Materiais cerâmicos e vítreos vítreos

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1 Materiais cerâmicos e vítreos Materiais inorgânicos e não-metálicos processados e / ou usados a elevadas temperaturas Cerâmicas / argilas / silicatos das mais velhas indústrias humanas (15000 AC) resistentes à temperatura e pressão / boas propriedades mecânicas e eléctricas e boa resistência à corrosão geralmente pouco resistentes ao choque silicatos / óxidos metálicos / C / B / Si / carbonetos /... Propriedades dependem do carácter covalente / iónico das ligações elevada resistência química e ao calor fracos condutores de calor e electricidade Estruturas cristalinas complexas partes cristalinas / partes vítreas Classificação argilas refractários vidros

2 Argilas Estrutura Silicatos de alumínio impuros Arranjos tetraédricos Propriedades K 2 O.Al 2 O 3.6SiO 2 feldspato Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 0 Al 2 (OH) 4 Si 2 O 5 caulinite Plasticidade: capacidade de formar com água uma massa plástica possível de ser moldada / de grande rigidez após secagem (T elevada) a quantidade de água necessária depende da forma e tamanho das partículas Limite plástico - quantidade mínima de água Limite líquido - quantidade máxima (sem escorrer) Indice de plasticidade - diferença entre os dois limites (gama) água - conforme o método de trabalho (manual / pressão / molde...) Aditivos: materiais não-plásticos (quartzo) - reduzem quantidade de água necessária dissolventes (borax) - diminuem o ponto de fusão (melhoria da vitrificação)

3 Argilas Secagem redução da água (filme e poros) antes da calcinação / redução de volume lenta e controlada / temperaturas baixas (TA / C / 110 C) Calcinação (aquecimento) resistência / durabilidade / densidade / aspecto vários passos: C: remoção de traços de água C: quebra de ligações / libertação de sílica, alumina e água de hidratação Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 0 calor Al 2 O SiO H 2 O perda de plasticidade / não pode ser recuperada oxidação de matéria orgânica / pirites ferrosas C: vitrificação porosidade diminui fortemente (6%) resistência aumenta

4 Argilas O grau de vitrificação define as propriedades do material obtido Tijolos ( C) podem aumentar a sua resistência de 20 vezes Clinker (pavimentos altamente resistentes) - completamente vitrificados alta densidade (uniforme) / baixa porosidade / alta dureza / alta resistência à compressão e abrasão Porcelanas - altamente vitrificadas praticamente não-porosas e translúcidas Cor vermelha - presença de impurezas de ferro Caulino (argila da China) - praticamente isenta de ferro muito usado para revestimento do papel (superfícies suaves e não-absorventes) Vitrificado (glazing) - filme vítreo sobre a superfície da cerâmica sílica / caulino + soda / borax

5 Refractários Materiais capazes de suportar temperaturas muito elevadas 1710 (sílica - SiO 2 ) / 3300 (tória (ThO 2 ) óxidos de elevado pf / misturas de óxidos de Si, Al, Mg, Ca... elevada pureza / investigação continua (turbinas / mísseis / reactores nucleares) Refractabilidade: resistência ao calor sem deformação apreciável depende da composição química (minerais), estabilidade dimensional e textura estabilidade dimensional: resistência à variação de volume quando o material é exposto a altas temperaturas, durante muito tempo a mistura de granulometrias permite aumentar a densidade as temperaturas mais elevadas aumentam a cristalinidade (em vez da vitrificação) Super-refractários refractabilidade aumenta usando óxidos puros e de elevado pf eliminação da ligação cerâmica / compactação de pós finos (cristalização) Carbonetos elevados pf mas baixa resistência à oxidação a altas temperaturas - SiC Carvão e grafite são excelentes materiais refractários - mas oxidam facilmente

6 Refractários Aditivos reduzidos ao mínimo - redução do vitrificado / maior cristalinidade Propriedades: de acordo com as necessidades químicas: ácidos / básicos / neutros baixa porosidades / elevada resistência, condutividade e capacidade térmica Gamas de temperatura - conforme os óxidos usados resistência - baixa expansão térmica e textura grossa / maior resistência às mudanças de temperatura Condutividade térmica - proporcional à densidade (baixa porosidade) condutores (muflas) / isolantes (materiais resistentes ao fogo) Capacidade térmica - proporcional à densidade fornos operados de forma intermitente devem absorver menos calor A ligação cerâmica aumenta a resistência a frio mas diminui a sua refractabilidade a altas temperaturas

7 Vidro Material inorgânico fundido e arrefecido sem cristalizar (pf indefinido e viscosidade elevada) História Fenícios / Egipcios / Venezianos Manufactura Óxidos inorgânicos - sílica (pf elevado) + óxidos metálicos (para baixar o pf) fusão a cerca de 1500 C Vidro plano - produzido continuamente (rolos arrefecidos) O vidro trabalhado cria linhas de tensão - desaparecem por aquecimento adequado Arrefecimento - lento (até 1C / dia para os grandes espelhos ópticos) tensões criam linhas de refracção Tratamento de superfície O estado da superfície determina a dureza / resistência do vidro Arrefecimento rápido das superfície (+ lento no interior) não pode ser trabalhado mecanicamente / desintegração

8 Vidro Sodocálcico SiO 2 (70-75%) - Na 2 O (12-18%) - CaO (5-14%) CaO diminui a solubilidade em água baixo custo / transparente Vis / retém UV / estabilidade química e térmica limitadas janelas / lâmpadas / garrafas / louça Chumbo SiO 2 (53-68%) - Na 2 O (5-10%) - CaO (0-6%) - PbO (15-40%) baixo pf / elevada resistividade eléctrica e índice de refracção louça de elevada qualidade / material óptico / tubos néon / arte Borosilicato SiO 2 (73-82%) - Na 2 O (3-10%) - CaO (0-1%) - B 2 O 3 (5-20%) baixo coeficiente de expansão térmica / elevada resistência química Pirex - material de laboratório e indústria / tubagens / isolamento eléctrico Sílica (96% SiO 2 ) altamente resistentes ao choque e temperatura (900 C) / transparentes

9 Vidro Resistência química normalmente elevada para a maior parte dos agentes de corrosão excepto HF / ácido fosfórico quente e conc. / soluções alcalinas conc. SiO 2 elevado / alta resistência vidro com > 99% SiO2 (cristais de quartzo fundidos C) viscosidade elevada / difícil de obter boa homogeneização elevada transparência ao UV /Vis / IV muito resistente ao choque mecânico e baixo coef. expansão térmica Instrumentos de óptica Vidro de segurança (laminado) 2 camadas de vidro / 1 camada de plástico - elevado a altas temperaturas Cor Óxidos metálicos verde (Fe 2 O 3 / CuO) / amarelo (UO 2 ) / azul (CoO e CuO) / vermelho (Au e Cu)

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