Post on 17-Dec-2015
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Em cincia dos materiais o vidro uma substncia slida e amorfa, que
apresenta temperatura de transio vitrea.
O termo vidro se refere a um material cermico transparente geralmente
obtido com o resfriamento de uma massa lquida base de slica.
Em sua forma pura, o vidro um xido metlico super esfriado transparente,
de elevada dureza, essencialmente inerte e bilogicamente inativo, que pode
ser fabricado com superfcies muito lisas e impermeveis.
Estas propriedades desejveis conduzem a um grande nmero de aplicaes.
No entanto, o vidro geralmente frgil.
Vidros
Vidros
Principal tipo de vidro
Vidro de silica (slido no cristalino)
Composio Qumica
Principal xido: SiO2 ; outros xidos: CaO, Na2O, K2O e Al2O3.
Exemplos: embalagens, janelas, lentes, fibra de vidro.
Os produtos de vidro so conformados (moldados) a quente.
Matrias-primas
Tipos de Vidros
Vitro-
cermica
43,5 14 30 5,5 6,5TiO2,
0,5As2O3
facilmente fabricado; resistente; resiste a choques trmicos - usados em vidrarias para
fornos
Cristalinos x No-cristalinos
Cristalinos: diminuio descontnua no
volume quando se atinge Tf.
Materiais vtreos
Volume diminui continuamente em
funo de uma reduo na temperatura.
Ocorre uma pequena diminuio na
inclinao da curva na temperatura de
transio vtrea, Tv. Abaixo dessa
temperatura o material considerado
como vidro; acima dessa temperatura, o
material primeiro um lquido super-
resfriado, e finalmente um lquido.
Propriedades dos Vidros
Ponto de fuso: temperatura na
qual a viscosidade de 10 Pa-s
(100 P); o vidro fluido o
suficiente para ser considerado
um lquido.
Ponto de operao: representa
a temperatura na qual a
viscosidade de 10 Pa-s (104
P); o vidro facilmente
deformado nessa viscosidade.
Viscosidade x temperatura
Ponto de amolecimento:
temperatura na qual a viscosidade
de 4x106 Pa-s (4x107 P), a
temperatura mxima na qual uma
pea de vidro pode ser manuseada
sem causar alteraes
dimensionais significativas.
Ponto de recozimento:
temperatura na qual a viscosidade
de 1012 Pa-s (1013 P). Nessa
temperatura, a difuso atmica
rpida, tal que quaisquer tenses
residuais podem ser removidas
dentro de um intervalo de
aproximadamente 15 min.
Ponto de deformao:
temperatura na qual a
viscosidade se torna 3x1013 Pa-s
(3x1014 P). Para temperaturas
abaixo do ponto de deformao,
a fratura ir ocorrer antes do
surgimento da deformao
plstica. A temperatura de
transio vtrea ser superior
temperatura do ponto de
deformao (1013 Pa.s).
A maioria das operaes de
conformao dos vidros
conduzida dentro da faixa de
operao, entre as temperaturas
de operao e amolecimento.
Conformao do Vidro
Prensagem: usada na fabricao de peas com paredes relativamente
espessas, tais como pratos e louas.
A partir de um tarugo de
vidro, um parison, ou
forma temporria,
moldado por prensagem
mecnica em um molde.
A pea inserida dentro
de um molde de
acabamento ou de
insuflao, e ento
forada a se conformar
com os contornos do
molde pela presso que
criada por uma injeo
de ar.
Insuflao: manualmente (objetos de arte) e automatizado (jarras,
garrafas e lmpadas de vidro)
Estiramento: usado para conformar longas peas de vidro, como lminas,
barras, tubos e fibras, as quais possuem uma seo reta constante.
O vidro fundido colocado em uma cmara
de aquecimento de platina.
As fibras so conformadas pelo estiramento
do vidro derretido atravs de muitos orifcios
pequenos na base da cmara.
Conformao das fibras: fibras de vidro contnuas so conformadas
segundo uma operao de estiramento que um tanto sofisticada
Recozimento
Pea de vidro aquecida at o
ponto de recozimento e ento
lentamente resfriada at a
temperatura ambiente.
diminui as tenses internas aumenta a resistncia ao choque
trmico
Vantagens do vidro temperado:
um vidro de segurana quando fraturado, fragmenta-se em pequenos pedaos com arestas menos cortantes.
Tem resistncia mecnica cerca de 4 a 5 vezes superior do vidro comum.
Desvantagem do vidro temperado:
No permite novos processamentos de cortes, furos ou recortes depois de acabado.
Utilizao dos vidros temperados:
Box; vidro de automveis; vitrines, portas e divisrias que no possuem proteo adequada, etc.
Tmpera
Aquecimento a Tv < T < Tf resfriado com jato de ar ou banho de leo.
A maioria dos vidros inorgnicos pode ser transformada de um estado no-cristalino para um estado cristalino mediante um tratamento
trmico apropriado a alta temperatura.
DEVITRIFICAO O seu produto consiste em um material policristalino com gros finos VITROCERMICA.
Um agente de nucleao (frequentemente o dixido de titnio) deve ser adicionado para induzir o processo de cristalizao ou devitrificao.
Vitrocermicos
Caractersticas dos Vitrocermicos:
Baixo coeficiente de expanso trmica (no apresenta choque trmico). Resistncia mecnica e condutividade trmica relativamente elevadas. Facilidade de fabricao (processos convencionais para vidros com
peas isentas de poros).
Aplicaes:
Fabricao de peas para irem ao forno, ou de louas para irem mesa (alta condutividade trmica), isolantes eltricos, substrato para placas de
circuito impresso, revestimentos em trabalhos de arquitetura, trocadores
de calor, etc.
Exerccio 1: Como pode ser produzido o vidro temperado? Justifique a sua
resposta com base na figura abaixo.
R: Este tipo de vidro tem sua
resistncia aumentada por resfriamento
rpido da sua superfcie (atravs de um
jato de ar ou, em alguns casos, em um
banho de leo), aps ter sido aquecido
at um nvel prximo de seu ponto de
amolecimento. A superfcie do vidro
resfria primeiro e contrai, enquanto o
interior est quente e se reajusta
dimensionalmente com pequena tenso.
Quando o interior resfria e contrai, a
superfcie est rgida e ento tenses
de estresse so criadas no interior do
vidro, e tenses de compresso na
superfcie. O vidro temperado possui
uma resistncia maior ao impacto do
que o vidro recozido, e
aproximadamente quatro vezes mais
resistente.
Exerccio 2- O vidro de slica de
cal de soda comum feito pela
fuso de Na2CO3, CaCO3 e SiO2.
Os carbonatos se rompem,
liberando bolhas do gs CO2 que
ajudam a misturar o vidro
fundido. Para 1000 kg de vidro
para recipiente (15% p Na2O, 10%
p CaO, 75% p SiO2), qual a
frmula do lote da matria-prima
(percentual em peso Na2CO3,
CaCO3 e SiO2)?
Exerccio 3: Qual seria a
composio (em percentual em
peso de um composto de
vitrocermica inteiramente de -
espodumnio (Li2O.Al2O3.4SiO2)?
Exerccio 4: Num vidro, a deformao pode ocorrer por meio de um escoamento
isotrpico viscoso se a temperatura for suficientemente elevada. Grupos de tomos,
como por exemplo cadeias de silicato, podem se mover uns em relao aos outros
pelo efeito da tenso aplicada, permitindo a deformao. A resistncia a uma tenso
aplicada devida atrao entre esses mesmos grupos de tomos. Essa resistncia
relacionada viscosidade do vidro, que depende da temperatura segundo a
equao:
Onde a viscosidade do vidro na temperatura T, 0 uma constante, R igual a
8,314 J/mol.K e E a energia de ativao do fluxo viscoso (relacionada com a
facilidade com a qual os grupos de tomos se movem uns em relao aos outros).
Com base na figura abaixo, sabendo-se que o valor de o para a slica fundida
8,926x10-9 Pa.s, calcule o valor da energia de ativao E para esse material.
Sugesto: tome o valor da viscosidade e da temperatura no ponto de recozimento,
pois nesse ponto a viscosidade bem definida.
)exp(0RT
E
Exerccio 5: Um vidro com 96% de slica possui uma viscosidade de 1013 P sua
temperatura de recozimento e uma viscosidade de 108 P sua temperatura de
amolecimento. Calcule a energia de ativao em KJ/mol para o fluxo viscoso deste
vidro nesta faixa de temperatura. (5 pontos)
Dados: R = 8,314 J/mol.k