Universidade Jean Piaget de Angola
Faculdade de Ciências e Tecnologias
TRABALHO DE CIÊNCIAS DOS MATERIAIS
TEMA: CERAMICOS
Grupo nº:
Curso: Engenharia de Eletromecânica
Viana, Maio de 2017
PAGE \* MERGEFORMAT 12
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Trabalho de ceramicos, Trabalhos de Eletromecânica
Ciência dos Materiais
Tipologia: Trabalhos
2017
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Universidade Jean Piaget de Angola
Faculdade de Ciências e Tecnologias
TRABALHO DE CIÊNCIAS DOS MATERIAIS
TEMA: CERAMICOS
Grupo nº:
Curso: Engenharia de Eletromecânica
Viana, Maio de 2017
PAGE * MERGEFORMAT 12
Universidade Jean Piaget de Angola
Faculdade de Ciências e Tecnologias
TEMA: CERAMICOS
Estudantes:
Gelson Augusto Mário Neto
DEDICATÓRIA
Deus, que nos criou e foi criativo nesta tarefa. Seu fôlego de vida em mim me fоі sustento е me deu coragem para questionar realidades е propor sempre um novo mundo
de possibilidades.
ÍNDICE
- Introdução --------------------------------------------------------------------------------- - A história dos cerâmicos ------------------------------------------------------------------ - Fundamentos teóricos --------------------------------------------------------------------- - Classificação ------------------------------------------------------------------------------- - Características ----------------------------------------------------------------------------- - Principais materiais cerâmicos ----------------------------------------------------------- - Estrutura dos materiais cerâmicos ------------------------------------------------------- - Produção ---------------------------------------------------------------------------------- - Tipos de cerâmicos ----------------------------------------------------------------------- - • Principais tipos de cerâmicos --------------------------------------------------- - • Processamento dos vidros ------------------------------------------------------- - Aplicação dos materiais cerâmicos ------------------------------------------------------
- Conclusão ---------------------------------------------------------------------------------
- Bibliografia referenciadas ---------------------------------------------------------------
ÍNDICE DAS FIGURAS
Figura 1. Cerâmica vitrificada da Mesopotâmia -----------------------------------------
Figura 2. Cerâmica Pré Inca --------------------------------------------------------------
Figura 3. Cerâmica chinesa seculo IV A.C. ----------------------------------------------
Figura 4. Cerâmica chinesa Vitrificada ---------------------------------------------------
Figura 5. Peças Cilíndricas ----------------------------------------------------------------- 5
Figura 6. Torno de cerâmica --------------------------------------------------------------- 5
Figura 7 – estrutura de um cerâmico sem defeito --------------------------------------
Figura 8 – defeitos da estrutura ---------------------------------------------------------
INTRODUÇÃO
Neste trabalho apresentaremos um conjunto de pesquisas a respeito dos matérias cerâmicos, apresentando suas principais propriedades, aplicações, classificações e métodos de obtenção.
Cerâmicos são materiais inorgânicos e não-metálicos que consistem em compostos que são formados entre elementos metálicos e não-metálicos, para os quais as ligações interatómicas ou são totalmente iônicas ou são predominantemente iônicas com alguma natureza covalente.
O termo cerâmico vem da palavra grega “keramitos”, que significa matéria-prima queimada, indicando que as propriedades desejáveis desses materiais são normalmente atingidas através de um processo de tratamento térmico a alta temperatura conhecido por ignição. Foi
Fig 1. Cerâmica vitrificada da Mesopotâmia Fig 2. Cerâmica Pré Inca
Mais tarde surgiram os vidrados e os vitrificados. No ano de 4000 A.C. os Assírios já obtinham
cerâmica vidrada semelhante a azulejos, usadas no revestimento de paredes.
Fig 3. Cerâmica chinesa seculo IV A.C. Fig 4. Cerâmica chinesa Vitrificada
Mas começa uma nova etapa quando os semitas desenvolveram o torno de oleiro, que permitiu
mais rapidez e acabamento as peças. O torno é uma peça que gira rapidamente, permitindo a
moldagem rápida de peças cilíndricas.
Fig 5. Peças Cilíndricas Fig 6. Torno de cerâmica
Os gregos e romanos foram grandes cultivadores das peças cerâmicas, especialmente telhas.
Durante algum tempo a evolução estagnou. Datam do seculo VII as primeiras porcelanas
fabricadas pelos chineses (cerâmica chinesa dinastia Ming), enquanto o resto do mundo só usava a cerâmica vermelha e amarela. Apenas no seculo XVIII é que surge na Inglaterra a louça
branca, seguida pela porcelana. Apartir dai houve o grande desenvolvimento desta indústria,
agora baseada em pesquisas, tecnologia e estudos de laboratórios especializados. Junto com o
estudo da cerâmica, desenvolveu – se estudos de fornos, melhores, vidrados, aparelhos de
moldagem a seco, porcelanas de altas resistências e seus empregos diversificados como, por
exemplo, em materiais eléctricos e electrónicos.
FUNDAMENTOS TEORICOS
Chama – se de cerâmica a pedra artificial obtida pela moldagem, secagem e cozimento de
argilas ou misturas argilosas. Em alguns casos pode ser suprimida algumas etapas citadas, mas
a matéria-prima essencial de uma cerâmica é a argila.
Em geral os cerâmicos as suas propriedades desejáveis são obtidas através de um processo
térmico em temperatura elevada denominada de queima. E ate meados dos anos 50 os matérias
mas importantes desta classe eram os cerâmicos tradicionais, cuja matéria-prima mas
conhecida é argila e os seus produtos tradicionais são: Os pisos, tijolos, porcelanas e
vidros.Com o tempo houve o avanço ou evolução dos cerâmicos devido a conhecimento dos
fenómenos e compreensão das características fundamentais destes matérias, que são
conhecidos como cerâmicos avançados (Técnicos). Estes cerâmicos da nova geração podem ser
encontrados na eletrônica, em computadores, em equipamentos de comunicação, na indústria
aeroespacial.
Classificação
Os materiais cerâmicos podem ser classificados de diversas formas, o mais usual é a
classificação por aplicação. Outras formas mais aprimoradas são:
- Composição química
Óxidos, carbetos, Nitretos e Oxinitretos.
- Origem Mineralógica Quartzo, bauxita, mulita, apatita, zircónia entre outros.
- Método de moldagem Compressão isostática, colagem por barbotina (Slip casting), extrusão e moldagem por injecção, calandragem entre outros.
- Compatibilidade com os alimentos
- Piezoeletricidade e dinâmica
- Resistência à temperatura •Resistência ao choque térmico e às flutuações
- Metalização (tecnologia de junção)
- Resistência ao desgaste
- Expansão térmica
- Isolamento térmico
- Condutividade térmica
Essas propriedades e combinações de propriedades possibilitam o uso da cerâmica térmica em uma variedade de aplicações na indústria automotiva,eletrônica, tecnologia medica, energia e meio ambiente e, em geral, na construção de máquinas e equipamentos. Frequentemente isso faz com que a cerâmica técnica concorra com os metais e plásticos. Mas em alguns casos, a cerâmica oferece a única solução, e é usada onde esses materiais não atendem os requisitos existentes de forma ideal ou quando os novos desafios não podem ser superados pelos materiais convencionais. CERÂMICA DE ÓXIDO - ÓXIDO DE ALUMÍNIO (AL2O3) A alumina ou óxido de alumínio (Al2O3) em seus vários níveis de pureza é usado com mais frequência do que outros materiais cerâmicos avançados.
Estrutura dos matérias cerâmicos:
Cerâmicas Cristalinas: Em geral, a estrutura cristalina dos materiais cerâmicos é mais complexa que a dos metais, uma vez que eles são compostos pelo menos por dois elementos, em que cada tipo de átomo ocupa posições determinadas no reticulado cristalino. Ao contrário de outros matérias cerâmicos, o vidro é uma substância não-cristalina.
Fig 7 – estrutura de um cerâmico sem defeito Fig 8 – defeitos da estrutura
Produção:
As técnicas de produção de matérias cerâmicos assemelham-se muito à técnica da metalurgia do pó.
As principais etapas de fabricação são as seguintes:
- Preparação dos ingredientes para conformação. Esses ingredientes estão geralmente na forma de partículas de pó. A mistura é feita seca ou úmida; Conformação, a qual pode ser feita no estado líquido, semilíquido ou úmida ou sólida, nas condições fria ou quente.
No caso líquido, prepara-se uma espécie de lama que é vazada em moldes
Porosos (de gesso), os quais absorvem o líquido, deixando uma camada de material sólido na superfície do molde. Como ocorre contração, mais lama é adicionada até obter-se a forma desejada.
Por esse método, podem-se produzir peças circulares, mediante a rotação dos moldes, como na fundição por centrifugação.
- No caso semilíquido ou sólido utiliza-se conformação por pressão.
A conformação sólida (com teor de umidade até 5%) é empregada para a
Fabricação de isoladores elétricos, certos tipos de refratários e peças cerâmicas para indústria eletrônica. A pressão utilizada é elevada e os moldes são metálicos.
Na conformação semilíquida ou úmida, com teores de água que podem chegar a 20%, as pressões são ainda mais baixas e os moldes de menos custo.
Emprega-se ainda o processo de compressão isostática, para a produção de
óxidos cerâmicos de alta qualidade, em peças como isoladores de velas de ignição.
- Outro processo relativamente recente é a compressão a quente, que permite obter peças de alta densidade e de melhores propriedades mecânicas.
- A conformação pode ser ainda feita por extrusão, processo que possibilita a fabricação de produtos cerâmicos de argila, como tijolos e telhas;
- Secagem e cozimento, para remoção de água e obtenção da resistência final necessária.
A secagem deve ser muito cuidadosa, porque excessiva secagem pode resultar em rápida contração que leva a empenamento e mesmo fissuração.
As peças de cerâmica de baixo custo e menos responsabilidade são geralmente deixadas secar em ambiente normal, protegido contra as intempéries.
Esse problema de secagem não existe no caso de peças de qualidade, pois as mesmas são geralmente produzidas a partir de pós secos.
O cozimento ou sinterização é levado a efeito a temperaturas que variam de acordo com a composição do material e das propriedades finais desejadas.
A temperatura máxima do processo é chamada temperatura de amadurecimento.
As peças refretarias e eletrônicas são cozidas a temperaturas que podem
ultrapassar 1650°C, para obter-se a vitrificação e as ligações finais necessárias.
As ligações obtidas em refratários de alta qualidade são de natureza cristalina, em vez de vidrosa;
Possui ainda excelente resistividade elétrica e dielétrica e é resistente à ação de muitas substâncias químicas, do ar, vapor de água e atmosferas sulfurosas.
É empregado como isoladores elétricos, em aplicações químicas e
aeroespaciais e em componentes resistentes a boas propriedades à abrasão como guias de máquinas têxteis, varetas de êmbolos de bombas, revestimentos de calhas, furos de descargas, matrizes e mancais.
- O óxido de berílio – berília – apresenta condutibilidade térmica elevada, além de alta resistência e boas propriedades dielétricas. É de custo elevado e difícil de trabalhar. Além disso, no seu manuseio são necessárias certas precauções, porque suas partículas de poeira são tóxicas. É utilizado devido a sua rigidez, resistência e estabilidade dimensional em giroscópios; em transístores, resistores e aplicações similares, devido a sua elevada condutibilidade térmica.
- O óxido de magnésio – magnésia – tem aplicações limitadas, por não ser suficientemente resistente e por ser suscetível a choque térmico, devido a sua elevada dilatação térmica.
- O óxido de zircônia – zircônia – apresenta-se em vários tipos: óxido puro monoclínico, forma estabilizada cúbica e outros.
A zircônia estabilizada possui alta temperatura de fusão (cerca de 2760°C),
baixa condutibilidade térmica e resiste bem à ação de atmosferas oxidantes e redutoras e de muitos agentes químicos. Algumas formas de zircônia estabilizada são utilizadas em recipientes e equipamentos em contato com metais líquidos.
A zircônia monoclínica, do tipo nuclear, é empregada em elementos
combustíveis nucleares, componentes de reatores e aplicações similares.
- O óxido de tório – tória – é o óxido cerâmico quimicamente mais estável e possui o mais elevado ponto de fusão dentre os óxidos cerâmicos – 3315°C. Algumas aplicações são feitas em reatores nucleares.
- (^) Os óxidos mistos são constituídos de várias combinações de magnésia, alumina e sílica.
Engloba a maioria dos materiais cerâmicos chamados de abrasivos.
Cerâmica de alta tecnologia/Cerâmica avançada: Embora as cerâmicas tradicionais correspondam a maior parte da produção desses materiais, o desenvolvimento de novas e avançadas cerâmicas teve início e continuará a estabelecer um nicho importante em nossas tecnologias de ponta.
Em particular, as propriedades elétricas, magnéticas e óticas, bem como
Combinações de propriedades exclusivas dos materiais cerâmicos, têm sido exploradas em uma gama de novos produtos. Além disso, as cerâmicas avançadas são utilizadas em motores de combustão interna e de turbina, em chapas de blindagem, embalagens de componentes eletrônicos, como ferramentas de corte, e para conversão, armazenamento e geração de energia.
Vidro: origina-se da fusão de sílica – SiO2 – cristalina. Essa fusão forma um líquido viscoso cuja ligação não apresenta as características muito regulares dos sólidos cristalinos.
Ao contrário de outros matérias cerâmicos, o vidro é uma substância não cristalina. Para sua fabricação, parte-se de uma mistura de sílica e outros óxidos, a qual é fundida e resfriada de modo a resultar uma condição rígida.
De qualquer modo, a estrutura do vidro é tridimensional e os átomos ocupam posições definidas.
Processamento de Vidros:
A produção de produtos de vidro compreende quatro etapas:
- Fusão e refino
- Conformação
- Tratamento térmico
- Acabamento
Além dos materiais básicos, emprega-se sucata de vidro ou material rejeitado. Os fornos de fusão são de natureza contínua e a temperatura de fusão situa-se em torno de 1500°C.
O vidro fundido é retirado continuamente do forno e levado à área de trabalho, onde é conformado a temperaturas em torno de 1000°C.
- Os métodos de conformação incluem:
a) Sopragem ou insuflação, para fabricação de peças ocas, como garrafas. Ar é utilizado como elemento de insuflação. b) Compressão, que é o método de mais baixo custo. Utiliza-se uma prensa rotativa, dotada de moldes onde o vidro pastoso é colocado e submetido à pressão para obter - se a forma desejada. Por esse processo, fabricam-se de mesa e fogão, isoladores, lentes e refletores
c) Estiramento, para fabricação de peças tubulares ou barras de vidro. No primeiro caso, força-se o vidro líquido a passar em torno de um mandril cônico de metal ou material cerâmico e sopra-se ar através de centro do mandril. Por estiramento ou laminação, produz-se chapas de vidro
d) Fundição, restrita a formas simples e de grandes dimensões. É o método mais difícil de conformação de vidro.
- O tratamento térmico consiste em duas operações: recozimento e têmpera.
a) O recozimento tem por objetivo eliminar as tensões que se desenvolvem no resfriamento do vidro, após a conformação, até a temperatura ambiente e consiste em aquecer-se o vidro até a faixa de temperaturas de recozimento, manutenção
Materiais biodegradáveis são incorporados no tecido vizinho ou podem até mesmo ser completamente dissolvidos após certo período de tempo.
Bio cerâmicas satisfazem necessidades tão diversas quanto: baixos coeficientes de atrito para a lubrificação de próteses de juntas superfícies de válvulas de coração que evitam coagulação do sangue, materiais que estimulem o crescimento ósseo e aqueles que podem prender espécies radioativas para tratamentos terapêuticos;
Elétrica: uma importante invenção que modificou a vida de milhões de pessoas foi a lâmpada de luz incandescente, em 1879. Desde então a tecnologia da iluminação tem sido caracterizada pela invenção de métodos de aumento da luminosidade e da eficiência das fontes de luz. A vasta indústria eletrônica não existiria se não houvesse cerâmica. A cerâmica tem um vasto leque de propriedades eletrônicas tais como isolamento, semicondutores, supercondutores, piezoeletrônica e magnéticas. Componentes eletrônicos individuais e circuitos integrados complexos com multicomponentes têm sido fabricados de cerâmicas.
Meio ambiente e aeroespacial: as cerâmicas podem ajudar na diminuição da poluição, capturar materiais tóxicos e encapsular resíduos nucleares.
Hoje, conversores catalíticos dos automóveis e caminhões são feitos de cerâmicas celulares e ajudam a converter gases nocivos como CO em água e hidróxido de carbono. Cerâmica avançadas estão a começar a ser usadas em engenhos a diesel. As propriedades de leveza, resistência a altas temperaturas ao desgaste conferem resultados de maior eficiência na combustão e significativas poupanças de combustível.
A resistência ao calor e o peso leve são algumas das características mais atrativas nos materiais cerâmicos. Por essas razões as telhas de cerâmica fornecem blindagem ao aquecimento em naves espaciais de hoje, nomeadamente nos usados pelo programa espacial da NASA.
CONCLUSÕES
Por meio deste trabalho, verificamos que apesar da cerâmica ser utilizada desde à pré-história, pelo homem, ela ainda hoje é de fundamental importância para a sociedade, pois é predominantemente utilizada na construção civil devido a sua grande resistência mecânica a compressão, vale ressaltar também a sua propriedade de ser um material refratário, ou seja,
mantém suas propriedades praticamente constantes mesmo a elevadas temperaturas, e o fato de ter um papel ambiental importante.
Contudo os materiais cerâmicos não estão restritos somente a isso, sendo utilizados em uma gama enorme de variações, principalmente as que estão ligadas as questões de baixa condutividade térmicas e elétricas.
BIBLIOGRÁFIA CONSULTADA
Referencias Bibliográficas:
- Http://www.ceramistas-es.com.br/index.htm
- Http://www.poli.usp.br/d/pmt2100/Aula10_2005%201p.pdf
- Http://www.reciclagem.pcc.usp.br/vidro.htm
- Jr., William D. Callister – Ciências e Engenharia de Matérias: Uma Introdução – 5ªed. LTC editora
- Chiaverini, Vicente – Tecnologia Mecânica, Materiais de Construção Mecânica – Volume III
- 2ª ed. Editora Afiliada
- Introdução a ciência dos matérias para Engenharia.