitos estruturais durante a fabricação “Pouca resistência ao choque mecânico e ao choque térmico As cerâmicas se classificam como: “Cerâmicas comuns ou convencionais: telhas, tijolos, cimento, ladrilhos, vidros de janela, “Cerâmicas técnicas ou industriais: isolantes para velas de ignição, tijolos refratários, abrasivos, esmaltes, lentes “Cerâmicas finas ou avançadas: supercondutores, semicondutores, varistores, termistores, fibras óticas, lasers NOÇÕES DE FABRICAÇÃO Devido à refratariedade e à falta de ductilidade, as cerâmicas precisam de um método de preparação específico que envolve três etapas: produção do pó, conformação e sinterização. PRODUÇÃO DO PÓ: existem diversas técnicas de produção do pó “A partir dos sólidos, seja pela oxidação do metal seja a partir do minério “A partir de um líquido, seja pela atomização de um líquido, seja pela extração por solvente resultando em um soluto cerâmico, seja através de um processo eletrolítico “A partir de gases, seja pelo resfriamento súbito de um gás, seja pela reação de reagentes gasosos resultando em um sólido. ePrensagem isostática: o pó pré-moldado ou não é colocado em um molde de borracha e este é colocado ema uma prensa isostática. Corpos de maior densidade e com maior distribuição de densidade são obtidos. A prensa consiste de uma câmara com um líquido que é comprimido. O líquido comprime o molde e este o pó. A pressão é igual de todos os lados (isostática). sExtrusão: semelhante à extrusão de polímeros. A massa deve ser plástica, ou pela adição de água ou pela adição de agentes plastificantes. Muito usada para produtos cerâmicos estruturais, como tijolos. eColagem de barbotina: uma barbotina consiste de uma suspensão das partículas do pó, de um ligante e de agentes defloculantes. Este último evita a formação de aglomerados de partículas. Esta lama é vertida em um molde poroso. O líquido infiltra no molde e uma camada de pó se forma na parede do molde. O excesso de líquido pode ser vertido e uma peça oca é formada. Muito usada para fabricação de vasos de porcelana e louça sanitária. Asusponsão é despeja interior do molda. eColagem de fita: a barbotina é vertida como uma fina camada sobre uma superfície plana e o líquido é evaporado. Forma-se uma fita maleável. Lâmina afilada A( epereao Bobina de coleta de material Estrutura de suporte : Bobina de película transcortadora A sinterização pode ser feita apenas com: “Uso de temperatura somente: este é o caso mais comum. A amostra é aquecida e sinteriza. “Temperatura e pressão uniaxial: um forno é acoplado a uma prensa. Temperatura e pressão são aplicados ao mesmo tempo. Isto produz corpos mais densos em temperaturas inferiores, em comparação ao caso anterior. Peças completamente ou quase densas. “Temperatura e pressão isostática: a pressão é aplicada por um gás no interior de um vaso de pressão. A pressão é isostática. O corpo moldado deve ser colocado em uma peça maleável selada. Geralmente um metal com alto ponto de fusão. Este molde deve ser retirado posteriormente. Peças completamente densas. “Sinterização com ultra-alta pressão: usada para sinterizar materiais metaestáveis e extremamente difíceis de sinterizar como o diamante e o nitreto de boro cúbico (c-BN). *Sinterização por reação: a sinterização ocorre junto a uma reação química. Dificilmente produz densificação total da estrutura. Um exemplo é o nitreto de silício 3Si + 2N2 > SiBN4 PROPRIEDADES DAS CERÂMICAS As cerâmicas apresentam uma grande quantidade de propriedades interessantes que permitem seu uso em aplicações as mais variadas. PROPRIEDADES MECÂNICAS As cerâmicas se caracterizam por elevada dureza, alta rigidez, baixa ductilidade e fratura frágil, baixa resistência à tração e alta resistência à compressão. A alta rigidez (alto módulo de elasticidade) vem da alta energia de ligação iônica e covalente. A baixa ductilidade vem do fato de haver baixa densidade de discordâncias em materiais cerâmicos, dada a obrigatoriedade de manter o equilíbrio eletrostático. Além disso, o movimento dessas discordâncias é dificultado, pois a vizinhança dos íons antes e depois do movimento deve ser mantida. Deste modo, o número de sistemas de escorregamento é bastante reduzido em materiais cerâmicos. Entretanto, algumas cerâmicas possuem uma ductilidade razoável. PROPRIEDADES ELÉTRICAS As cerâmicas apresentam interessantes propriedades elétricas: “Isolantes elétricos: as cerâmicas apresentam alta resistividade e alta rigidez dielétrica. São ideais para isolamento de alta tensão. “Dielétricos: possuem alta constante dielétrica, mesmo em condições de tensão alternada. Os melhores dielétricos para capacitores são cerâmicos. *Semicondutores: algumas cerâmicas naturalmente apresentam comportamento semicondutor. Outras somente após devida dopagem. Este comportamento deve-se à existência de íons de valências diferentes na estrutura. Isto provoca a condução de eletricidade. *Ferroeletricidade: algumas cerâmicas apresentam polarização elétrica quando submetidos a um campo elétrico externo. A isto dá-se o nome de ferroeletricidade. Trata-se de um deslocamento das posições dos íons na rede cristalina. Materiais ferroelétricos apresentam propriedades piezoelétricas, ou seja, quando submetido a variações de tensão, o material sofre mudança nas dimensões. Se sofrer deformações, o material gera uma ddp. Isto permite seu uso em transdutores. PROPRIEDADES TÉRMICAS As cerâmicas apresentam refratariedade, ou seja, alto ponto de fusão mantendo boas propriedades mecânicas em temperaturas elevadas. Apresentam ainda baixa condutividade térmica. Por isso são imbatíveis na construção de fornos. Algumas cerâmicas sofrem grande variação de condutividade térmica com a variação da temperatura. Isto permite seu uso em sensores de temperatura. São os chamados termistores. x 10? fico T ração (kg/mm?)y peso espe: T ência E ti 5 Resist: = x pm % 1 1 e 500 1000 1500 2000 Temperatura %€ 
