Materiais não Metálicos, Slides de Ciência dos materiais

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Materiais

Não Metálicos

Salvador 2022 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA – IFBA Disciplina: Tecnologia dos Materiais Professora: Cristiane Leite

Materiais Cerâmicos - Definições

A característica comum a estes materiais é serem

constituídos de elementos metálicos e elementos

não metálicos, ligados por ligações de caráter

misto, iônico-covalente.

São formados pela combinação de um metal com

pelo menos um dos elementos: C N O P e S

❑ Quando apresentam estrutura cristalina semelhante aos metais são denominados de cristais cerâmicos. ❑ Quando apresentam estrutura amorfa são vítreos (transparentes). O termo cerâmico tem origem do grego “keramicos” que significa matéria queimada. Isto se deve ao fato de que as propriedades de utilização só são obtidas após um tratamento térmico denominado de cozimento ou queima.

Materiais Cerâmicos - Estrutura Cristalina

Materiais Cerâmicos - Tipos

• Materiais Cerâmicos Tradicionais : cerâmicas estruturais, louças, refratários (provenientes de matérias primas argilosas).
• Vidros e Vitro-Cerâmicas.
• Abrasivos.
• Cimentos.
• Cerâmicas “Avançadas” : aplicações eletro-eletrônicas, térmicas, mecânicas, ópticas, químicas, bio-médicas. ❑ Os principais materiais cerâmicos são: ❑ Resumo:

Materiais Cerâmicos - Classificação

• Naturais •^ Sintéticos
• Provenientes de depósitos na natureza, podem ser processadas ou não. Ex.: argilas, feldspato, sílica, talco, asbestos, wollastonita, etc
• Obtidos através de processos químicos e refinadas para aumentar pureza e características físicas.
• Podem ser obtidos a partir de:
• Matérias-primas naturais (magnesita, calcita...)
• Outras matérias-primas sintéticas (alumina, zircônia...) Ex.: SiC, ZrO2, MgO, Al2O3, BeO, MgAl2O

Cerâmica

avançada

Cerâmica

tradicional

Resumindo:

Rígidos. Resistentes. Frágeis. Inertes

• Elevada resistência mecânica (alta dureza)
• Mau condutor de corrente elétrica em geral (com exceção da grafita). São geralmente isolantes elétricos, embora possam existir materiais cerâmicos semicondutoras, condutores e até mesmo supercondutores (estes dois últimos, em faixas específicas de temperatura).
• Isolante térmico em geral
• Mais estável do que os metais. São comumente estáveis sob condições ambientais severas
• Os materiais cerâmicos apresentam alto ponto de fusão. Resistente à altas temperaturas (600°C a 1600 C a 1600 °C)
• Resistência à corrosão (baixa reatividade)
• Elevada fragilidade é a sua principal desvantagem Características Gerais dos Materiais Cerâmicos (Propriedades):

Características:

• Sedimento com tamanho de partícula inferior a 2μm
• Constituída por argilominerais, podendo conter impurezas e matéria orgânica
• Desenvolve plasticidade com adição conveniente de água
• Perde a água adicionada após secagem
• Adquire resistência elevada após 1000ºC

Materiais Cerâmicos - Argilas

Utilizadas em larga escala para produção industrial de: materiais de construção refratários louça de mesa algumas cerâmicas elétricas aditivos em composições de vidros e vidrados como matérias-primas para a produção de reagentes químicos ARGILOMINERAIS: aluminossilicatos hidratados que podem ser dispersos em partículas finas e desenvolvem plasticidade quando misturados com água – Exemplos: caulinita, halloysita, pirofilita, mica, montmorillonita, ilita

CAULIM (ou china clay):

• Composição química aproximada: Al2Si2O5(OH)
• queimam com cor branca ou creme
• elevada quantidade de partículas finas
• inércia a agentes químicos Divisão das matérias-primas argilosas empregadas na indústria ARGILA DE QUEIMA BRANCA: - BALL CLAYS: cor escura até o preto, devido à matéria orgânica, mas que são brancas após a queima; são bastante plásticas - FIRE CLAYS: argilas refratárias - FLINT CLAYS: duras e pouco plásticas ARGILA DE QUEIMA VERMELHA: - ARGILAS REFRATÁRIAS: propriedades bastante variáveis, mas com uma característica única de formação de fases refratárias durante a queima - ARGILAS FUNDENTES: também apresentam características distintas, mas a característica única é a fundência; são classificadas conforme o de teor de carbonatos

Cerâmicas de alta tecnologia

• Os processos de fabricação desses materiais podem diferir muito daqueles das cerâmicas tradicionais. As matérias primas são muito mais caras, porque tem qualidade muito melhor controlada (controle do nível de impurezas é crítico). ❑ Elétricas - sensores de temperatura (NTC, PTC) , ferroelétricos (capacitores, piezoelétricos) , varistores (resistores não lineares), dielétricos (isolantes) ❑ Térmicas - materiais resistentes em temperaturas elevadas – principais materiais: SiC, Al2O , Si3N4 – turbinas, turbo-compressores e trocadores de calor ❑ Químicas - sensores de gases e vapores - principais materiais: ZrO2 (O2 ) , ZnO, SnO2 , Fe2O (H2O) – alarme de vazamento de gases venenosos e hidrocarbonetos – sensor de oxigênio em veículos automotores – sensor de oxigênio na fabricação do aço ❑ Magnéticas ❑ Ópticas ❑ Biológicas - Próteses e implantes – principais materiais: Al2O3 (bio-inerte) e hidroxiapatita (bio-ativa) – ossos artificiais, dentes e juntas
• As suas aplicações são baseadas em propriedades mais específicas:

Tipos de Vidros

Desafios: Reciclagem dos Materiais Cerâmicos ❑ Reciclabilidade difícil; ❑ Diversidade de composições; ❑ Maioria dos produtos são duráveis; ❑ Mercado ruim - Sucata pouco valorizada; ❑ Reaproveitamento energético inviável, assim como os metais. Apesar dos problemas, a reciclagem de materiais cerâmicos é interessante em casos onde há excesso de matéria-prima. Onde há isso? ✓ Resíduos Industriais; ✓ Embalagens de Vidros; ✓ Resíduos da Construção Civil.

Reciclagem dos Vidros A Reciclagem de vidro é o processo pelo qual o

vidro é reutilizado na produção de outro produto. Embalagens de vidros (garrafas, principalmente)

• 47% foram recicladas em 2011 (www.cempre.org.br);
• Brasil: 980 mil t de embalagens de vidro/ano;
• 45% da matéria-prima para as novas embalagens são cacos;
• Embalagens possuem composição mais ou menos semelhante;
• Alto índice de quebra de garrafas retornáveis;
• Demanda do mercado por descartáveis: 0,5 kg/habitante.mês;
• Teoricamente, reciclável infinitas vezes;
• Sem restrição ao uso em contato direto com alimentos;
• Problema: preço muito baixo! Alguns tipos de vidros, devido à composição específica, presença de revestimentos ou camadas internas de outros materiais bem como de outras características, apresentam dificuldades técnicas de reciclagem. Dessa forma são considerados não-recicláveis ou de reciclabilidade difícil: vidros de lâmpadas incandescentes, espelhos, vidros temperados, cristal, de janela, de automóvel etc. Não devem ser misturados aos de embalagem.

▪ O vidro é um material ideal para a reciclagem e pode, dependendo das circunstâncias, ser infinitamente reciclado. ▪ O uso de vidro reciclado em novos recipientes e cerâmicas possibilita a conservação de materiais, a redução do consumo de energia (o que ajuda nações que têm que seguir as diretrizes do Protocolo de Quioto) e reduz o volume de lixo que é enviado para aterros sanitários ▪ Dependendo da finalidade do seu uso, pode ser necessário separá-lo em cores diferentes. As três cores principais são: *Vidro incolor * Vidro verde * Vidro marrom/âmbar ▪ Os componentes de vidro decorrentes de lixo municipal (lixo doméstico e comercial) são geralmente: garrafas, artigos de vidro quebrados, lâmpada incandescente, potes de alimentos e outros tipos de materiais de vidro. ▪ A reciclagem de vidro implica em um gasto de energia consideravelmente menor do que a sua manufatura através de areia, calcário e carbonato de sódio. ▪ O vidro pronto para ser novamente derretido é chamado de cullet.

Reciclagem dos Vidros

Reuso do vidro O reuso do vidro é preferível à sua reciclagem. Garrafas são extensamente reutilizadas em muitos países europeus e no Brasil. Na Dinamarca, 98% das garrafas são reutilizadas e 98% destas retornam para os consumidores. Porém, estes hábitos são incentivados pelo governo. Em países como a Índia, o custo de fabricação das novas garrafas obriga a reciclagem ou o reuso de garrafas velhas.