EM240 Estrutura e Propriedades dos Materiais
CERÂMICAS
As Cerâmicas compreendem todos os materiais
inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após
tratamento térmico em temperaturas elevadas.
Materiais Cerâmicos
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DEFINIÇÃO
Cerâmica vem da palavra grega keramus que
significa coisa queimada
Numa
definição
cerâmicos
são
simplificada,
compostos
de
materiais
elementos
metálicos e não metálicos, com exceção do
carbono. Podem ser simples ou complexos.
Exemplos: SiO2( sílica), Al2O3 (alumina) ,
Mg3Si4O10(OH)2 (talco)
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CLASSIFICAÇÃO
Materiais Cerâmicos
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CLASSIFICAÇÃO
Convencionais
Estruturais
Vidros
Louças
Cimentos
Materiais Cerâmicos
Avançadas
Eletrônicos
Ópticos
Biomateriais
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CARACTERÍSTICAS GERAIS
Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços.
Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e
polímeros.
São menos densas que a maioria dos metais e suas
ligas.
Os materiais usados na produção das cerâmicas são
abundantes e mais baratos.
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PROPRIEDADES TÉRMICAS
As mais importantes propriedades térmicas dos
materiais cerâmicos são:
capacidade calorífica (  )
coeficiente de expansão térmica (  )
condutividade térmica
átomos
Materiais Cerâmicos
Ligação Química
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PROPRIEDADES TÉRMICAS
Material
Capacidade
calorífica (J/Kg.K)
Coeficiente linear de
expansão térmica ((°C)-1x10-6)
Condutividade
térmica (W/m.K)
Alumínio
900
23,6
247
Cobre
386
16,5
398
Alumina (Al2O3)
775
8,8
30,1
Sílica fundida (SiO2)
740
0,5
2,0
Vidro de cal de soda
840
9,0
1,7
Polietileno
2100
60-220
0,38
Poliestireno
1360
50-85
0,13
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PROPRIEDADES TÉRMICAS -Aplicação
Uma interessante aplicação, que leva em conta as
propriedades térmicas das cerâmicas, é o seu uso na
indústria aeroespacial.
Temperatura °C
* Temperaturas de subida
Revestimento exterior
com fibra amorfas de
sílica de alta pureza.
Espessura: 1,27-8,89cm
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PROPRIEDADES ÓTICAS
Descreve a maneira com que um material se comporta
quando exposto a luz. Assim, um material pode ser:
Transparente
Translúcido
Opaco
Dois mecanismos importantes da interação da luz
com a partícula em um sólido são:
Polarização
Transição de elétrons entre diferentes níveis de
energia.
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PROPRIEDADES ÓTICAS
Polarização
Distorção de uma nuvem de elétrons
de um átomo por um campo elétrico.
Alinhamento de dipolos.
Absorção de energia
(deformação elástica),
resultando em aquecimento
Materiais Cerâmicos
Propagação de ondas
eletromagnéticas
(radiação eletromagnética)
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PROPRIEDADES ÓTICAS
Banda de condução
Banda de valência
Luz visível
Fotocondutividade
Materiais Cerâmicos
Faixa de energia 1,8 a 3,1eV
Responsável pelas cores que
observamos nos materiais
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PROPRIEDADES ÓTICAS –Aplicação
Transparência
–
Janelas,
lentes,
artigos
de
laboratório etc.
Conversão
de
luz
em
eletricidade
–
Laser,
eletrônica (LED’s).
Luminescência – Lâmpadas elétricas e telas de TV.
Reflexão – Fibras óticas (telefonia, TV a cabo etc).
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Descreve a maneira como um material responde a
aplicação de força, carga e impacto.
Os materiais cerâmicos são:
Duros
Resistentes ao desgaste
Resistentes à corrosão
Frágeis (não sofrem deformação plástica)
Materiais Cerâmicos
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PROPRIEDADES MECÂNICAS –Aplicação
Componentes de motores de automóveis.
Ferramentas de corte.
Blindagem de veículos militares.
Estruturas de aeronaves.
Construções civis.
Abrasivos para polimentos.
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PROPRIEDADES ELÉTRICAS
As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos
são muito variadas. Podendo ser:
isolantes: Alumina, vidro de sílica (SiO2)
semicondutores: SiC, B4C
supercondutores: (La, Sr)2CuO4, TiBa2Ca3Cu4O11
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PROCESSAMENTO
O processamento de materiais cerâmicos à base de
argila é feito a partir da compactação de pós ou
partículas e aquecimento à temperaturas apropriadas.
Principais etapas:
Preparação da matéria-prima
Moldagem (conformação)
Secagem
Sinterização
Materiais Cerâmicos
Tamanho e pureza
controlados
Hidroplástica ou fundição
por suspensão
Eliminação de água ou ligantes
Tratamento térmico
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PROCESSAMENTO DE VIDROS
Aquecimento das matérias-primas
Conformação
Prensagem
Insuflação
Fabricação de peças com paredes
espessas
Pressão através da injeção de ar
Estiramento
Conformação de lâminas, tubos,
fibras etc.
Tratamento térmico
Recozimento
Têmpera de vidro
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OUTROS PROCESSAMENTOS
Prensagem do pó
Fabricação de argilosos, nãoargilosos. Cerâmicas eletrônicas.
Cerâmicas magnéticas.
Compactação através de pressão.
Grau de compactação X espaço
vazio (partículas)
Materiais Cerâmicos
Fundição em fita
Produção de substratos
para circuito integrados
e capacitores.
Lâminas delgadas são
produzidas através de
fundição.
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PROCESSAMENTO - Prensagem do pó
Três procedimentos básicos
Uniaxial
Compactação do pó
em molde metálico.
Pressão aplicada em
uma única direção
Materiais Cerâmicos
Prensagem a quente
Conformação e
sinterização ao
mesmo tempo.
Temperatura e
pressão uniaxial.
Isostático
Material
pulverizado contido
em envelope de
borracha.
Pressão feita por
fluido aplicado
isostaticamente.
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PROCESSAMENTO – Fundição em fita
A mistura passa por uma lâmina, a qual regula a
espessura do filme, sendo derramada numa esteira
rolante. O filme é seco em um forno e as lâminas são
posteriormente separadas.
Materiais Cerâmicos
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Exemplos de aplicações das cerâmicas
Função eletro-eletrônica
Isolante elétrico
semicondutor
Al2O3, BeO, SiC
SnO2, ZnO, Bi2O3
Condutividade elétrica
SiC, MoSi2
substrato
Sensores de gás
Gerador de calor
Função térmica
Refratariedade
Isolamento térmico
Materiais Cerâmicos
Al2O3, SiC
K2O, SiC, CaO
Fornos refratários
Isolantes térmicos
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Exemplos de aplicações das cerâmicas
Função mecânica
Resistência ao desgaste
Usinabilidade
Lubrificação
Al2O3, ZrO2
Polimento e moagem
Al2O3, ZrO2, TiC, WC
Ferramentas de corte
MoSi2
Lubrificante sólido
Função óptica
Transparência
Condutividade
Materiais Cerâmicos
Al2O3
SiO2
Lâmpada de sódio
Fibra ótica
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Exemplo fotocondução
Sistema para transmissão de informações, envolvendo
um laser para gerar fótons de um sinal elétrico, fibras
óticas para transmissão do feixe de fótons e um LED
para a conversão dos fótons em sinal elétrico.
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Exemplo funcionamento laser
Exemplo de laser de estado sólido bobeado oticamente.
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Exemplo célula solar
Exemplo de funcionamento de uma célula solar.
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Exemplos propriedades mecânicas
Pistões e camisas
Peças automotivas
Materiais Cerâmicos
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Exemplos propriedades mecânicas
Construção civil
Lixas para polimento
Ferramentas de corte
Materiais Cerâmicos
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Conformação de cerâmicos
Materiais Cerâmicos
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Sinterização de cerâmicos
Formação de
pescoço entre as
As partículas se
partículas, o que
ligam através de
torna a peça
pontos de contato.
mais densa.
Grande números
de poros.
Materiais Cerâmicos
Final: poros
arredondados
com menor
espaço entre
eles.
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Conformação de Vidros
Materiais Cerâmicos
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Conformação de Vidros
Materiais Cerâmicos
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Têmpera de Vidros
A finalidade da têmpera é estabelecer tensões elevadas
de compressão nas zonas superficiais do vidro, e
correspondentes altas tensões de tração no centro do
mesmo.
O vidro é colocado no forno, submetido a uma
temperatura de aproximadamente 6000 C até atingir seu
ponto ideal. Neste momento, recebe um resfriamento
brusco, o que vai gera o estado de tensão citado.
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