Materiais cerâmicos Definições

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1 MATERIAIS CERÂMICOS

2 Materiais cerâmicos Definições São compostos inorgânicos formados pela combinação de elementos metálicos e não metálicos. Do ponto de vista das ligações químicas, estas podem ser totalmente iônicas, ou predominantemente iônicas com alguma natureza covalente. São materiais obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas. O termo cerâmica vem da palavra grega Keramikos que significa matéria-prima queimada.

3 Materiais cerâmicos Definições Sílica (SiO 2 ) Alumina (Al 2 O 3 ) Talco (Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ) Os principais tipos são: óxidos, nitretos, carbonetos e silicatos. A esse grupo de materiais também pertencem os argilo-minerais, o cimento e os vidros.

4 Os materiais cerâmicos são constituídos de metais e não-metais.

5 Materiais cerâmicos Características Maior resistência à altas temperaturas (devido ao elevado Ponto de Fusão) e à ambientes severos (corrosão) que metais e polímeros; Maior dureza quando comparada aos aços; Menor densidade que a maioria dos metais e suas ligas; Os materiais usados na produção de cerâmicas são abundantes e mais baratos; A ligação atômica em cerâmicas é do tipo mista: covalente e iônica; São isolantes térmicos e elétricos

6 Materiais cerâmicos Características Cubo de sílica de isolamento térmico. O interior do cubo está a 1250ºC e pode ser manuseado sem proteção. Usada no isolamento térmico do Space Shuttle.

7 Materiais cerâmicos Estrutura ESTRUTURA CRISTALINA SEM SILICATOS (SiO -4 4 ): - São compostos por íons eletricamente carregados, em vez de átomos; - Os íons metálicos estão carregados positivamente (cátions) e os íons não metálicos estão carregados negativamente (ânions); - A ligação iônica não é direcional, a atração é mútua; - A ligação é forte, por isso o Ponto de Fusão dos materiais com esse tipo de ligação é geralmente alto; - A estrutura do cristal é influenciada pela magnitude da carga elétrica em cada um dos íons componentes e pelo tamanho relativo dos cátions e ânions.

8 LIGAÇÃO IÔNICA: A força atrativa eletrostática entre os átomos é não-direcional, ou seja, os átomos em um material iônico arranjam-se de forma que todos os íons positivos têm como vizinho mais próximo os íons negativos, sendo as forças atrativas igual em todas as direções. -.

9 Materiais cerâmicos Estrutura ESTRUTURA CRISTALINA SEM SILICATOS (SiO 4-4 ): - Duas características dos íons influenciam a estrutura do cristal: O cristal deve ser eletricamente neutro, CaF 2, NaCl, Al 2 O 3 ; Envolve os raios iônicos dos cátions e ânions; O número de coordenação (número de ânions vizinhos mais próximos para um cátion) está relacionado com a razão entre o raio do cátion e o raio do ânion. Por exemplo: para razões rc/ra<0,155, o cátion é muito pequeno e está ligado a dois ânions de uma maneira linear

10 Se rc/ra apresentar um valor entre 0,155 e 0,225, o número de coordenação para o cátion é 3.Isso significa que cada cátion está envolvido por três ânions na forma de um triângulo equilátero planar, com o cátion localizado no centro

11 Materiais cerâmicos Estrutura ESTRUTURA CRISTALINA SEM SILICATOS (SiO 4-4 ): - Alguns dos materiais cerâmicos usuais possuem números iguais de cátions e ânions e por isso, são designados por compostos AX onde A representa o cátion e X representa o ânion. - Existem várias estruturas para os compostos AX. - rc/ra - Neutralidade do cristal

12 Materiais cerâmicos Estrutura Os materiais cerâmicos que se formam segundo esta estrutura são: MgO, MnS, LiF, FeO. O número de coordenação tanto para os cátions como para os ânions é de 6, a razão entre os raios do cátion e ânion, está situada entre aproximadamente 0,414 0,732 O número de coordenação para ambos os tipos de íons é 8. Os ânions estão localizados em cada um dos vértices de um cubo, enquanto que o centro do cubo, contém um único cátion Aplicação: relógios atômicos, referência em unidade de tempo

13 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS CRISTALINOS Incluem os cerâmicos à base de Silicatos, Óxidos, Carbonetos e Nitretos AMORFOS (VIDROS) Em geral com a mesma composição dos cristalinos, diferindo no processamento VIDRO-CERÂMICOS Formados inicialmente como amorfos e tratados termicamente Os cerâmicos avançados são baseados em óxidos, carbonetos e nitretos com elevados graus de pureza O Silício e o Oxigênio formam cerca de 75% da crosta terrestre, sendo materiais de ocorrência comum na natureza e de baixo custo!

14 MATERIAIS CERÂMICOS CRISTALINOS SEM SILICATOS: Nome comum Alumina, alumina refratária Magnésia, magnésia refratária Spinel Óxido de Crómio Dióxido de urânio Zircónia (parcial.) estabilizada Titanato de Bário Ferrite de Níquel Nome comum Carboneto de Silício Nitreto de Silício Carboneto de Titânio Carboneto de Tântalo Carboneto de Tungsténio Carboneto de Boro Nitreto de Boro Composição Al 2 O 3 MgO MgO.Al 2 O 3 Cr 2 O 3 UO 2 ZrO 2 BaTiO 3 NiFe 2 O 4 Composição SiC Si 3 N 4 TiC TaC WC B 4 C BN Utilização Isolamento térmico e eléctrico Resistência ao desgaste Idem Revestimentos para resist. ao desgaste Combustível em reactores nucleares Isolamento térmico (estab. com 10%CaO) Componentes eletrónicos Componentes magnéticos Utilização Abrasivos desgastar, polir ou limpar Resistência ao desgaste Resistência ao desgaste Resistência ao desgaste Ferramentas de corte Abrasivos Isolamento