Obtenção de uma porcelana dielétrica a partir de matérias-primas do Rio Grande do Norte

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA PROGRAMA DE DOUTORADO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS TESE DE DOUTORADO Obtenção de uma porcelana dielétrica a partir de matérias-primas do Rio Grande do Norte ELIALDO CHIBÉRIO DA SILVA Orientador: Prof. Dr. Uílame Umbelino Gomes Co - Orientador: Prof. Dr. Wilson Acchar Natal 2010 Tese n 79/PPgCEM

2 Elialdo Chibério da Silva OBTENÇÃO DE UMA PORCELANA DIELÉTRICA PARTIR DE MATÉRIAS-PRIMAS DO RN Tese de Doutorado submetida à Universidade Federal do Rio Grande do Norte para Obtenção do título de Doutor no Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais. Orientador: Prof. Dr. Uílame Umbelino Gomes. Co-Orientador: Prof. Dr. Wilson Acchar. Natal 2010 ELIALDO CHIBERIO DA SILVA

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4 DEDICO ESTA OBRA A princípio e com fervor aos meus pais, Francisco Chibério da Silva, in memorian, e à Benedita Francisca da Silva, e com mesma intensidade à minha filha Elissandra Álvares Chibério e a todos os irmãos e seus respectivos cônjuges, e em especial, pela referência que me motivou para a carreira acadêmica, ao meu estimado irmão, Dr. Nagib Francisco da Silva.

5 AGRADECIMENTOS Ao Prof. Dr. Uílame Umbelino Gomes, pela sua orientação no desenvolvimento deste trabalho. Como também pela confiança depositada, pelo companheirismo, e ser humano que tem sido; Ao meu Co-orientador, Prof. Dr. Wilson Acchar, pela sua confiança e seu interesse em mostrar e abrir caminhos para que eu continue nesta trajetória, e pelo seu apoio incondicional nas decisões tomadas; Ao Dr. Clodomiro Alves Jr., pelo apoio moral e disponibilidade de seu laboratório LABPLASMA.; A esta instituição de ensino, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, por tudo que representa a todos os norteriograndences; A Comissão de Apoio à Pesquisa de Ensino Superior CAPES, pelo apoio financeiro dado para a realização deste trabalho. A todos que compôem e os que trabalharam no Laboratório de Materiais Cerâmicos e Metais Especiais e do Laboratório de Propriedades Físicas de materiais Cerâmicos, pelo apoio e incentívo, em especial a Dona Lindalva, Eduardo Galvão, Ygor Alexandre, Antônio Carlos, Reniêr, Priscylla Cinthya, Jaquelígia e aos colegas do CTGÁS, Kathya Canella, Hérica, Angélica, Maxymme, André e Andréa por ajudarem na realização dos ensaios e por seus incentivos. Ao amigo e aluno Paulo Belarmino e sua respectiva esposa Elisângela, pelo suporte dado para tornar real a impressão de todos os exemplares desta tese.

6 Ao meu sobrinho Pedro Henrrique, pelas incansáveis ajudas nas traduções de livros e artigos. A minha esposa, Taízia Patrícia, pelo apoio, carinho, incentivo, companheirismo e principalmente pela dedicação prestada nesta etapa final do trabalho; Aos meus amados Irmãos por sempre terem confiado em mim e pela paciência e respeito. À eles, o meu melhor muitíssimo obrigado; Aos meus pais, Sr. Francisco Chibério da Silva, in memorian, e a Sra. Benedita Francisco da Silva, por terem batalhado tanto pela minha educação quanto a dos meus irmãos. A eles, que tanto Amor e Carinho dedicou a sua família, mesmo tendo que ser duros e incisivos na difícil tarefa de educar; A minha amada e maravilhosa filha Elissandra Álvares Chibério, obra e graça do Senhor, que tenho como estímulo, sendo a razão do meu vencer; A Deus, que é o ser que tudo sabe, tudo pode e tudo tem, por propiciar-me esta oportunidade, dando-me saúde, paz e força de vontade para vencer os obstáculos que a vida me submeteu. Agradeço a Deus pela família que tenho, pois sem o apoio destes tudo seria mais difícil. Obrigado por tudo, meu bom Deus;.

7 RESUMO A porcelana dielétrica é normalmente obtida através da mistura de diferentes matérias-primas, em proporções adequadas, sendo utilizada na produção de equipamentos eletroeletrônicos de diversas aplicações, desde capacitores de alta e baixa potência, a isoladores para baixa, média, alta e extra alta tensão, que são utilizados em linhas de distribuição e transmissão de energia elétrica. Neste trabalho, são estudadas as propriedades tecnológicas de uma porcelana dielétrica, formulada a partir de matérias-primas obtidas de pegmatitos encontrados nas regiões do Seridó e do Alto Oeste do Rio Grande do Norte, sendo estas constituídas de caulim, quartzo e feldspato, abundantes e de alta qualidade nestas regiões, e de uma argila proveniente de uma cerâmica situada no município de São Gonçalo do Amarante, também no Estado do Rio Grande do Norte. As matérias-primas foram caracterizadas através de: granulometria a laser, difração de raios X, análise térmica diferencial e análise termogravimétrica. As amostras foram conformadas por prensagem uniaxial a uma pressão de 50 MPa, e sinterizadas às temperaturas de 1150, 1200, 1250, 1300 e 1350 ºC, com patamares de sinterização de 30, 60, 90 e 120 minutos. Os ensaios tecnológicos realizados foram: análise da perda de massa, retração linear, porosidade, curva de gressificação, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, dilatometria, rigidez dielétrica, resistividade transversal e permissividade dielétrica. Os melhores valores de propriedades foram obtidos na temperatura de 1250 ºC, para as composições estudadas, não sofrendo variações significativas em seu comportamento com o tempo de sinterização. Os materiais estudados podem ser empregados na obtenção de objetos usados em eletrotécnica como por exemplo: isoladores de baixa, média e alta-tensão para redes elétricas, dispositivos de comando, bucha de isolamento de transformador, capacitores de potência, vela de ignição, receptáculos de lâmpadas incandescentes e fluorescentes e outros. Palavras-chave: Cerâmica dielétrica, matéria-prima, caracterização, propriedades tecnológicas.

8 ABSTRACT The dielectric porcelain is usually obtained by mixing various raw materials proportions and is used in the production of electronic equipment for various applications, from capacitors of high and low Power to insulators for low, medium, high and extra high voltage, which are used in distribution lines and transmission of electricity.this work was directed to the s tudy of technological properties of technic porcelain, made from raw materials extracted from pegmatites found in the regions of Seridó and the Alto Oeste of Rio Grande do Norte, which are made of kaolin, quartz and feldspar, abundant and high quality in these regions. The technic ceramics were obtained by mixing in appropriate levels, kaolin, feldspar, quartz and clay, the last item from a pottery in the city of Sao Gonçalo do Amarante, Rio Grande do Norte. During the development the following characterizations correlated to raw materials were made: laser particle sizing, x-ray diffraction, DTA and TG. The compositions studied were formed by uniaxial pressing at a pressure of 50 MPa and sintered at temperatures ranging from 1150 to 1350ºC and levels (times) of sintering between 30, 60, 90 and 120 minutes. The characterization of the samples were taken from the analysis of weight loss, linear shrinkage, porosity, stoneware curve, bulk density, flexural strength of three points, SEM and X-ray diffraction, TMA, Dielectric and cross Resistivity. The studied materials can be employed in producing the objects used in electrical engineering such as: insulators for low, medium and high-voltage electrical systems, command devices, bushing insulation for transformers, power capacitors, spark plugs, receptacles for fluorescent and incandescent light bulbs and others. Keywords: Technic Ceramics, Raw Material, Electrical Characterization.

9 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 2.1. Estruturas básica de argilominerais: (a) Tetraedro de silicato; (b) 13 Folha tetraédrica; (c) Octaedro de Al, Fe ou Mg; (d) Folha octaédrica; (e) Camada estrutural básica de caulinita. Figura 2.2. Diagrama de fases ternário e características da porcelana triaxaial. 19 Figura 2.3. Difração de raios X por um reticulado cristalino (lei de Bragg) 31 Figura 2.4. Diagrama esquemático do sistema de classificação de partículas 33 por difração a laser. Figura 2.5. Diagrama com os componentes do microscópio eletrônico de 35 varredura (MEV). Figura 2.6. Circuito equivalente da Lei de Ohm. 44 Figura 2.7. Curvas características de resistores: a) Ôhmico, b) Não Ôhmico, c) 45 Não Ôhmico. Figura 2.8. Símbolo de resistores em circuitos elétricos e foto de resistores 48 comerciais. Figura 2.9. Representação das características de um resistor de fio. 49 Figura Representação de um resistor de filme de carbono. 49 Figura Representação de um resistor variável. 50 Figura Representação de um resistor ajustável. 50 Figura Representação de código de cores de um resistor. 51 Figura Representação do circuito equivalente para determinar valores 52 elevados de resistência. Figura Placa de um capacitor simples 58 Figura Representação da polarização de um capacitor de placas simples. 60 Figura Capacitor de multicamadas. 61 Figura Cargas visíveis sobre as superfícies do dielétrico. 65 Figura Mecanismos de falhas nos sólidos. 76

10 Figura 3.1. Fluxograma da metodologia experimental usada. Figura 3.2. Mapa do rio Grande do Norte com as indicações das localização 86 das materiais primas. Figura 3.3. Ilustração do corpo de prova padrão. 99 Figura 3.4. Curvas teóricas de queima utilizadas para a sinterização das 101 amostras. Figura 3.5. Conexão do porta amostras e o instrumento de medição de 111 resistência elétrica, ponte RLC da marca HP. Figura 3.6. Porta amostras para o ensaio de rigidez dielétrica. 112 Figura 4.1. Distribuição granulométrica da argila. 115 Figura 4.2. Distribuição granulométrica do caulim. 115 Figura 4.3. Distribuição granulométrica do feldspato. 116 Figura 4.4. Distribuição granulométrica do quartzo. 116 Figura 4.5. Curva termogravimétrica (TG) com sua respectiva derivada (Drtg) da argila. 118 Figura 4.6. Curva termodiferencial (DTA) da argila. 119 Figura 4.7. Curva termogravimétrica (TG) com sua respectiva derivada (drtg) 120 do Caulim. Figura 4.8. Curva termodiferencial (DTA) do caulim. 121 Figura 4.9. Curva termogravimétrica (TG) com sua respectiva derivada (Drtg) 122 do feldspato. Figura Curva termodiferencial (DTA) do feldspato. 122 Figura Curva termogravimétrica (TG) com sua respectiva derivada (drtg) 123 do quartzo. Figura Curva termodiferencial (DTA) do quartzo. 124 Figura Difratograma de raios X da argila. 125 Figura Difratograma de raios X do caulim. 126 Figura Difratograma de raios X do feldspato. 126 Figura Difratograma de Raios X do quartzo 127 Figura Micrografia MEV (700X) da morfologia dos grãos da amostra de

11 argila, com pontos de microanálise por EDX. Figura Espectrograma EDX do ponto A da Figura Figura Espectrograma EDX do ponto B da Figura Figura Espectrograma EDX do ponto C da Figura Figura Micrografia MEV (800X) da morfologia dos grãos da amostra de caulim, com pontos de microanálise por EDX. Figura Espectrograma EDX do ponto A da Figura Figura Espectrograma EDX do ponto B da Figura Figura Espectrograma EDX do ponto C da Figura Figura Micrografia MEV (600X) da morfologia dos grãos da amostra de feldspato, com pontos de microanálise por EDX Figura Espectrograma EDX do ponto A da Figura Figura Espectrograma EDX do ponto B da Figura Figura Espectrograma EDX do ponto C da Figura Figura Micrografia MEV (700X) da morfologia dos grãos da amostra de quartzo, com pontos de microanálise por EDX. Figura Espectrograma EDX do ponto A da Figura Figura Espectrograma EDX do ponto B da Figura Figura Espectrograma EDX do ponto C da Figura Figura Comportamento dilatométrico das composições A e B Figura Figura Figura Figura Figura Difratogramas de raios X da amostra da composição A, sinterizada a temperatura de C na isoterma de 2 horas (amostra 07) Difratogramas de raios X da amostra da composição A, sinterizada a temperatura de C na isoterma de 2 horas (amostra 23) Difratogramas de raios X da amostra da composição A, sinterizada a temperatura de C na isoterma de 2 horas (amostra 39) Difratogramas de raios X da amostra da composição B, sinterizada a temperatura de C na isoterma de 2 horas (amostra 47) Difratogramas de raios X da amostra da composição B, sinterizada a temperatura de C na isoterma de 2 horas (amostra 63)

12 Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Difratogramas de raios X da amostra da composição B, sinterizada a temperatura de C na isoterma de 2 horas (amostra 79) Micrografia MEV dos corpos de prova da composição A. (A) Amostra sinterizada a temperatura de C (Amostra 08). (B) Amostra sinterizada a temperatura de C (Amostra 24) e (C) Amostra sinterizada a temperatura de C (Amostra 40) Micrografia MEV da amostra 08. (A) Micrografia MEV (400X) da composição A, sinterizada a temperatura de C em isoterma de 2 horas, com pontos de microanálise por EDX; (B) Espectrogramas EDX do ponto A de (A); (C) Espectrogramas EDX do ponto B de (A), (D) Espectrogramas EDX do ponto C de (A); (E) Espectrogramas EDX do ponto D de (A); (F) Espectrogramas EDX do ponto E de (A). Micrografia MEV da amostra 24. (A) Micrografia MEV (400X) da composição A, sinterizada a temperatura de C em isoterma de 2 horas, com pontos de microanálise por EDX; (B) Espectrogramas EDX do ponto A de (A); (C) Espectrogramas EDX do ponto B de (A), (D) Espectrogramas EDX do ponto C de (A); (E) Espectrogramas EDX do ponto D de (A). Micrografia MEV da amostra 40. (A) Micrografia MEV (400X) da composição A, sinterizada a temperatura de C em isoterma de 2 horas, com pontos de microanálise por EDX; (B) Espectrogramas EDX do ponto A de (A); (C) Espectrogramas EDX do ponto B de (A). Micrografia MEV dos corpos de prova da composição B. (A) Amostra sinterizada a temperatura de C (Amostra 48). (B) Amostra sinterizada a temperatura de C (Amostra 64) e (C) Amostra sinterizada a temperatura de C (Amostra 80). Micrografia MEV da amostra 48. (A) Micrografia MEV (400X) da composição B, sinterizada a temperatura de C em isoterma de 2 horas, com pontos de microanálise por EDX; (B) Espectrogramas EDX do ponto A de (A); (C) Espectrogramas EDX do ponto B de (A), (D) Espectrogramas EDX do ponto C de (A); (E) Espectrogramas EDX do ponto D de (A). Micrografia MEV da amostra 64. (A) Micrografia MEV (400X) da composição B, sinterizada a temperatura de C em isoterma de 2 horas, com pontos de microanálise por EDX; (B) Espectrogramas EDX do ponto A de (A); (C) Espectrogramas EDX do ponto B de (A). Micrografia MEV da amostra 80. (A) Micrografia MEV (400X) da composição B, sinterizada a temperatura de C em isoterma de 2 horas, com pontos de microanálise por EDX; (B) Espectrogramas EDX do ponto A de (A); (C) Espectrogramas EDX do ponto B de

13 Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura (A), (D) Espectrogramas EDX do ponto C de (A). Retração linear dos corpos de prova sinterizados, em função da 154 temperatura e da composição na isoterma P 1. Retração linear dos corpos de prova sinterizados, em função da 155 temperatura e da composição na isoterma P 2 Retração linear dos corpos de prova sinterizados, em função da 155 temperatura e da composição na isoterma P 3 Retração linear dos corpos de prova sinterizados, em função da 156 temperatura e da composição na isoterma P 4. Absorção de água dos corpos de prova sinterizados, em função da 158 temperatura e da composição na isoterma P 1 Absorção de água dos corpos de prova sinterizados, em função da 158 temperatura e da composição na isoterma P 2 Absorção de água dos corpos de prova sinterizados, em função da 159 temperatura e da composição na isoterma P 3 Absorção de água dos corpos de prova sinterizados, em função da 159 temperatura e da composição na isoterma P 4 Porosidade aparente dos corpos de prova sinterizados, em função 162 da temperatura e da composição na isoterma P 1 Porosidade aparente dos corpos de prova sinterizados, em função 162 da temperatura e da composição na isoterma P 2 Porosidade aparente dos corpos de prova sinterizados, em função 163 da temperatura e da composição na isoterma P 3 Porosidade aparente dos corpos de prova sinterizados, em função 163 da temperatura e da composição na isoterma P 4 Massa específica aparente dos corpos de prova sinterizados, em função da temperatura e da composição na isoterma P 1. Massa específica aparente dos corpos de prova sinterizados, em 166 função da temperatura e da composição na isoterma P 2 Massa específica aparente dos corpos de prova sinterizados, em 167 função da temperatura e da composição na isoterma P 3 Massa específica aparente dos corpos de prova sinterizados, em 167 função da temperatura e da composição na isoterma P 4 Variação de massa corpos de prova sinterizados, em função da temperatura e da composição na isoterma P Figura Variação de massa dos corpos de prova sinterizados, em função da 170 temperatura e da composição na isoterma P 2. Figura Variação de massa dos corpos de prova sinterizados, em função da

14 temperatura e da composição na isoterma P Figura Variação de massa dos corpos de prova sinterizados, em função da temperatura e da composição na isoterma P 4 Figura Curva característica do ensaio de flexão em três pontos das 172 composições A e B Figura Tensão de ruptura à flexão dos corpos de prova sinterizados, em 173 função da temperatura e da e da composição na isoterma P 1 Figura Tensão de ruptura à flexão dos corpos de prova sinterizados, em 174 função da temperatura e da e da composição na isoterma P 2 Figura Tensão de ruptura à flexão dos corpos de prova sinterizados, em 174 função da temperatura e da e da composição na isoterma P 3 Figura Tensão de ruptura à flexão dos corpos de prova sinterizados, em 175 função da temperatura e da e da composição na isoterma P 4 Figura Curva de gresificação das composições A e B na isoterma P Figura Curva de gresificação das composições A e B na isoterma P Figura Curva de gresificação das composições A e B na isoterma P Figura Curva de gresificação das composições A e B na isoterma P Figura Resistividade elétrica dos corpos de prova sinterizados, em função 182 da temperatura e da e da composição na isoterma P 1. Figura Resistividade elétrica dos corpos-de-prova sinterizados, em função 182 da temperatura e da e da composição na isoterma P 2 Figura Resistividade elétrica dos corpos de prova sinterizados, em função 183 da temperatura e da composição na isoterma P 3 Figura Resistividade elétrica dos corpos de prova sinterizados, em função 183 da temperatura e da composição na isoterma P 4. Figura Constante dielétrica dos corpos de prova sinterizados, em função 185 da temperatura e da composição na isoterma P 1. Figura Constante dielétrica dos corpos de prova sinterizados, em função 185 da temperatura e da composição na isoterma P 2. Figura Constante dielétrica dos corpos de prova sinterizados, em função 186 da temperatura e da composição na isoterma P 3. Figura Constante dielétrica dos corpos de prova sinterizados, em função 186 da temperatura e da composição na isoterma P 4. Figura Rigidez dielétrica em fonte DC dos corpos de prova sinterizados, 188 em função da temperatura e da composição na isoterma P 1. Figura Rigidez dielétrica em fonte DC dos corpos de prova sinterizados, 188

15 Figura Figura Figura Figura Figura Figura 4.92 em função da temperatura e da composição na isoterma P 2. Rigidez dielétrica em fonte DC dos corpos de prova sinterizados, em função da temperatura e da composição na isoterma P 3. Rigidez dielétrica em fonte DC dos corpos de prova sinterizados, 189 em função da temperatura e da composição na isoterma P 4 Rigidez dielétrica em fonte AC dos corpos de prova sinterizados, em função da temperatura e da composição na isoterma P 1. Rigidez dielétrica em fonte AC dos corpos de prova sinterizados, em função da temperatura e da composição na isoterma P 2. Rigidez dielétrica em fonte AC dos corpos de prova sinterizados, em função da temperatura e da composição na isoterma P 3. Rigidez dielétrica em fonte AC dos corpos de prova sinterizados, em função da temperatura e da composição na isoterma P

16 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1. Especificações de caulim para cerâmica branca. 14 Tabela 2.2. Especificações de feldspato para os principais uso nas industrias. 16 Tabela 2.3. Especificações de quartzo para os principais uso nas industrias. 17 Tabela 2.4. Quantidade de mineral de argila, caulim, feldspato e quartzo no território brasileiro. Tabela 2.5. Mercado consumidor de matéria prima em forma bruta no Brasil 20 Tabela 2.6. Tabela 2.7. Investimentos realizados em 2005 e previstos para os três anos consecutivos (2006, 2007, 2008) em R$. Principais transformações realizadas no produto, durante o ciclo de queima do suporte cerâmico. Tabela 2.8. Coeficiente de resistividade de alguns materiais. 46 Tabela 2.9. Valores de coeficientes de temperatura de alguns materiais. 48 Tabela Tabela Valores para cada algarismo de um resistor de acordo com sua respectiva faixa. Constante dielétrica (K) na temperatura ambiente 25 0 C de alguns materiais. Tabela Características médias de porcelanas para capacitores. 62 Tabela Características de materiais isolantes. 67 Tabela Valores de (K) dos sólidos isolantes não-polares com t = 20ºC. 69 Tabela Classificação de materiais isolantes cerâmicos de acordo com suas fases cristalinas. Tabela Rigides dielétrica de alguns materiais. 79 Tabela Características de porcelanas eletrotécnicas. 83 Tabela Valores típicos para um bom isolador elétrico Tabela Números do setor de isoladores elétricos de porcelana no Brasil referente a

17 Tabela 3.1. Composições de massa cerâmica para obtenção de porcelana técnica. 94 Tabela 3.2. Definição e codificação dos corpos de prova. 95 Tabela 3.3. Relação das amostras selecionadas para ensaio das propriedades elétricas e suas respectivas espessuras Tabela 4.1. Fluorescência de raios X das matérias primas utilizadas. 129 Tabela 4.2. Tabela 4.3. Tabela 4.4. Tabela 4.5. Tabela 4.6. Tabela 4.7. Tabela 4.8. Valores de retração linear encontrados e valor padrão em função da isoterma e da composição Valores de absorção de água encontrados e valor padrão em função da isoterma e da composição Valores de porosidade aparente encontrados e valor padrão em função da isoterma e da composição Valores de massa específica aparente encontrados e valor padrão em função da isoterma e da composição Valores de variação de massa encontrados e valor padrão em função da isoterma e da composição Valores de tensão de ruptura encontrados e valor padrão em função da isoterma e da composição Temperaturas de gresificação das massas cerâmicas em função da retração linear e da absorção de água. Tabela 4.9. Propriedades elétricas das massas cerâmicas

18 LISTA DE SIMBOLOS E ABREVIATURAS a. C... Período temporal referente a epoca antes de Cristo c.a... Corrente alternada AA... Absorção de água (%) ABC Associação Brasileira de Cerâmica V s... Velocidade de sedimentação g... Aceleração da gravidade (m/s 2 ) d e... Diâmetro da esfera (cm) ds... Peso específico da substância (g/cm 3 ) η... Viscosidade do meio dispersante em poises ΔT... Variação de temperatura σ... Tensão tangencial aplicada num fluido (N/m 2 ) MEV... Microscopia eletrônica de varredura EDX... Espectrometria por fluorescência de raios X por energia dispersiva DRX... Difração de raios X ATG... Análise térmica gravimétrica DrTG... Derivada da curva termogravimétrica DTA... Análise térmica diferencial TG... Análise termogravimétrica TRC... Tubo de meio catódico TMA... Análise termomecânica AG... Análise granulométrica VM... Variação de Massa TRF... Tenção de ruptura à flexão S... Velocidade do feixe refletido So... Velocidade do feixe incidente d... distância interplanar λ... Comprimento de onda da radiação

19 θ... Ângulo de incidência da radiação ρ d... Densidade ρ F... Densidade de um fluido ν... Velocidade terminal de sedimento A 1,... A 2... Amostras 1 e 2 da composição A. BB1,... B 2... Amostras 1 e 2 da composição B P 1,...P 4... Tempo de patamar (30, 60, 90 e 120 minutos) T 1,...,T 5... Temperaturas de sinterização 1150, 1200, 1250, 1300, 1350 o C, respectivamente α... Coeficiente de temperatura do material Ls... Comprimento inicial do corpo-de-prova (mm) Lq... Comprimento final do corpo-de-prova (mm) RL... Retração linear (%) PA... Porosidade aparente (%) MEA... Massa específica aparente (g/cm 3 ) M 0... Massa inicial M f... Massa final Pu... Peso do corpo de provas úmido (g) Ps... Peso do corpo de provas imerso seca (g) Pi... Peso do corpo de provas em água (g) P... Carga atingida no momento da ruptura (Kgf) L... Distancia, Espessura, comprimento. (m, cm, mm) b... Largura do corpo-de-prova (mm) h... Altura do corpo-de-prova (mm) f... Distância focal V... Unidade de medida de potencial elétrico v... Potencial elétrico (V) P... Potência elétrica (W) W... Unidade de medida de potência elétrica (Watt) R... Resistência elétrica (Ω) I... Corrente Elétrica (A) A... Unidade de medida da corrente elétrica (Ampére)

20 Ω... Unidade de medida de resistência elétrica ρ... Resistividade elétrica - ró (Ω.cm) ρ 0... Resistividade do material a temperatura inicial ds... Peso específico da substância (g/cm 3 ) σ... Condutividade elétrica (1/(Ω.cm) A c... Área de contato ou Área do material S σ... Condução elétrica ε... Permissividade absoluta do material ε 0... Permissividade absoluta do vácuo Қ... Permissividade relativa ou Constante dielétrica ƒ... Fator de conversão t... Densidade do dielétrico d 0... Espessura inicial d... Espessura final U crit... Valor máximo da tensão permitida E d... Valor médio da rigidez c... Capacitância S.I... Sistema Internacional de Unidades R =... Resistência elétrica infinita ICTA... Confederação Internacional de Análise Térmica ASTM... Sociedade Americana de Teste de Materiais IUPAC... União Internacional de Química Pura e Aplicada Q... Carga elétrica PIB Produto Interno Bruto

21 SUMÁRIO 1.0. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Classificação dos produtos cerâmicos Cerâmica estrutural ou vermelha Cerâmica branca Cerâmica de revestimento e pavimento Refratários Cimento Vidro Abrasivos Materiais utilizados Argila Minerais argilosos Caulim Feldspato Quartzo Características dos materiais utilizados Propriedades tecnológicas dos materiais cerâmicos Caracterização de matéria-prima para industria cerâmica Análise química Umidade Perda ao fogo Teor de SiO 2 na matéria-prima Teor de Al 2 O 3 na matéria-prima Teor de TiO 2 na matéria-prima Teor de Fe 2 O 3 e FeO na matéria-prima Teor de CaO e MgO na matéria-prima Teor de Na 2 O e K 2 O na matéria-prima...27

22 Teor de matéria orgânica na matéria-prima Análise térmica Análise térmica gravimétrica (TG) Análise térmica diferencial (DTA) Análise dilatométrica Difração de raios X (DRX) Analise granulométrica (AG) Análise de microestrutura eletrônica de varredura (MEV) Ensaios e análise das características tecnológicas das cerâmicas Variação de massa (VM) Retração linear (RL) Absorção de água (AA) Porosidade aparente (PA) Massa específica aparente (MEA) Tensão de ruptura á flexão (TRF) Gresificação Propriedades elétricas dos matérias cerâmicos Conceitos básicos de eletricidade Resistência e resistividade elétrica Lei de Ohm Resistores e seus diferentes tipos Código de cores para resistores Aplicação da Lei de Ohm Capacitores e dielétricos Características de um capacitor Capacitância Fatores que afetam a capacitância Dielétricos ou isoladores Polarização do dielétrico Constante dielétrica Classificação dos dielétricos segundo o tipo de polarização As propriedades de matérias isolantes...67

23 A constante dielétrica de isoladores sólidos Condutividade elétrica de isolantes A condutividade elétrica superficial dos isolantes sólidos O fator de perda Perdas dielétricas em isolantes sólidos Descarga interna análise da rigidez dielétrica Ruptura dielétrica dos sólidos Ruptura elétrica Ruptura térmica dos isolantes sólidos O Comportamento higroscópico Absorção de água do isolador em uso Porcelana eletrotécnica MATERIAIS E MÉTODOS Metodologia Matérias-primas Moagem a seco Argila Pegmatitos (caulim, feldspato e quartzo) Caracterização das matérias-primas Análise química Difração de raios X Microscopia eletrônica de varredura Análise térmica das matérias-primas Análise termogravimétrica e termodiferencial Análise dilatométrica (TMA) Análise granulométrica Preparação das massas cerâmicas Misturas e homogeneização Preparação dos corpos de prova Compactação Secagem dos corpos de prova Sinterização dos corpos de prova Determinação das propriedades dos corpos de prova...101

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