Diagramas de equilíbrio entre
cerâmicas
Introdução: Como os materiais cerâmicos não são fabricados por
fusão, nem sofrem deformação a altas temperaturas a importância dos
diagramas é limitada quando comparada aos metais, no entanto para
os cerâmicos refratários e em alguns casos específicos como em
misturas de materiais cerâmicos podem ser importantes
• Assim como os
metais a maioria dos
materiais cerâmicos
não são puros
contém impurezas ou
adições que resultam
em soluções sólidas
fases não cristalinas
ou fases multicristalinas.
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Pode-se determinar:
T fusão de cada composto puro.
Influência na T fusão quando dois
compostos são misturados
A presença ou não e o grau de soluções
sólidas
Interações de dois compostos formando
outros compostos (SiO2 + Al2O3 formando
a mulita 3 Al2O3.2 SiO2 )
T onde ocorre troca de estrutura cristalina
– polimorfismo
A quantidade e a composição das fases
para determinada temperatura e
composição
Determinar parâmetros e variáveis para a
sinterização.
Diagrama de equilíbrio isomorfo Cr2O3 + Al2O3
• Forma uma solução
sólida completa pois:
• Os 2 íons são
semelhantes no tamanho
(0,53 Å Al+3 e 0,62 Å o
Cr+3)
• Possuem mesma
valência (não causa
desbalanço da
eletroneutralidade do
composto)
• Possuem mesma
estrutura atômica
Oxigênio Hexagonal
compacto com cátions
ocupando 2/3 dos vazios
octaédricos
• MgO e NiO tem
o mesmo tipo de
diagrama pelas
mesmas razões
apresentadas no
slide anterior
Diagrama de equilíbrio MgO + Al2O3
• Solubilidade parcial no
estado sólido
• Possui um composto
intermediário(fase) chamado
espinel MgAl2O4 que apesar
de ser um composto não é
representado por uma reta
pois ele é estável sem ser
estequiométrico por uma
faixa de composições
(estequiometria 73% em
peso de Al2O3 , 27% de MgO
50% em mol de cada um)
• Espinel é utilizado como
refratário funde a 2100ºC.
• Apresenta dois pontos
eutéticos
Diagrama de equilíbrio ZrO2 + CaO
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Diagrama vai até 31% em peso de CaO
(50% mol)
que
corresponde
a
composição do ZrCaO3.
O ZrO2 apresenta 3 estruturas
cristalinas Tetragonal Monoclínica e
cúbica
A transformação de tetragonal para
monoclínica, que ocorre a 1150ºC vem
acompanhada
de
uma
variação
volumétrica de 5% (expansão) que
causa fissuras no processamento
Esse problema é superado pela adição
de 3 a 7% de CaO, pois nas
velocidades normais de resfriamento a
sol. Sólida monoclínica e o composto
CaZr4O9 preditos pelo diagrama não se
formam, sendo as fases cúbicas e
tetragonal do ZrO2
retidas (P.S.Z.
partially stabilized Zirconia) A zirconia
P.S.Z. se transforma para monoclínica
na presença de tensões.
Maiores teores de CaO (7% a 12%)
somente a fase cúbica da Zirconia é
retida e ela é chamada de zirconia
completamente estabilizada (T.S.Z. –
zircônia totalmente estabilizada). A
zirconia T.S.Z. não se transforma para
monoclínica na presença de tensõesA
ítria (Y2O3) e a magnésia (MgO) também
são usadas como estabilizantes da
ZrO2.
Diagrama de equilíbrio SIO2 e Al2O3
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Grande importância
comercial pois são os
principais
constituintes de
muitos refratários
Forma estável da
sílica nessas
temperaturas é a
cristobalita
Formação de um
composto
intermediário
chamado mulita
3Al2O3 2SiO2 72% em
peso de Al2O3 e funde
a 1890ºC
Tem um eutético a
1587ºC e 7,7% em
peso de Al2O3.
Noções de refratários
• Propriedades dos refratários:
•
Resistir a altas temperaturas sem fundir ou decompor
•
Permanecer não reativo e inerte em presença de meios e
temperaturas severas
•
Promover isolamento térmico
• Aplicações:
•
Revestimento de fornos
•
Revestimento de cadinhos
•
Revestimento de panelas para refino de metais
•
Fabricação de vidros
•
Tratamentos térmicos
Tipos de refratários: Argila refratária
• sílico-aluminosos: de 25
a 40% de Al2O3. + SiO2
• T máx. 1587ºC sem
líquido em equilíbrio, mas
admite-se pequena
quantidade de líquido
presente durante seu uso
sem comprometer a
integridade mecânica.
• Logo a Tmáx dependerá
do % de Al2O3 presente,
pois quanto mais Al2O3
presente menor a
quantidade de líquido pra
mesma T.
Tipos de refratários: Base de sílica (refratários
ácidos)
• Tmáx de uso, 1650ºC
sendo que pequeno
percentual do tijolo
estará na forma
líquida.
• Nesses refratários o
teos de Al2O3. é
considerado uma
impureza pois
aumenta o percentual
de líquido presente
reduzindo a
temperatura máx de
emprego. Faz a
mistura cerâmica se
aproximar do ponto
eutético.
Tipos de refratários: Básicos
• São ricos em MgO (magnésia ou
periclásio)
• A presença de sílica é prejudicial em altas
temperaturas.por razões semelhantes à
presença de alumina nos a base de sílica.
• Substitui o refratário ácido (a base de
sílica) quando a escória do aço é básica.
Refratários especiais
• Maior temperatura de utilização,mais
resistentes à ataque químico, mas mais
caros
• Alumina: Al2O3
• Berília: BeO
• Zircônia: ZrO2
• Carbeto de silício: SiC
• Grafite
Características dos refratários
• T máx em serviço é inferior à temperatura de
sinterização
• São empregadas partículas maiores e menores na
mistura sendo que as menores funcionam como um
ligante das maiores durante a sinterização sendo
portanto responsáveis pela resistência mecânica do
refratário.
• Porosidade deve ser controlada: Grande porosidade
maior isolamento térmico e maior resistência ao choque
térmico mas menor resistência mecânica e menor
resistência ao ataque químico. A porosidade ótima
dependerá das condições do serviço.
• É comum se utilizar o mesmo refratário mas com teores
de porosidade diferentes no mesmo equipamento.
Composição de alguns refratários