ceramicas avançadas
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DISCIPLINA: DEQ 0605 – Ciências e Engenharia de Materiais para Engenharia de Alimentos
DOCENTE: João Bosco de A. Paulo
DISCENTES: Karine Fonseca Soares
Cerâmicas Avançadas na Indústria de Alimentos
NATAL/RN
JUNHO – 2013
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE - UFRN
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

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Sumário
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 3
2. CERÂMICAS AVANÇADAS ...................................................................................................... 4
2.1. DEFINIÇÃO ..................................................................................................................... 4
2.2. CARACTERISTICAS DAS CERÂMICAS AVANÇADAS ......................................................... 4
2.3. CLASSIFICAÇÃO .............................................................................................................. 5
2.4. APLICAÇÃO .................................................................................................................... 6
2.4.1. Filtros ..................................................................................................................... 6
2.4.2. Na indústria ........................................................................................................... 6
2.4.3. Turbinas ................................................................................................................. 6
2.4.4. Optica .................................................................................................................... 7
2.4.5. Em motores e freios .............................................................................................. 7
2.4.6. Proteção Balística .................................................................................................. 8
2.4.7. Eletrônica............................................................................................................... 8
2.5. PROCESSAMENTO ......................................................................................................... 8
2.5.1. Al2O3 –Alumina ...................................................................................................... 9
2.5.2. Alumina eletrofundida .......................................................................................... 9
2.5.3. ZrO2 – Zircônia ....................................................................................................... 9
2.5.4. SiC – Carbeto de Silício .......................................................................................... 9
2.5.5. Si3N4 – Nitreto de Silício ...................................................................................... 10
2.6. TRADICIONAIS X AVANÇADAS ..................................................................................... 10
2.7. CERÂMICAS AVANÇADAS NO BRASIL .......................................................................... 11
2.8. PERSPECTIVAS ............................................................................................................. 12
3. CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 14
4. REFERENCIAS ....................................................................................................................... 15

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1. INTRODUÇÃO
A cerâmica é uma arte antiga, que datam de 4.000 anos, originários do Egito
antigo cerca de 4.700 a.C.A origem da palavra "cerâmica" vem da palavra grega
"Keramos", ou cerâmica. A palavra "telha" se origina do latim "Tegula" e seu derivado
francês, "Tuile. No Brasil, a cerâmica tem seus primórdios na Ilha de Marajó, esta
aponta à avançada cultura indígena que floresceu na ilha. Estudos arqueológicos,
contudo, indicam a presença de uma cerâmica mais simples, que indica ter sido criada
na região amazônica por volta de cinco mil anos atrás.
Cerâmica compreende todos os materiais inorgânicos, não metálicos, obtidos
geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas.
As cerâmicas são comumente dividas em dois grandes grupos:
Cerâmica Tradicional - Inclui cerâmica de revestimentos,
como ladrilhos, azulejos e também potes, vasos, tijolos e outros objetos
que não tem requisitos tão elevados se comparados ao grupo seguinte.
Cerâmica "Avançada" - Geralmente são materiais com solicitações
maiores e obtidos a partir de matéria prima mais pura. São abstraidos
motivo, ferramentas de corte para usinagem, tijolos refratários para
fornos.
As cerâmicas avançadas apresentam as seguintes propriedades: grande
resistência à alta temperatura, alta resistência ao desgaste e corrosão, baixa
densidade, fragilidade a impactos, alta condutividade térmica, baixa condutividade
elétrica, alta dureza e resistência química.

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2. CERÂMICAS AVANÇADAS
2.1. DEFINIÇÃO
O aprofundamento dos conhecimentos da ciência dos materiais proporcionou
ao homem o desenvolvimento de novas tecnologias e aprimoramento das existentes
nas mais diferentes áreas, como aeroespacial, eletrônica, nuclear e muitas outras e
que passaram a exigir materiais com qualidade excepcionalmente elevada. Tais
materiais passaram a ser desenvolvidos a partir de matérias-primas sintéticas de
altíssima pureza e por meio de processos rigorosamente controlados. Estes produtos,
que podem apresentar os mais diferentes formatos, são fabricados pelo chamado
segmento cerâmico de alta tecnologia ou cerâmica avançada.
As cerâmicas de alta tecnologia são materiais com solicitações maiores e
desempenho destacado, obtidos a partir de matérias-primas mais puras. Feitas de
óxidos, carbetos, nitretos, boretos, oxinitretos, etc.
AL2O3: Desenvolvida como material refratário, atualmente tem diversos usos –
velas de ignição.
„ SiC: É muito duro, tem alta resistência à oxidação e é usado como reforço em
compósitos com metais ou cerâmicos
„ Si3N4: Dentre os materiais cerâmicos, é o que exibe melhor conjunto de
propriedades e é usado em componentes de motores
„ ZrO2: Zircônia pura é polimórfica e se transforma de tetragonal para
monoclínica em 1170 °c, causando expansão de volume e trincas. combinando ZrO2
com Y2O3.
2.2. CARACTERISTICAS DAS CERÂMICAS AVANÇADAS
As características incomparáveis das cerâmicas avançadas é a resistência a
temperaturas elevadas e à maioria dos compostos corrosivos. Porém sua limitação,

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que impede o seu uso descontinuo, é a fragilidade, possui uma baixa
tenacidade.
Suas principais características são:
1. Uso de matérias-primas sintéticas de elevada pureza;
2. Rigoroso controle de distribuição de tamanho de partículas;
3. Processos de conformação de formas complexas;
4. Rigoroso controle dimensional e densidade aparente;
5. Sinterização em temperaturas mais elevadas e controle rigoroso;
6. Controle rigoroso sobre os gases da atmosfera do forno;
7. Profundo conhecimento sobre a relação: microestrutura x propriedades x
desempenho.
2.3. CLASSIFICAÇÃO
Os produtos são classificados, de acordo com suas funções, em:
eletroeletrônicos, magnéticos, ópticos, químicos, térmicos, mecânicos, biológicos e
nucleares. Os produtos deste segmento são de uso intenso e a cada dia tende a se
ampliar. Como alguns exemplos, podemos citar: naves espaciais, satélites, usinas
nucleares, materiais para implantes em seres humanos, aparelhos de som e de vídeo,
suporte de catalisadores para automóveis, sensores (umidade, gases e outros),
ferramentas de corte, brinquedos, acendedor de fogão, etc.
Tenacidade: é a energia mecânica, ou seja, o impacto necessário
para levar um material à ruptura. Tenacidade é uma medida de
quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar.
Os materiais cerâmicos, por exemplo, têm uma baixa tenacidade.

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2.4. APLICAÇÃO
2.4.1. Filtros
Espuma cerâmica a base de Al2O3, ZrO2 ou SiC para
filtragem de metais ferrosos e não ferrosos, filtragem de
gases em altas temperaturas, catalisadores e outras
aplicações. Tratamentos químicos superficiais poderiam
proporcionar filtragem seletiva.
Cerâmica porosa em cilindros de Al2O3 para uso em
aquários. Realiza a filtragem biológica e eliminação do amoníaco e dos nitritos da água.
2.4.2. Na indústria
Na industria em geral pode servir para várias áreas:
Componentes para válvulas de exaustão de gases feitos de ZrO2.
Bicos de nebulização de Si3N4.
Parafusos, anéis de vedação e outras peças de SiC para aplicações industriais.
Componentes de selagem metal-cerâmica de alta performance.
Parafusos.
Suportes para catalisadores.
Proteção contra a corrosão.
Rolamentos resistentes ao desgaste para alta Temperatura.
Peças para queimadores de WC.
Rotor revestido de placas de alta alumina.
2.4.3. Turbinas
Também existe muita aplicabilidade na fabricação de peças de turbinas e em
rolamentos feitos com Si3N4.

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2.4.4. Optica
Muito importante na fabricação de fibras opticas, lente de telescopio feitos de
virtroceramicos.
Recentemente está sendo feito um estudo para
lentes feita de fibra de vidro revestida em cobre, que mede
cerca de 10 cm2, um peça tem aproximadamente 1000
lentes com um campo de visão de 180°.
2.4.5. Em motores e freios

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2.4.6. Proteção Balística
As peças são feitas a base de Al2O3, SiC e B4C para proteção balística humana,
de veículos e aeronaves.
2.4.7. Eletrônica
Pode ser aplicado em Substrato para microeletrônica de LTCC, Componentes
piezoeletrônicos para transdutores eletromecânicos, Substratos para componentes
eletrônicos, abaixo segue suas respectivas figuras.
2.5. PROCESSAMENTO

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As ceramicas avançadas podem ser obtidas por vários componentes
2.5.1. Al2O3 –Alumina
Obtida a partir da digestão alcalina da bauxita (processo Bayer), seguida por
precipitação e calcinação.
Al2O3+ 2 OH- + 3 H2O →2 [Al(OH)4] (175 oC)
2 Al(OH)3 →Al2O3+ 3 H2O (900 a 1050 oC)
Produzida em fornos de arco elétrico (T > 2000 oC) . Se obtém maior tamanho
de grão e melhores propriedades refratárias e abrasivas.
2.5.2. Alumina eletrofundida
Produzida em fornos de arco elétrico (T > 2000 oC) . Se obtém maior tamanho
de grão e melhores propriedades refratárias e abrasivas.
2.5.3. ZrO2 – Zircônia
Obtida a partir da dissociação do silicato de zircônio ZrSiO4 em forno de plasma.
ZrSiO4 ZrO2 (99,5%) + SiO2
O grau de pureza necessário para aplicações em engenharia é obtido através de
digestão ácida da zircônia, seguida de calcinação entre 900 e 1000 °C do sulfato de
zircônio.
ZrO2 (99,5%) + H2SO4 Zr(SO4)2 ZrO2 (99,95%)
A transformação martensítica (tetragonal monoclínica) ocasiona fratura que
impedem o uso. As aplicações industriais requerem o uso de óxidos estabilizantes, que
inibem essa transformação (MgO, CaO, CeO2, Y2O3, Nb2O3) .
2.5.4. SiC – Carbeto de Silício
Obtido pela redução térmica da sílica em presença de coque
C + SiO2 →SiO + CO
SiO2 + CO →SiO + CO2
2C + SiO →SiC + CO
Essa reação ocorre em forno de grafite T > 1700 oC (Processo Acheson)

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2.5.5. Si3N4 – Nitreto de Silício
Obtidos pela redução carbotérmica da sílica em atmosfera de nitrogênio.
3 SiO2(s) + 6 C(s) + 2 N2(g) →Si3N4(s) + 6 CO(g)
Essa reação ocorre entre 1400 e 1450 °C
2.6. TRADICIONAIS X AVANÇADAS
A principal diferença entre os materiais cerâmicos avançados e o tradicional é
que os avançados tem como matéria prima elementos sintética e os tradicionais tem
como matéria prima elementos naturais.
Os materiais avançados sua microestrutura é visto através de um
microscópio eletrônico e as tradicionais podemos ver sua microestrutura pelo
microscópio ótico.
CARACTERÍSTICA AVANÇADAS TRADICIONAIS
MATÉRIA PRIMA SINTÉTICA NATURAL
PARTÍCULAS 1,0 µm 0,5 – 1.000 µm
TIPO DE PÓ ALTAMENTE
CONTROLADO
POUCO
CONTROLADO
CONFORMAÇÃO ALTAMENTE
CONTROLADA
ALTAMENTE
CONTROLADA
SINTERIZAÇÃO SEM FASE VÍTREA COM FASE VÍTREA
ANÁLISE MICROSCOPIA
ELETRÔNICA
MICROSCOPIA
ÓPTICA
RESISTÊNCIA 1 – 1.000 1
CUSTO 10 – 10.000 1
Mas o que são Vitrocerâmicas?
Vitrocerâmicos são sólidos policristalinos contendo fase vítrea residual,
preparados pela fusão de vidros, os quais são conformados em produtos sujeitos a
cristalização controlada.

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Algumas das suas propriedades são: alta tenacidade, altas resistências à flexão,
à abrasão e ao risco, ampla faixa de coeficientes de expansão térmica, podendo
mesmo alcançar valores negativos, conferindo resistência ao choque térmico, alta
resistividade elétrica, alta resistência química (dependendo fortemente da composição
química), podem ser facilmente coloridos, podem ser opacos ou até mesmo
transparentes, dependendo do tamanho dos cristais. Por essas características eles são
mais usados nas cerâmicas tradicionais, pois as avançadas são mais puras, devido a
essa pureza elas possuem uma baixa tenacidade.
2.7. CERÂMICAS AVANÇADAS NO BRASIL
A indústria cerâmica brasileira tem grande importância para o país, tendo
participação no PIB – Produto Interno Bruto – da ordem de 1,0%. No Brasil
convencionou-se definir o setor cerâmico em segmentos que se diferenciam pelos
produtos obtidos e mais precisamente pelos mercados que estão inseridos. A seguir
são listados os principais segmentos, classificados pelo valor anual de sua produção.
Principais segmentos da indústria cerâmica brasileira (dados de 2000).
A partir da tabela acima observamos que as cerâmicas avançadas possuem uma
parcela significada na produção brasileira, no entanto muito aquém do que podia
proporcionar. Apesar disso, existe uma intensa atividade de pesquisa em cerâmicas
avançadas no país, as quais são executadas por cerca de 45 grupos existentes em

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universidades e institutos de pesquisa. Todavia, o mercado para estas cerâmicas no
Brasil, em1988, era de US$ 250 milhões, tendo crescido muito pouco. Ao compararmos
com os maiores produtores que são o Japão, os Estados Unidos e a Europa Ocidental
verificamos o quão pequena é a produção brasileira nessa área.
Venda mundial de cerâmicas avançadas pelos 10 maiores produtores
2.8. PERSPECTIVAS
Algumas novas cerâmicas avançadas de
alto desempenho possuem elementos de terras
raras (lantânio, cério, neodímio, praseodímio)
como um dos seus componentes.
Novas perspectivas estão sendo criadas a
partir do entendimento do efeito desses
elementos, terras raras, na origem das
propriedades mecânicas das cerâmicas avançadas.
Isto deve tornar possível no futuro fazer configurações precisas do material cerâmico,
que poderão abrir uma nova fronteira para a aplicação das cerâmicas avançadas e
melhorar o desempenho desses materiais em uma ampla gama de aplicações.
Por exemplo: o nitreto de silício (Si3N4) é um dos materiais mais promissores
para a construção de novas gerações de turbinas a gás. Esses enormes motores,
projetados para movimentar usinas geradoras de energia elétrica deverão queimar

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combustível a temperaturas acima de 1.200 °C. Operando a essas temperaturas, as
novas turbinas deverão atingir uma eficiência térmica muito superior as termelétricas
atuais, emitindo uma quantidade de gases poluentes muito menor.

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3. CONCLUSÃO
Através da pesquisa apresentada, verificou-se o panorama das cerâmicas
avançadas mostrando um campo em desenvolvimento com crescente utilização dessas
cerâmicas nos mais variados setores. É uma área de grande potencial de estudos para
viabilização do seu uso tornando mais acessíveis os benefícios dos produtos gerados
desse material.
Assim, o futuro mostra a necessidade de inovação representada na produção
de materiais alternativos, alguns novos apresentam ainda restrição quanto ao custo e
produção industrial como é o caso das cerâmicas avançadas. Atualmente as previsões
apontam para uma maior participação desses materiais cerâmicos nos componentes
veiculares, mas ainda há necessidade de maior investimento da indústria automotiva
em tecnologias de fabricação, que tornem essas cerâmicas mais baratas e de maior
facilidade produtiva, principalmente ao se tratar de uma indústria em que fatores
como o tempo e agilidade de fabricação são vitais para sua sobrevivência.

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4. REFERENCIAS
Pesquisa revela a estrutura atômica das cerâmicas avançadas. Disponível em
<http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=01016005011>
Acessado em: 02 de junho de 1013.
Polímeros biodegradáveis. Disponível em:
<http://www.eba.ufmg.br/alunos/kurtnavigator/arteartesanato/origem.htmlhttp://pt.
scribd.com/doc/23377504/Polimeros-Biodegradaveis-1>. Acessado em: 04 de junho de
2013
Revisão da literatura – Cerâmicas. Disponível em:
<http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio.br/13224/13224_4.PDF>. Acessado em: 04
de junho de 2013
BERG, E.A.T. (1989). Matéria-prima versus processamento. In: II ENOMAT – Encontro
Estadual sobre Novos
Inovações tecnológicas: aplicação de materiais cerâmicos na indústria
Automobilística. Disponível em:
<http://www.abepro.org.br/biblioteca/ENEGEP2004_Enegep0801_1975.pdf>.
Acessado em: 04 de junho de 2013
Definição e Classificação das Cerâmicas Disponível em:
<http://www.emic.com.br/artigos.php?id_artigo=129&categoria=tecnicos&lang=16>.
Acessado em: 07 de junho de 2013
Cerâmicas Avançadas e perspectivas de aplicação. Disponivel em:
<http://www.slideshare.net/senaimais/cermica-avanada-perspectivas-de-aplicao-e-
desafios-tecnolgicos-atuais-e-futuros>. Acessado em 07 de junho de 2013
Estrutura e Propriedades dos MATERIAIS CERÂMICOS. Disponivel em:
<http://www.fem.unicamp.br/~caram/6.%20MATERIAIS%20CERAMICOS%20GRAD.pdf
>. Acessado em 08 de junho de 2013.