FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL

Prof. Dionísio da S. Oliveira

INTRODUÇÃO À CIENCIA E

ENGENHARIA DE MATERIAIS

I T E C

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O termo “cerâmica” origina-se da palavra grega keramikos, 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.

Até aproximadamente os últimos cinqüenta anos, os materiais mais importantes que se enquadram nessa categoria eram conhecidos por “cerâmicas tradicionais” e eram aqueles para os quais a matéria prima é a argila.

Cerâmicas tradicionais

louça

porcelana

tijolos

telhas

Vidros

Cerâmicas de alta

temperatura

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ARGILA

Intervalo granulométrico (mm) Nome

>256 Matacão

256 a 64 Bloco ou Calhao

64 a 4,0 Seixo

4,0 a 2,0 Grânulo

2,0 a 1,0 Areia muito grossa

1,0 a 0,50 Areia grossa

0,50 a 0,250 Areia média

0,250 a 0,125 Areia fina

0,125 a 0,062 Areia muito fina

0,062 a 0,031 Silte grosso

0,031 a 0,016 Silte médio

0.016 a 0,008 Silte fino

0,008 a 0,002 Silte muito fino

<0,002 Argila

Granulometria

Argila é um material natural, de granulação fina, textura terrosa, constituída essencialmente de argilominerais, podendo conter outros minerais como(quartzo, mica, pirita, hematita, etc), matéria orgânica e outras impurezas.

Os argilominerais são os minerais característicos das argilas; quimicamente são silicatos de alumínio ou magnésio hidratados, contendo em certos tipos outros elementos como ferro, potássio, lítio e outros.

A argila encontrada naturalmente e em grande abundância, é usada freqüentemente na forma como é extraída. Uma outra razão para sua popularidade reside na facilidade com que os produtos a base de argila podem ser conformados. Ou seja, a argila e a água formam uma massa plástica que é muito suscetível a moldagem.

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- Produtos à base de argila

- A maioria dos produtos à base de argila se enquadram dentro de duas classificações:

Classificação

Produtos estruturais

Louças brancas

tijolosazulejos

porcelanaslouças para mesalouças sanitárias

Argilominerais

- Exemplos de minerais

Clasificação exemplo

1. Elementos nativos Ouro (Au)

2. Sulfetos Pirita (FeS2)3. Óxidos Hematita(Fe2O3)

4. Hidróxidos Gibbsita(Al(OH)3)5. Halóides Halita (NaCl)

6. Silicatos, etc Quartzo(SiO2)

- Silicatos

Silicatos é a classe de mineral mais importante, pelas seguintes razões:

a) Abundância entre os minerais: Cerca de 25% dos minerais conhecidos (mais de 2.000) são silicatos.

b) A crosta terrestre é constituída essencialmente de rochas ígneas e metamórficas e os minerais componentes destas rochas são quase que totalmente silicatos ( + 90%).

c) Interesse econômico: Os solos, de onde retiramos nossos alimentos, são constituídos em grande parte de silicatos. As matérias primas da indústria cerâmica são essencialmente silicatos.

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Classificação dos

silicatos

nesossilicatos

sorossilicatos

ciclossilicatos

inossilicatos

filossilicatos

tectossilicatos

Filossilicatos – São de particular interesse, pois constituem a base dos argilominerais.

( do grego phyllon = folha, lâmina )

Os filossilicatos, ou silicatos em folha, formam folhas paralelas de tetraedros de silicatos com Si2 O5 .

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Estudo dos argilominerais

Sílica Quimicamente, o material mais simples à base de silicato é o dióxido de silício, ou sílica (SiO2).

Estruturalmente, ela consiste em uma rede tridimensional que é gerada quando todos os átomo de oxigênio localizados em, vértices, em cada tetraedro, são compartilhados por tetraedros adjacentes.

Existem três formas cristalinas polimórficas principais para a sílica:- quatzo (estrutura cristalina)- cristobalita(polimorfo o quartzo) - tridimita (polimorfo da cristobalita)

O arranjo dos átomos de silício e oxigênio em uma cela unitária de cristobalita, um polimorfo do SiO2

quartzo

cristobalita

tridimita

Tetraedro de SiO4

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Silicatos em camadas

Uma estrutura bidimensional em lâminas ou camadas pode ser produzida pelo compartilhamento de três íons oxigênio em cada um dos tetraedros, no caso dessa estrutura, a unidade da fórmula que se repete pode ser representada por: (Si2O5)-2 [2x4+5(-2)] = -2

A carga negativa líquida está associada com os átomos de oxigênio que não estão ligados e que se projetam para cima fora do plano da página.

A eletronegatividade é estabelecida ordinariamente por uma segunda estrutura laminar que possui um excesso de cátions, que se ligam a esses átomos de oxigênio não ligados da lâmina de Si2O5.

Tais materiais são conhecidos como silicatos em lâminas ou em camada, e a sua estrutura básica é característica das argilas e de outros minerais. 7

Um dos minerais argilosos mais comuns, a caolinita, possui uma estrutura laminar de silicato com duas folhas

Al2(Si2O5)(OH)4

Fórmula química da caolinita

A folha tetraédrica de sílica, representada por (Si2O5)-2, é tornada eletricamente neutra por uma folha adjacente de Al2(OH)4

2+

OH

Caolinita em camadas

Enquanto a ligação dentro dessa camada com duas folhas é forte e intermediária entre iônica e covalente, as camadas adjacentes estão fracamente ligadas umas às outras através de forças de van der Waals fracas.

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Um cristal de caolinita é composto por uma série dessas camadas ou lâminas duplas, empilhadas, de forma paralela umas sobre as outras, as quais formam pequenas placas planas com diâmetros tipicamente inferiores a 1 μm e praticamente hexagonais.

Cristais de argila caulinita (plaquetas)

Micrografia eletrônicacristais de argila

Micrografia eletrônicacristais de argila

Fundo de um lago 9

- Outros materiais cerâmicos brutos

Essa estruturas laminares de silicatos não estão confinadas às argilas; outros minerais que também se enquadram nesse grupo são:

a)Talco [Mg3(Si2O5)2(OH)2]

a)Micas (por exemplo) Muscovita [KAl3Si3O10(OH)2]

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