Cerâmicas a base de Silicato
CERÂMICOS CRISTALINOS A BASE DE SILICATOS
Composição (% em peso)
SiO2
Al2O3
K2O
MgO
CaO
Outro
s
Sílica refractária
96
4
Tijolo refractário
50-70
45-25
5
Mulite refractária
28
72
----
Porcelana
eléctrica
61
32
Porcelana
steatite
64
5
Cimento Portland
25
9
6
1
30
1
64
Os cerâmicos cristalinos à base de Silicatos
não são usados como materiais estruturais
(não são considerados cerâmicos avançados)
2
Unidade básica dos silicatos
•
•
•
•
•
Muitos materiais cerâmicos,
principalmente do grupo dos
tradicionais contém silicato,
pois são abundantes e
baratos
A unidade básica dos silicatos
é o tetraedro SiO4-4 no qual
um átomo de silício é cercado
por quatro oxigênios cada um
com um elétron disponível
para realizar ligações
químicas
Existem duas formas dessas
ligações acontecerem:
Com outros átomos metálicos
Cada oxigênio pode
compartilhar um par de
elétrons com um segundo
átomo de silício.
Ligações entre os tetraedros formando estruturas
No caso dos oxigênios se ligarem a outros silícios a
estrutura pode crescer de forma análoga a polimerização
• Estrutura em cadeia:
• Os tetraedros são arranjados
em cadeias simples ou
duplas.
• Exemplos:
• Pirofilita: Al2Si4O10(OH)2
principal componente da
pedra sabão
• Asbesto (amianto):
Mg3Si2O5(OH)4 Conhecido
material resistente ao calor,
mas cancerígeno e por isso
proibido em muitos países.
• Ligações secundárias
mantém essas cadeias
unidas
Estrutura em camada da argila caulin ou caulinita
•
•
•
•
•
•
•
•
Estrutura em camada:
Os arranjos das unidades
tetraédricas é segundo um
plano.
Ligações mais fracas que
as existentes no tetraedro
mantém as camadas
unidas.
Desta forma surgem
propriedades distintas dos
cerâmicos nos materiais
com essa estrutura.
Exemplos:
Mica: KAl3Si3O10(OH)2
clivagem
Argila Al2(Si2O5)(OH)4 caulin
plasticidade
Talco: Mg3Si4O10(OH)2
lubrificante
Estrutura em camada nos silicatos
Aspecto da mica: Silicato com estrutura
em camadas
Com a adição de água as ligações fracas entre as
camadas são rompidas, causando o escorregamento entre
elas, é a deformação observada na argila
Estruturas tridimensionais de
silicato (sílica- SiO2)
• Quando os tetraedros se unem
de forma a todos os oxigênios
estarem ligados à átomos de
silício formam-se estruturas
cristalinas tridimensionais.
• Há três formas cristalinas da
sílica:
• Quartzo α,até 570ºC (ao lado)
• Quatzo β, até 870ºC(ao lado)
• Tridimita de 870ºC até 1470ºC
• Cristobalita de 1470ºC até
1713ºC (estrutura ao lado)
Noções sobre vidros
• O vidro é um silicato amorfo
(não cristalino) Tem
comportamento de um líquido
mas possui ligações 50%
covalentes e 50% iônicas, ao
contrario da maioria dos
líquidos, que se unem por
ligações fracas.
• Na estrutura amorfa do vidro,
podem-se ajustar facilmente
outros átomos, como CaO
Na2O. Esses átomos fazem
ligações preferencialmente do
tipo iônicas que são menos
rígidas que as 50%
covalentes, permitindo que
sejam moldados à
temperaturas mais baixas.
Efeito da temperatura sobre os vidros
• 1-Ponto de fusão viscosidade
10 Pa-s (pascal segundo) vidro
é fluído como líquido
• 2-Ponto de trabalho 103 Pa-s O
vidro é facilmente deformável
nessa temperatura
• 3-Ponto de amolecimento 4 x
106 Pa-s Mínima temperatura
de manuseio do vidro
• 4-Ponto de recozimento 1012
Pa-s T na qual a difusão
atômica é suficiente para
remover as tensões residuais
• 5-Ponto de deformação 3 x
1013 Pa-s T menores causarão
fraturas, transição para o
estado vítrio
• 1Pa.s = 10 Poise
(1Pa.s=1Kg/m.s e 1P=1g/cm.s)
VIDROS (CERÂMICOS AMORFOS) Tipos de vidros
SiO2
Sílica vítrea
100
Borosilicato
76
Vidro
(janelas)
B2O3
Al2O3
Na2O
CaO
MgO
K2O
ZnO
PbO
Utilização
Vidro alta pureza(*)
13
4
5
1
72
1
14
8
Vidro
(conten.)
73
2
14
10
Fibra vidro E
54
Verniz
60
Enamel
34
8
3
15
22
16
7
4
Vidro p/ química
4
Fibras p/ compósitos
11
17
6
42
Revestimento p/
metais
PROCESSAMENTO DE VIDROS
Processo para fabricação de chapa de vidro
Têmpera nos vidros
• Faz-se um resfriamento
rápido no vidro,
normalmente com ar
forçado, gerando tensões
compressivas na parte
externa e trativas na
parte interna, deixando a
peça de vidro mais
resistente ao choque.
NOÇÕES DE CERÂMICAS TRADICIONAIS
• A COMPOSIÇÃO GERAL
DAS CERÂMICAS
TRADICIONAIS:
• Argila: Caulim ou caulinita
Al2(Si2O5)(OH)4
• Sílica (quartzo SiO2): Material
de enchimento de alto ponto
de fusão e não reativo
• Feldspato: Fluxo, forma um
ligante vítrio de baixo ponto
de fusão com a argila:
• 3Tipos: potássico: KAlSi3O8
•
sódico: NaAlSi3O8
•
cálcico: CaAl2Si2O8
Aspecto micrográfico de uma porcelana
Processamento da cerâmica tradicional
• Faz-se uma suspensão
coloidal dos 3 silicatos em
água que se chama
barbotina
• Essa suspensão é
derramada em moldes de
gesso que são permeáveis
deixando uma camada de
produtos junto ao molde,
que é pré-aquecida por
volta de 120ºC para
remoção da água
• Essa casca é retirada do
molde (Resistência a
verde) e aquecida entre
1200 e 1400 ºC
(porcelanas) para adquirir
resistência mecânica
Preparação da barbotina pesagem dos pós
e mistura com água
Moldes de gesso
Peças de cerâmica tradicional após a
colagem
Processo de secagem da argila antes da queima
(sinterização)
Relação entre temperatura de queima e a
resistência da cerâmica tradicional
• Quanto maior a temperatura de queima
entre 900ºC e 1400ºC maior a resistência
durabilidade e a densidade (menor a
porosidade)
• T maiores que 1400ºC o corpo pode ficar
muito mole e a peça entrar em colapso
Processamento da cerâmica tradicional a base de
argila
• São produtos da cerâmica tradicional onde a
argila predomina.
• São fabricados em geral por extrusão
adquirindo resistência a verde
• São secados em T de 110ºC e depois
queimados a 900ºC.
Equipamentos empregados para extrusão
de cerâmicos argilosos
Vitrificação: vidrados
• É uma camada contínua de vidro aderente sobre a
superfície de um corpo cerâmico.
• O vidrado pode ser queimado simultaneamente com o
corpo cerâmico (monoqueima) ou em uma segunda
queima, depois de aplicado ao biscoito
• O objetivo do vidrado é fornecer uma superfície dura
não absorvente e de fácil limpeza.