CERÂMICAS E VIDROSProfª MSc. Janaína Araújo
CLASSES
Vidros: base de sílica (SiO2);
Cerâmicas vítreas: ou produtos de argila; pratos, louças, ladrilhos, tijolos;
Cerâmicas de alto desempenho: ferramentas de corte, matrizes, peças para motores, peças resistentes ao desgaste;
Cimento: cerâmica complexa com muitas fases;
Rochas e minerais, incluindo gelo.
CERÂMICAS E VIDROS GENÉRICOS
Vidros - usados em enormes quantidades, próximas as do alumínio;
Cerâmicas vítreas – produzidas a partir de argilas, que são conformadas no estado plástico úmido e então secadas e cozidas;
Cerâmicas de engenharia de alto desempenho – a resistência é determinada por duas características: tenacidade e a distribuição de tamanho de microtrincas;
CERÂMICAS E VIDROS GENÉRICOS
Cimento - combinação de cal (CaO), sílica (SiO2) e alumina (Al2O3) que reage quando misturada com a água;
Cerâmicas naturais – a pedra é o mais antigo de todos os materiais de construção e o mais durável. A pedra utilizada em uma capacidade de suporte de carga comporta-se como qualquer outra cerâmica.
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;
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
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 TÉRMICAS
Descreve a maneira com que um material se comporta quando exposto a luz. Assim, um material pode ser: TransparenteTranslúcidoOpaco
Dois mecanismos importantes da interação da luz com a partícula em um sólido são:PolarizaçãoTransição de elétrons entre diferentes níveis de energia.
PROPRIEDADES ÓTICAS
PolarizaçãoDistorção 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
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 ÓTICAS
Descreve a maneira como um material responde a
aplicação de força, carga e impacto.
Os materiais cerâmicos são:DurosResistentes ao desgasteResistentes à corrosãoFrágeis (não sofrem deformação plástica)
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Componentes de motores de automóveis. Ferramentas de corte. Blindagem de veículos militares. Estruturas de aeronaves. Construções civis. Abrasivos para polimentos.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
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
PROPRIEDADES ELÉTRICAS
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
Aquecimento das matérias-primas
Conformação
o Prensagem Fabricação de peças com paredes espessas
o Insuflação Pressão através da injeção de ar
o EstiramentoConformação de lâminas, tubos, fibras etc.
Tratamento térmico
o Recozimentoo Têmpera de vidro
PROCESSAMENTO DE VIDROS
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.
OUTROS PROCESSAMENTOS
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 – PRENSAGEM DO PÓ
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.
PROCESSAMENTO – FUNDIÇÃO EM FITA
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 APLICAÇÃO
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
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
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 DE FOTOCONDUÇÃO
Exemplo de laser de estado sólido bobeado oticamente.
EXEMPLO DE FUNCIONAMENTO LASER
Exemplo de funcionamento de uma célula solar.
EXEMPLO CÉLULA SOLAR
Pistões e camisas
Peças automotivas
EXEMPLOS PROPRIEDADES MECÂNICAS
Lixas para polimento
Construção civil
Ferramentas de corte
EXEMPLOS PROPRIEDADES MECÂNICAS
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.
SINTERIZAÇÃO DE CERÂMICOS
CONFORMAÇÃO DE VIDROS
CONFORMAÇÃO 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.
TÊMPERA DE VIDROS
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