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Materiais Cerâmicos

EM240 Estrutura e Propriedades dos Materiais

CERÂMICASAs Cerâmicas compreendem todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas.



DEFINIÇÃO

Cerâmica vem da palavra grega keramus

que significa coisa queimada

Numa definição simplificada, materiais

cerâmicos são compostos de elementos

metálicos e não metálicos, com exceção do

carbono. Podem ser simples ou complexos.

Exemplos: SiO2( sílica), Al2O3 (alumina) ,

Mg3Si4O10(OH)2 (talco)



CLASSIFICAÇÃO



CLASSIFICAÇÃO

Convencionais

Estruturais

Vidros

Louças

Cimentos

Avançadas

Eletrônicos

Ópticos

Biomateriais



CARACTERÍSTICAS GERAIS

Maior dureza e rigidez quando comparadas aos

aços.

Maior resistência ao calor e à corrosão que

metais e polímeros.

São menos densas que a maioria dos metais e

suas ligas.

Os materiais usados na produção das cerâmicas

são abundantes e mais baratos.



PROPRIEDADES TÉRMICAS

As mais importantes propriedades térmicas dos materiais cerâmicos são:

capacidade calorífica ( )

coeficiente de expansão térmica ( )

condutividade térmica

átomos

Ligação Química



PROPRIEDADES TÉRMICAS Material Capacidade

calorífica (J/Kg.K)

Coeficiente linear de expansão térmica ((°C)-

1x10-6)

Condutividade térmica (W/m.K)

Alumínio 900 23,6 247

Cobre 386 16,5 398

Alumina (Al2O3) 775 8,8 30,1

Sílica fundida (SiO2) 740 0,5 2,0

Vidro de cal de soda 840 9,0 1,7

Polietileno 2100 60-220 0,38

Poliestireno 1360 50-85 0,13



PROPRIEDADES TÉRMICAS -Aplicação

Uma interessante aplicação, que leva em conta as propriedades térmicas das cerâmicas, é o seu uso na indústria aeroespacial.

Temperatura °C* Temperaturas de subida

Revestimento exterior com fibra amorfas de sílica de alta pureza.Espessura: 1,27-8,89cm



PROPRIEDADES ÓTICASDescreve a maneira com que um material se comporta quando exposto a luz. Assim, um material pode ser:

Transparente Translúcido Opaco Dois mecanismos importantes da interação da luz com a partícula em um sólido são:

Polarização Transição de elétrons entre diferentes níveis

de energia.



PROPRIEDADES ÓTICAS

Polarização

Distorção de uma nuvem de elétrons de um átomo por um

campo elétrico. Alinhamento de dipolos.

Absorção de energia (deformação elástica),

resultando em aquecimento

Propagação de ondas eletromagnéticas

(radiação eletromagnética)



PROPRIEDADES ÓTICAS

Fotocondutividade Responsável pelas cores que observamos nos

materiais

Banda de valência

Banda de condução

Luz visível Faixa de energia 1,8 a 3,1eV



PROPRIEDADES ÓTICAS –Aplicação

Transparência – Janelas, lentes, artigos de

laboratório etc.

Conversão de luz em eletricidade – Laser,

eletrônica (LED’s).

Luminescência – Lâmpadas elétricas e telas de

TV.

Reflexão – Fibras óticas (telefonia, TV a cabo

etc).



PROPRIEDADES MECÂNICAS

Descreve a maneira como um material responde a

aplicação de força, carga e impacto.

Os materiais cerâmicos são:

Duros

Resistentes ao desgaste

Resistentes à corrosão

Frágeis (não sofrem deformação plástica)



PROPRIEDADES MECÂNICAS –Aplicação

Componentes de motores de automóveis.

Ferramentas de corte.

Blindagem de veículos militares.

Estruturas de aeronaves.

Construções civis.

Abrasivos para polimentos.



PROPRIEDADES ELÉTRICAS

As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos são muito variadas. Podendo ser:

isolantes: Alumina, vidro de sílica (SiO2)

semicondutores: SiC, B4C

supercondutores: (La, Sr)2CuO4, TiBa2Ca3Cu4O11



PROCESSAMENTO O processamento de materiais cerâmicos à base de argila é feito a partir da compactação de pós ou partículas e aquecimento à temperaturas apropriadas.

Principais etapas:Preparação da matéria-prima Tamanho e pureza

controlados

Moldagem (conformação) Hidroplástica ou fundição por suspensão

Secagem Eliminação de água ou ligantes

Sinterização Tratamento térmico



PROCESSAMENTO DE VIDROS

Aquecimento das matérias-primas

Conformação

Prensagem Fabricação de peças com

paredes espessas Insuflação Pressão através da injeção de ar

Estiramento Conformação de lâminas, tubos, fibras etc.

Tratamento térmico

Recozimento

Têmpera de vidro



OUTROS PROCESSAMENTOS

Prensagem do pó

Fabricação de argilosos, não-

argilosos. Cerâmicas

eletrônicas. Cerâmicas

magnéticas.

Compactação através de

pressão.

Grau de compactação X

espaço vazio (partículas)

Fundição em fita

Produção de substratos para

circuito integrados e capacitores.

Lâminas delgadas são produzidas através de

fundição.



PROCESSAMENTO - Prensagem do pó

Três procedimentos básicos

Uniaxial

Compactação do pó em molde metálico.

Pressão aplicada em uma única

direção

Isostático

Material pulverizado contido em envelope de

borracha.Pressão feita por fluido aplicado

isostaticamente.

Prensagem a quente

Conformação e sinterização ao mesmo tempo.Temperatura e

pressão uniaxial.



PROCESSAMENTO – Fundição em fita

A mistura passa por uma lâmina, a qual regula a espessura do filme, sendo derramada numa esteira rolante. O filme é seco em um forno e as lâminas são posteriormente separadas.



Exemplos de aplicações das cerâmicas

Função eletro-eletrônica

Isolante elétrico Al2O3, BeO, SiC substrato

semicondutor SnO2, ZnO, Bi2O3Sensores de gás

Condutividade elétrica SiC, MoSi2 Gerador de calor

Função térmica

Refratariedade Al2O3, SiC Fornos refratários

Isolamento térmico K2O, SiC, CaO Isolantes térmicos



Exemplos de aplicações das cerâmicas

Função mecânica

Resistência ao desgaste Al2O3, ZrO2 Polimento e moagem

Usinabilidade Ferramentas de corte

Lubrificação MoSi2 Lubrificante sólido

Função óptica

Transparência Al2O3Lâmpada de sódio

Condutividade SiO2 Fibra ótica

Al2O3, ZrO2, TiC, WC



Exemplo fotocondução

Sistema para transmissão de informações, envolvendo um laser para gerar fótons de um sinal elétrico, fibras óticas para transmissão do feixe de fótons e um LED para a conversão dos fótons em sinal elétrico.



Exemplo funcionamento laser

Exemplo de laser de estado sólido bobeado oticamente.



Exemplo célula solar

Exemplo de funcionamento de uma célula solar.



Exemplos propriedades mecânicas

Pistões e camisas

Peças automotivas



Exemplos propriedades mecânicas

Lixas para polimento

Construção civil

Ferramentas de corte



Conformação de cerâmicos



Sinterização de cerâmicos

As partículas se ligam através de

pontos de contato.

Grande números de poros.

Formação de pescoço entre as partículas, o

que torna a peça mais

densa.

Final: poros arredondados com menor

espaço entre eles.



Conformação de Vidros



Têmpera de Vidros

A finalidade da têmpera é estabelecer tensões elevadas de compressão nas zonas superficiais do vidro, e correspondentes altas tensões de tração no centro do mesmo.O vidro é colocado no forno, submetido a uma temperatura de aproximadamente 6000 C até atingir seu ponto ideal. Neste momento, recebe um resfriamento brusco, o que vai gera o estado de tensão citado.

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