EstruturaePropriedadesdos Estrutura e Propriedades dos Materiais Cerâmicos.pdf
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Estrutura e Propriedades dosEstrutura e Propriedades dos materiais cerâmicos
Fator de Empacotamento
Cl k d di ti
Atômico: FEAClose-packed directions: length = 4R
= 3 a 3 a
Unit cell contains: 1 + 8 x 1/8
aR
1 + 8 x 1/8 = 2 atoms/unit cell
a
4π ( 3a/4)32
atoms
unit cellvolume
FEA = 0,68 APF = a3
3π ( 3a/4)2unit cell atom
volume
9
a3unit cell
Fator de Empacotamento A ô i FEA
Cl k d di ti
Atômico FEA
Close-packed directions: length = 4R
= 2 a
Unit cell contains: 6 x 1/2 + 8 x 1/8
2 a
6 x 1/2 + 8 x 1/8 = 4 atoms/unit cell
aAd t d f
4π ( 2a/4)34
atoms
unit cell tvolume
Adapted fromFig. 3.1(a),Callister 6e.
APF = a3
3π ( 2a/4)4unit cell atom
volumeFEA = 0 74 aunit cell
7
FEA 0,74
Estruturas das cerâmicasEstruturas das cerâmicas
• Materiais cerâmicos são formados por elementos metálicos e não metálicos
• Ligações podem ser covalentes e/ou iônicas (o que determina é a eletronegatividade)que determina é a eletronegatividade)– Quando a ligação é covalente o que determina o número de coordenação é o número de ligações
– Quando a ligação é iônica o que determina o número de coordenação é a relação mínima de raios
Estruturas das cerâmicasEstruturas das cerâmicas
• Para formar a estrutura as cerâmicas devem satisfazer algumas condições:g ç– Se possuir ligação covalente deve respeitar o número de ligações e os ângulos entre as ligaçõesnúmero de ligações e os ângulos entre as ligações
– Se possuir ligação iônica deve respeitar a relação mínima de raios (estabilidade) e a neutralidademínima de raios (estabilidade) e a neutralidade elétrica.
di õ i i• Estas condições geram estruturas muito mais complexas que as observadas para os metais
Graphite/ Ceramics/ S i d
Metals/ Alloys
Composites/ fibersPolymers
SemicondAlloys fibers
20
30Based on data in Table B1, Callister
*GFRE, CFRE, & AFRE are Glass, Gold W Platinum
Carbon, & Aramid Fiber-Reinforced Epoxy composites (values based on
60% volume fraction of aligned fibers in an epoxy matrix). 10
C Ni Silver, Mo
Tantalum Gold, W
cm
3)
p y )
5
Steels
Titanium
Cu,Ni
Tin, Zinc Zirconia
(g/c
3 4
Aluminum
Titanium
Silicon
Glass-soda Concrete
Si nitride Diamond Al oxide
PTFE GFRE*
Glass fibers
ρ
1
2Magnesium Graphite
Silicon
PC
PTFE
PET PVC Silicone
AFRE*
CFRE*
GFRE* Carbon fibers
Aramid fibers
1
0 5
HDPE, PS PP, LDPE
PC
0.3 0.4 0.5
Wood
COORDENAÇÃO E RAIO IÔNICO• Coordenação depende da relação
r ircationranion
Posições tetraédricas e octaédricasPosições tetraédricas e octaédricas
Condição de estabilidadeCondição de estabilidade
Estruturas cerâmicasEstruturas cerâmicas
• Estruturas tipo MX
• Estruturas tipo MX2Estruturas tipo MX2• Estruturas tipo M2X3• Estruturas tipo M’M’’X3• Estruturas tipo M’M’’ XEstruturas tipo MM 2X4
Onde M = elemento metálico e X = elemento não metálico
Estruturas tipo MXEstruturas tipo MX
As principais estruturas do tipo MX são:
• Estrutura do cloreto de sódio
• Estrutura do cloreto de césio
• Estrutura da blenda de zincoEstrutura da blenda de zinco
Estrutura do Cloreto de SódioEstrutura do Cloreto de Sódio
Estrutura do Cloreto de SódioEstrutura do Cloreto de Sódio
• Rede CFC com 2 íons por posição de rede
• A célula possui 4 íons de Cl‐ 4 íons de Na+ A célula possui 4 íons de Cl 4 íons de Na(neutralidade elétrica)
RNa= 0,102 nmRCl= 0,181 nm
RNa/ RCl= 0,564
NC=6NC=6(cada cátion deve ter6 ânions ao seu redore cada ânion deve tere cada ânion deve ter 6 cátions ao seu redor)
Estrutura do Cloreto de CésioEstrutura do Cloreto de Césio
Estrutura do Cloreto de CésioEstrutura do Cloreto de Césio
• Estrutura Cúbica Simples com 2 íons por posição de redep ç
• A célula possui 1 íons de Cl‐ e 1 íons de Cs+
(neutralidade elétrica)(neutralidade elétrica)RCs= 0,170 nmR 0 181 nm
CsCl
TlBrRCl= 0,181 nm
RCs/ RCl= 0,939
TlI
NH4Cl
RbCl
NC=8(cada cátion deve ter8 ânions ao seu redor
CuZn
AgMg
LiHg8 ânions ao seu redore cada ânion deve ter 8 cátions ao seu redor)
LiHg
AlNi
BeCu
Estrutura da Blenda de ZincoEstrutura da Blenda de Zinco
Estrutura do Blenda de ZincoEstrutura do Blenda de Zinco
• Estrutura Cúbica de Face Centrada com 2 íons por posição de redep p ç
• A célula possui 4 íons de S‐2 e 4 íons de Zn+2
(neutralidade elétrica)(neutralidade elétrica)RZn= 0,074 nmR 0 184 nmRS= 0,184 nm
RCs/ RCl= 0,402
NC=4(cada cátion deve ter4 ânions ao seu redor4 ânions ao seu redore cada ânion deve ter 4 cátions ao seu redor)
Estruturas tipo MXEstruturas tipo MX2
• Estrutura da fluorita
• Estrutura da cristobalitaEstrutura da cristobalita
Estrutura da FluoritaEstrutura da FluoritaR 0 100RCa= 0,100 nmRF= 0, 133 nm
R / R = 0 752RCa/ RF= 0,752
NC=8
Estrutura da FluoritaEstrutura da Fluorita
Estrutura da CristobalitaEstrutura da Cristobalita
‐Estrutura CFC formada por átomos de Si+4 ocupando os pontos da rede CFC e metade das
i õ d iposições tetraedrais.‐ Cada íon Si+4 está ligado a quatro íons O‐2
Cada íon O‐2 está ligado a dois‐Cada íon O‐2 está ligado a dois íons Si+4 .
Carater 51% iônico‐Carater 51% iônico
RSi= 0,040 nmRO= 0, 140 nm
RSi/ RO= 0,286
NC=4
Estrutura da CristobalitaEstrutura da Cristobalita
Estrutura da CristobalitaEstrutura da Cristobalita
Estrutura tipo M XEstrutura tipo M2X3
• Estrutura da Alumina
• O óxido de alumínio Al2O3 possui umaO óxido de alumínio Al2O3 possui uma estrutura aproximadamente hexagonal
Aqui são mostrados apenas os átomos de alumínioalumínio
Estrutura tipo M’M’’XEstrutura tipo MM X3
• Estrutura do Titanato de Cálcio CaTiO3(Perovisquita)( q )
• Nesta estrutura temos um íon de Ca2+, um íon Ti4+ e três íons O2‐Ti4+ e três íons O2 .
• A estrutura é uma estrutura Cúbica Simples
• O material mais famoso é o Titanato de Bário devido as suas propriedades dielétricasdevido as suas propriedades dielétricas.
Estrutura da PerovisquitaEstrutura da Perovisquita
Estrutura da PerovisquitaEstrutura da Perovisquita
Estrutura tipo M’M’’ XEstrutura tipo MM 2X4
• Estrutura do MgAl2O4 (Espinélio)
SilicatosSilicatos
Estruturas dos SilicatosEstruturas dos Silicatos
Estruturas dos SilicatosEstruturas dos Silicatos
Estruturas dos SilicatosEstruturas dos Silicatos
Estruturas dos SilicatosEstruturas dos Silicatos
Estruturas dos SilicatosEstruturas dos Silicatos
OrtosilicatosOrtosilicatos
Nenhum dos vértices é compartilhado.
PirosilicatosPirosilicatos
PiroxênioPiroxênio
Formam anéis ou cadeias
AnfibóliosAnfibólios
F d i d lFormam cadeias duplas
Folhas de silicatosFolhas de silicatos
ArgilomineraisArgilominerais
ArgilomineraisArgilominerais
Caulinita
Folhas de silicato com 2 camadasFolhas de silicato com 2 camadas
Caulinita
Folhas de Silicatos com 3 camadasFolhas de Silicatos com 3 camadas
Pirofilita
Folhas de silicatosFolhas de silicatos
Estrutura dos vidrosEstrutura dos vidros
Vidro de sílica pura
Vidro de soda cal Quartzo
Estruturas do CarbonoEstruturas do Carbono
• Diamante
• Estrutura CFCEstrutura CFC com metade das posiçõesdas posições tetraedraisocupadas
Estruturas do CarbonoEstruturas do Carbono
Grafite
Estruturas do Carbono FullerenosEstruturas do Carbono ‐ Fullerenos
Estruturas do CarbonoFibras de carbono