Materiais CerâmicosConceitos Gerais

Materiais de construção civil

Cimentícios incluindo blocos , argamassas, concretos, artefatos,tubulações

Cerâmica vermelha incluindo tijolos, telhas, solo-cimento, pisos,azulejos

Geopolímeros são ligantes à base de aluminossilicatostridimensionais amorfos, inicialmente descobertos por David naFrança no final dos anos 70.

Cerâmica de mesa e ornamental(cerâmicas a base de argilas)

Cerâmica vermelha – produtos estruturais

Porcelana – louça de mesa, louças sanitárias...

Argila é uma matéria prima barata, que precisa de pouco processamento, é fácil de conformar.

Vidros e vitrocerâmicos

Vidros – silicatos não cristalinos que possuem outros óxidos em sua composição.

Vitrocerâmicos – é o vidro submetido a tratamento térmico de cristalização.

Refratários

Refratarios: são materiais capazes de resistir a temperaturas elevadas sem fundir ou sedecompor. São materiais capazes de permanecer não reativos e inertes quandoexpostos a ambientes severos, em elevadas temperaturas.

Classificação: em função da composição podem ser divididos em argilas refratarias,refratários de sílica, refratários básicos, refratários especiais.

Argilas – Argilas refratarias de alta pureza com teor de alumina entre 25 e 45%. Suportam temperaturas de até1500º.C sem formar fase líquida.

Refratários de sílica – São conhecidos como refratários ácidos. Apresentam boa resistência á carga. São resistentes aescorias com presença de sílica, mas são atacados por escorias ricas em cálcio e magnésio. A presença de alumina norefratário é prejudicial

Refratários abásicos – Ricos em MgO. Resistem a escorias ricas em magnésio e cálcio. A presença de sílica éprejudicial

Refratários especiais- Alumina, sílica, magnésia, berilia, zircônia, mulita, carbetos e carbono.

MONOTILOS – massas

CONFORMADOS - Tijolos

Refratários

Nitreto de silício (Si3N4)

A microestrutura consiste em cristais alongados que se

entrelaçam formando microbarras. Uma aplicação onde

essa combinação de propriedades demonstrou ser

especialmente útil é a usinagem do ferro fundido grafítico

ou ferro fundido com inserções de cerâmica. Diferente de

metais duros ou de outros materiais de corte, os processos

de usinagem podem ser realizados com inserções de

cerâmica à velocidade máxima sem o uso de lubrificantes

para refrigeração. A combinação de ótimas propriedades

tribológicas e a excelente resistência à quebra tornam a

cerâmica de nitreto predestinada para aplicações como

elementos esféricos e rolamentos em mancais leves e

extremamente precisos, ferramentas com moldagem de

cerâmica resistentes ao desgaste e componentes

automotivos sujeitos à grande pressão. A ótima resistência

ao choque térmico e a resistência à alta temperatura são

exploradas nos processos de fundição.

Nitreto de silício (Si3N4)

432 NSiN2Si3

HCl12NSiNH4SiCl3 43T ALTA - VAPOR FASE

34

ClNHNHSiNH6SiCl 42T BAIXA - VAPOR FASE

34

3432 NH2NSNHSi3

CO6NSiC6N2SiO3 43C1700T1300

22

Titanato de Alumínio (Al2TiO5)

O recurso especial do titanato de alumínio

(Al2TiO5) é a sua excelente resistência ao choque

térmico. Os componentes produzidos com esse

material podem resistir até as mudanças de

temperatura mais bruscas de centenas de graus

sem sofrer danos, embora tenham pouca força. A

boa resistência ao choque térmico é resultado de

uma expansão térmica muito baixa e uma

determinada quantidade de porosidade na

microestrutura. A baixa umidade do material

cerâmico com metais fundidos também tornam-

no ideal para uso na tecnologia de fundição e na

fundição metalúrgica.

Óxido de Alumínio (Al2O3)

Exemplos de aplicações para a cerâmica avançada Al2O3 de óxido de alumínio são as ferramentas de moldagem resistentes ao

desgaste, os substratos e núcleos de resistores na indústria eletrônica, ladrilhos para proteção antidesgaste e balística, guias de fios

na engenharia têxtil, discos de vedação e regulagem para torneiras de água e válvulas, dissipadores de calor para sistemas de

iluminação, tubos de proteção nos processos térmicos ou catalisadores para a indústria química.

Óxido de Alumínio (Al2O3)

Bauxita

Moagem

Cozimento sob pressão

Classificação - Decantação

Precipitação

Separação de cristas

Lavagem e Filtração

Al(OH)3

Cal

Evaporação

Lama

Vapor

Carbonato

de Sódio

Cristais

Água de lavagem

Solução caustica

Processo Bayer

Compósito Cerâmica/Cerâmica

A cerâmica mista de óxido ou a dispersão de cerâmica é o

desenvolvimento de misturas de diferentes tipos de materiais cerâmicos

básicos especificamente projetados para aprimorar e otimizar algumas

propriedades. Os exemplos incluem zircônia de alumínio endurecida

(ATZ) e alumínio de zircônia endurecido (ZTA). Um efeito positivo de

reforçar um óxido com o outro são as propriedades que podem ser

alcançadas. Há materiais ZTA que podem realizar forças flexionais de

1350MPa e forças compressivas superiores a 4700MPa. Esses materiais

são usados em componentes que exigem o máximo de confiabilidade,

como os materiais usados em esferas de articulações de quadril e

inserções de ventosa para aplicações ortopédicas e de artroplastia.

Piezocerâmica

A piezocerâmica é usada para converter os parâmetros mecânicos, como a pressão e aceleração, em parâmetros elétricos ou, inversamente, para converter sinais elétricos em movimento ou vibração mecânica. Os

materiais piezocerâmicos são categorizados como cerâmica funcional. Nos sensores, eles possibilitam converter forças, pressões e acelerações em sinais elétricos e nos atuadores e transdutores sônicos e ultrassônicos,

eles convertem as voltagens elétricas em vibrações ou deformações. Por um lado, os materiais piezocerâmicos são classificados de acordo com sua composição química, por outro lado, são classificados pelas condições

de aplicação específicas.

A piezocerâmica tem uma vasta gama de usos. Ela é usada na indústria automotiva em algumas aplicações como nos sensores de nível

de óleo e de pancada ou como atuadores para controle preciso de processos de injeção nos motores. Na tecnologia médica, os

componentes piezocerâmicos podem ser encontrados dispositivos para remoção de placas e em inaladores. As aplicações comuns em

engenharia mecânica incluem limpeza ultrassônica, soldagem ultrassônica e o amortecimento da vibração ativa. Os captadores sonoros

para instrumentos musicais ou dispositivos de ignição a gás piezoelétrico são exemplos de uso da tecnologia piezoelétrica em aplicações

para o consumidor.

Piezocerâmica

A piezoeletricidade baseia-se na habilidade de alguns cristais para gerar uma carga elétrica quando carregada

mecanicamente com pressão ou tensão, o que é denominado como o efeito piezo direto. Inversamente, esses cristais

sofrem uma deformação controlada quando expostos a um campo elétrico - um comportamento referido como o efeito

piezo inverso. A polaridade da carga depende da orientação do cristal relativa à direção da pressão.

Piezocerâmica - Perovskitas

A cerâmica que possui as propriedades piezoelétricas pertencem ao grupo demateriais ferroelétricos. Os sistemas atuais são quase que exclusivamentebaseados em titanato zirconato de chumbo (PZT); isto é, eles consistem em cristaismistos de zirconato de chumbo (PbZrO3) e titanato de chumbo (PbTiO3). Oscomponentes de piezocerâmica possuem uma estrutura policristalina contendovários cristalitos (domínios) e cada um é composto de uma pluralidade de célulaselementares. As células elementares dessas cerâmicas ferroelétricas exibem aestrutura de cristal perovskite, a qual pode geralmente ser descrita pela fórmulaA2+B4+O3

2-.

Cerâmica com silicato

Muitos tipos diferentes de cerâmica multifasepodem ser produzidos com diferentes propriedades, através da variação do tipo e da quantidade de matérias-primas. Os materiais da cerâmica à base de silicato incluem:

de silicato são usados na engenharia elétrica e eletrônica e atuam como isolamento elétrico em fusíveis, disjuntores, termostatos e na tecnologia de iluminação. A capacidade dos materiais cerâmicos à base de silicato de fornecer isolamento térmico também é utilizada em aplicações da engenharia térmica, ambiental e de aquecimento. Os componentes porosos são produzidos para a emissão de fragrâncias e inseticidas, como catalisadores ou para diversas aplicações em laboratórios. Os componentes de precisão para aplicações na tecnologia de medição e nos produtos de laboratório usam e misturam uma gama completa de mídia de produtos cerâmicos .

Porcelanas: silicatos de alumínio - alcalinoEsteatita: silicatos de magnésioCordieritas: silicatos de silício - alcalino terrestreMullitas: composições de óxido de alumínio-silício

Cerâmica com silicatoMATÉRIAS PRIMAS CERÂMICASSILICATOS E ARGILOMINERAIS

Óxido de zircônio (ZrO2)

Diferente de outros materiais cerâmicos, o óxido de zircônio (ZrO2 –também conhecido comozircônia) é um material com resistência muito alta à propagação de fendas. A cerâmica deóxido de zircônio também apresenta uma expansão térmica muito elevada, portantoconstituem o material selecionado frequentemente para unir a cerâmica e o aço.

Outra combinação de propriedades excelentes éa condutividade térmica muito baixa e a forçaelevada. Além disso, alguns tipos de cerâmicade óxido de zircônio podem conduzir íons deoxigênio. Os componentes produzidos com essematerial são muito mais caros do que oscomponentes fabricados com cerâmica dealumínio. A cerâmica de óxido de zircônio éusada, entre outras aplicações, comoferramentas para moldagem de fios, comoauxiliares nos processos de fundição, comomateriais para coroas e pontes na indústria deodontologia, como anéis de isolamento nosprocessos térmicos, e como células de mediçãode oxigênio nas sondas lambda.

Óxido de zircônio (ZrO2)

Nitreto de alumínio (AIN)

O nitreto de alumínio (AlN) é o único material cerâmico técnico que apresenta umacombinação extremamente interessante de condutividade térmica muito alta e excelentespropriedades de isolamento elétrico.

Isso torna o nitreto de alumínio predestinadopara o uso em aplicações de energia emicroeletrônica. Por exemplo, é usado comocondutor de circuito (substrato) emsemicondutores ou como dissipador de calor natecnologia de iluminação LED ou na eletrônicade alta potência.

Carboneto de silício (SiC)

O carboneto de silício tem praticamente as mesmaspropriedades de um diamante. Ele não é somente omais leve, mas também o material cerâmico maisduro e apresenta excelente condutividade térmica,baixa expansão térmica e é muito resistente aosácidos e lixívias.

Com a cerâmica de carboneto de silício, as propriedades domaterial permanecem constantes até em temperaturasacima de 1400° C. O módulo alto de Young > 400 GPa garanteuma estabilidade dimensional excelente. Essas propriedadesdo material tornam o carboneto de silício predestinado paraser usado como material de construção. O carboneto desilício controla a corrosão, abrasão e a erosão de forma hábiljá que ele suporta o desgaste por fricção. Os componentessão usados em instalações químicas, fábricas, dilatadores eextrusores ou como bocais, por exemplo.

O carboneto de silício é seguro em termos tóxicos epode ser usado na indústria alimentícia. Outra aplicaçãotípica para os componentes de carboneto de silício é atecnologia de vedação dinâmica que utiliza mancais defricção e vedações mecânicas, por exemplo, em bombase sistemas de acionamento. Comparado aos metais, ocarboneto de silício proporciona soluções altamenteeconômicas com vida útil mais longa das ferramentasquando usadas em ambientes agressivos, de altatemperatura. A cerâmica do carboneto de silício é idealpara atender as condições exigentes na balística,produção química, tecnologia de energia, fabricação depapel e nos componentes de sistemas de tubulação.

Carboneto de silício (SiC)

CO2SiCC3SiO2

Eletrodo de grafite

Conector de refrigeração

Conector de corrente

Mistura de Areia e Coque

Base carbonoEletrodo de grafite

Conector de refrigeração

Conector de corrente

Mistura de Areia e Coque

Base carbono

SiAlON – Nitreto de alumínio e silício

A cerâmica α/β SiAlON é um dos materiais maisrecentes encontrado na cerâmica técnica e estárelacionado aos nitretos de silício. Ela está presentesomente em alguns compostos de matérias-primas econsiste em pelo menos três fases, α-SiAlON, β-SiAlON e uma fase limite de grão amorfo ouparcialmente cristalino.

A classe do material de α/β-SiAlONs caracteriza-se por uma combinação única do nitreto de silício com maior dureza do que o normal e com o mesmo alto nível de resistência. A fase α-SiAlON é muito dura, enquanto a fase β-SiAlON, como o nitreto de silício normal, possui um alto nível de resistência à quebras. As frações das fases de α-SiAlON, β-SiAlON e a fase limite do grão podem ser ajustadas em grande escala, o que possibilita adaptar as propriedades do material de α/β-SiAlON de forma a atender os perfis dos requisitos das diferentes aplicações.

Em condições especiais, é ainda possível produzir um material gradiente que contenha uma fração maior de α-SiAlON na superfície do que no interior. A CeramTec aproveita essa característica, por exemplo, em várias cerâmicas de corte altamente resistentes ao desgaste para aplicações de usinagem: O gradiente na fração α-SiAlON fornece à superfície de uma inserção indexável, maior dureza do que o núcleo, o que aumenta muito a resistência ao desgaste do material de corte cerâmico. A resistência à quebra no interior permanece alta.

A dureza e a resistência ao desgaste de α/β-SiAlONs podem ser aumentadas ainda mais através da incorporação de materiais duros como o carboneto de silício. Essa variação do material de nitretosde alumínio e silício tem sido comprovada nos componentes expostos à alta pressão tribológica, por exemplo, na indústria de papel.

Da Cerâmica Tradicional até a cerâmica Avançada

Da Cerâmica Tradicional até a cerâmica Avançada

Materiais Cerâmicos

Vidro Argilosos Refratário Abrasivo Cimento Avançada

Vidro

Vitro-cerâmica

Estrutural

Mesa

Argiloso

Silica

Basica

Especiais

Eletronica

Biomateirias

Vidros especiais

Avançada

Os materiais Cerâmicos em grupos

LIGAÇÔES QUÌMICAS

ESTRUTURA CRISTALINA

DEFEITOS

DIAGRAMAS DE FASES

PROPRIEDADES

Explicando os materiais cerâmicos

Ligações de Puramente iônicasa Puramente covalentes

Caráter Iônico

Garantia de Neutralidade

Fluoreto de Calcio – CaF2

Ca2+ e F1-

Estrutura

Grau de compactaçõa- Relação rc e ra

- Numero de coordenação

Estável Estável Instável

r/R

Ligações químicas e Estrutura

INTERSTICIOS NAS ESTRUTURAS

Estrutura Cristalina – numero de coordenação

Estrutura Cristalina – Fator de empacotamento

SAL DE GEMA

Tipo AX – NaClRelação entre raios entre 0,414 e 0,732O numero de coordenação é 6Estrutura do tipo CFCCátions nos interstícios octaédricos da estrutura

SAL DE GEMA

CLORETO DE CESIO BLENDA DE ZINCO

ESTRUTURA TIPO AmXp

ESTRUTURA TIPO AmBn Xp

Estrutura Cristalina

Estrutura Cristalina

Estrutura Basica

Várias forma polimórficasCristalinas tridimensionais

Vidro – não cristalinosEstruturas em camadas

Estrutura Cristalina - Silicatos

Dia

man

te

Gra

fita

Fule

ren

os

Nan

otu

bo

s

Estrutura Cristalina - Carbono

DiamanteCarbono

Defeito intersticial do cátionDefeito lacuna do cátionDefeito por lacuna do ânion

Defeito de FrenkelDefeito de Schottky

Impureza intersticialImpureza substitucional

Defeitos pontuais

Diagramas de equilibrio

Fratura frágil das Cerâmicas

-Módulo de ruptura teórico

0th a

E

GPa4,0

GPa38

GPa380E

real

th

-Efeito do tamanho de defeito

2

1

f C

E2

Y

Z

São importantes:O tamanho do defeitoA posição do defeitoO formato do defeitoA distância entre defeitosDiferença entre modulo deelasticidade e coeficiente deexpansão das fases

Propriedades

Comportamento dos materiais ceramicos

Comportamento dos materiais ceramicos

Resistência mecânicaEfeito do tipo de ensaios

Tenacidade a fratura

2

1

fIC YcK