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