Propriedades Físicas
Densidade
Em muitas aplicações estruturais a baixa
densidade dos componentes é de fundamental
importância.
• Para os materiais cerâmicos a densidade tem uma
função adicional que é a de ser uma das formas de se
determinar a porosidade.
• A densidade de um material cerâmico depende:
•
-Tamanho e peso atômico dos elementos
constituintes.
•
-Percentual de porosidade da microestrutura.
•
-Seu maior ou menor empacotamento
atômico,(ligações covalentes) influência da alotropia ou
polimorfismo ( em geral essa variável oferece pequena
influência no valor da densidade) Quartzo 2,65 g/cm3
Cristobalita 2,33 g/cm3 Tridimita 2,19 g/cm3
Tipos de densidade
• Densidade cristalográfica: É a obtida a partir da fórmula química e
do sistema cristalino. É calculada dividindo a massa da célula
unitária pelo volume da célula unitária. Considera o material e o
sistema cristalino perfeitos (sem defeitos)
• Densidade teórica: Densidade do material que contenha porosidade
zero, mas leva em conta defeitos estruturais do sistema cristalino,
misturas, múltiplas fases e soluções sólidas.
• Densidade de massa: É a densidade medida de um material
cerâmico incluindo: porosidade, defeitos, vazios, contaminantes,
misturas etc...
• Densidade específica: É a densidade de massa de um material em
relação a densidade da água a 4º C (g/cm3 / g/cm3 - adimensional)
Cálculo da densidade cristalográfica do cloreto de
sódio
• Na célula unitária tem 4 sódios e 4 cloros
Avaliação da densidade: Norma ASTM
C373
• Usam-se corpos de prova com peso mínimo de 50g com tamanho
aproximado de 3” X 3” e previamente secados em fornos.
• 1- Medida do peso seco [D]
• 2- Ferver a peça em água por 5 h e deixar esfriar em água por 24 h.
• 3- Pesar o material. como retirado da água, ao ar [W] e dentro da
água [S] .
• Calcula-se:
•
Volume externo: V= W-S
•
Densidade de massa: B= D/V
•
Porosidade aparente: P= W-D / V
•
Volume do material impermeável = D-S
•
Densidade aparente(considera apenas a porosidade
fechada) T=D / D-S
•
Absorção de água: A= W-D / D
Uso da norma ASTM C373 em geral empregada
para obter informações de cerâmicas tradicionais
principalmente tijolos
Exemplos de cálculo de densidade e de %
de porosidade
• Um inserto para usinagem cerâmico consiste de 30%
em vol. de SiC (whiskers - agulhas) em uma matriz de
Al2O3 (alumina). Estimar a densidade teórica dessa
mistura se o SiC tem uma densidade cristalográfica de
3,22 g/cm3 e a Al2O3 tem uma densidade cristalográfica
de 3,95 g/cm3 .
• dt= (0,3).(3,22 g/cm3) + (0,7).(3,95 g/cm3)
• dt = 3,731 g/cm3
Exemplos de cálculo de densidade e de %
de porosidade
• A mesma mistura do problema anterior teve sua
densidade de massa medida e seu valor é de
3,65 g/cm3 . Qual o percentual de porosidade
está presente nesse cerâmico?
• % dt = dmassa/ dteórica
• % dt = 3,65 g/cm3 / 3,731 g/cm3 X 100
• % dt = 97,8 % logo % de porosidade = 100 – 97,8
• % de porosidade = 2,2%
Avaliação da porosidade usando
porosímetros de mercúrio
• A amostra é colocada em um container
• O container é evacuado e preenchido com mercúrio em
quantidade conhecida e exata.
• A pressão sobre o mercúrio é aumentada lentamente
fazendo ele penetrar em poros cada vez menores
fazendo seu volume decrescer continuamente.
• PD=-4γcosΘ onde P é a pressão aplicada D é o
diâmetro dos poros γ é a tensão superficial do mercúrio
e Θ é o ângulo de contato entre o mercúrio e a parede
do poro ( em geral 140 graus)
Avaliação da porosidade usando
porosímetros de mercúrio