Cerâmicas a base de Silicato

CERÂMICOS CRISTALINOS A BASE DE SILICATOS

Composição (% em peso)

SiO2 Al2O3 K2O MgO CaOOutro

s

Sílica refractária 96 4

Tijolo refractário 50-70 45-25 5

Mulite refractária 28 72 ----

Porcelana eléctrica

61 32 6 1

Porcelana steatite 64 5 30 1

Cimento Portland 25 9 64 2

Os cerâmicos cristalinos à base de Silicatos não são usados como materiais estruturais

(não são considerados cerâmicos avançados)

Unidade básica dos silicatos• Muitos materiais cerâmicos,

principalmente do grupo dos tradicionais contém silicato, pois são abundantes e baratos

• A unidade básica dos silicatos é o tetraedro SiO4

-4 no qual um átomo de silício é cercado por quatro oxigênios (rSi / rO =0,29 tabela NC=4 estrutura tetraedal) cada um com um elétron disponível para realizar ligações químicas

• Existem duas formas dessas ligações acontecerem:

• Com outros átomos metálicos • Cada oxigênio pode

compartilhar um par de elétrons com um segundo átomo de silício.

Ligações entre os tetraedros formando estruturas

No caso dos oxigênios se ligarem a outros silícios a estrutura pode crescer de forma análoga a polimerização

• Estrutura em cadeia:• Os tetraedros são arranjados

em cadeias simples ou duplas.

• Exemplos:• Pirofilita: Al2Si4O10(OH)2

principal componente da pedra sabão

• Asbesto (amianto): Mg3Si2O5(OH)4 Conhecido material resistente ao calor, mas cancerígeno e por isso proibido em muitos países.

• Ligações secundárias mantém essas cadeias unidas

Estrutura em camada da argila caulin ou caulinita

• Estrutura em camada:• Os arranjos das unidades

tetraédricas é segundo um plano.• Ligações mais fracas que as

existentes no tetraedro mantém as camadas unidas.

• Desta forma surgem propriedades distintas dos cerâmicos nos materiais com essa estrutura.

• Exemplos:• Mica: KAl3Si3O10(OH)2 clivagem• Argila Al2(Si2O5)(OH)4 caulin

plasticidade• Talco: Mg3Si4O10(OH)2 lubrificante

Estrutura em camada nos silicatos

Aspecto da mica: Silicato com estrutura em camadas

Com a adição de água as ligações fracas entre as camadas são rompidas, causando o escorregamento entre

elas e a deformação observada na argila

Estruturas tridimensionais de silicato (sílica- SiO2)

• Quando os tetraedros se unem de forma a todos os oxigênios estarem ligados à átomos de silício formam-se estruturas cristalinas tridimensionais.

• Há três formas cristalinas da sílica:

• Quartzo α,até 570ºC (ao lado)• Quatzo β, até 870ºC(ao lado)• Tridimita de 870ºC até 1470ºC• Cristobalita de 1470ºC até

1713ºC (estrutura ao lado)

Noções sobre vidros

• O vidro é um silicato amorfo (não cristalino) Tem comportamento de um líquido mas possui ligações 50% covalentes e 50% iônicas, ao contrario da maioria dos liquidos.

• Na estrutura amorfa do vidro, podem-se ajustar facilmente outros átomos, como CaO Na2O. Esses átomos fazem ligações preferencialmente do tipo iônicas que são menos rígidas que as 50% covalentes, permitindo que sejam moldados à temperaturas mais baixas.

Efeito da temperatura sobre os vidros • 1-Ponto de fusão viscosidade

10 Pa-s (pascal segundo) vidro é fluído como líquido

• 2-Ponto de trabalho 103 Pa-s O vidro é facilmente deformável nessa temperatura

• 3-Ponto de amolecimento 4 x 106 Pa-s Mínima temperatura de manuseio do vidro

• 4-Ponto de recozimento 1012 Pa-s T na qual a difusão atômica é suficiente para remover as tensões residuais

• 5-Ponto de deformação 3 x 1013 Pa-s T menores causarão fraturas, transição para o estado vítrio

• 1Pa.s = 10 Poise (1Pa.s=1Kg/m.s e 1P=1g/cm.s)

VIDROS (CERÂMICOS AMORFOS) Tipos de vidros

SiO2 B2O3 Al2O3 Na2O CaO MgO K2O ZnO PbO Utilização

Sílica vítrea 100 Vidro alta pureza(*)

Borosilicato 76 13 4 5 1 Vidro p/ química

Vidro (janelas)

72 1 14 8 4

Vidro (conten.)

73 2 14 10

Fibra vidro E 54 8 15 22 Fibras p/ compósitos

Verniz 60 16 7 11 6

Enamel 34 3 4 17 42Revestimento p/ metais

PROCESSAMENTO DE VIDROS

Processo para fabricação de chapa de vidro

Têmpera nos vidros

• Faz-se um resfriamento rápido no vidro, normalmente com ar forçado, gerando tensões compressivas na parte externa e trativas na parte interna, deixando a peça de vidro mais resistente ao choque.

NOÇÕES DE CERÂMICAS TRADICIONAIS • A COMPOSIÇÃO GERAL DAS

CERÂMICAS TRADICIONAIS:• Argila: Caulim ou caulinita

Al2(Si2O5)(OH)4

• Sílica (quartzo SiO2): Material de enchimento de alto ponto de fusão e não reativo

• Feldspato: Fluxo, forma um ligante vítrio de baixo ponto de fusão com a argila:

• 3Tipos: potássico: KAlSi3O8

• sódico: NaAlSi3O8

• cálcico: CaAl2Si2O8

Aspecto micrográfico de uma porcelana

Processamento da cerâmica tradicional

• Faz-se uma suspensão coloidal dos 3 silicatos em água que se chama barbotina

• Essa suspensão é derramada em moldes de gesso que são permeáveis deixando uma camada de produtos junto ao molde, que é pré-aquecida por volta de 120ºC para remoção da água

• Essa casca é retirada do molde (Resistência a verde) e aquecida entre 1200 e 1400 ºC (porcelanas) para adquirir resistência mecânica

Preparação da barbotina pesagem dos pós e mistura com água

Moldes de gesso

Peças de cerâmica tradicional após a colagem

Processo de secagem da argila antes da queima (sinterização)

Relação entre temperatura de queima e a resistência da cerâmica tradicional

• Quanto maior a temperatura de queima entre 900ºC e 1400ºC maior a resistência durabilidade e a densidade (menor a porosidade)

• T maiores que 1400ºC o corpo pode ficar muito mole e a peça entrar em colapso

Equipamentos empregados para extrusão de cerâmicos argilosos

Processamento da cerâmica tradicional a base de argila

• São produtos da cerâmica tradicional onde a argila predomina.

• São fabricados em geral por extrusão adquirindo resistência a verde

• São secados em T de 110ºC e depois queimados a 900ºC.

Vitrificação: vidrados

• É uma camada contínua de vidro aderente sobre a superfície de um corpo cerâmico.

• O vidrado pode ser queimado simultaneamente com o corpo cerâmico (monoqueima) ou em uma segunda queima, depois de aplicado ao biscoito

• O objetivo do vidrado é fornecer uma superfície dura não absorvente e de fácil limpeza.