Fluxograma básico para fabricação de um produto cerâmico convencional

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1 2. Processamento Cerâmico Fluxograma básico para fabricação de um produto cerâmico convencional EXTRAÇÃO/BENEFICIAMENTO DA MATÉRIA-PRIMA MOAGEM/FORMULAÇÃO CONFORMAÇÃO SECAGEM/EXTRAÇÃO DE ADITIVOS QUEIMA PRODUTO FINAL

2 2. Processamento Cerâmico CONFORMAÇÃO Objetivo: dar forma de uma peça a um material sem forma Existem muitos tipos de processos para fabricação de um material cerâmico. A escolha do mesmo depende tanto da forma final da peça quanto das propriedades desejadas. PÓ CORPO POROSO PARTÍCULAS: alto grau de homogeneidade alto empacotamento menor distorção microestrutural durante sinterização

3 2. Processamento Cerâmico CONFORMAÇÃO PRINCIPAIS PROCESSOS USADOS PARA A FABRICAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS PRENSAGEM UNIAXIAL ISOSTÁTICA PRENSAGEM A QUENTE PRENSAGEM ISOSTÁTICA A QUENTE COLAGEM DRENAGEM DE SÓLIDOS A VÁCUO SOB PRESSÃO CENTRIFUGADA MOLDE PERDIDO GEL CASTING DEPOSIÇÃO ELETROFORÉTICA TAPE CASTING CONFORMAÇÃO FLUIDOPLÁSTICA EXTRUSÃO MOLDAGEM POR INJEÇÃO

4 PRENSAGEM Empregado na produção de: placas cerâmicas ferramentas de corte refratários O processo consiste em: Consolidar pós cerâmicos em uma cavidade com formato pré-determinado mediante o emprego de uma força. Estágios: 1) Preenchimento do molde 2) Compactação 3) Extração da peça

5 PRENSAGEM UNIAXIAL Compactação do pó em uma matriz metálica através de uma pressão que é aplicada em uma única direção. hidráulica (transmissão da pressão por um fluido): menor produtividade mecânica: alta produtividade, fácil automatização

6 PRENSAGEM UNIAXIAL Método restrito a formas relativamente simples. Baixo custo Alta taxa de produção Preenchimento da matriz durante a prensagem:

7 PRENSAGEM UNIAXIAL Tipos de Prensagem (umidade massa) Seca: 0 a 4% umidade -compactação ocorre cominuindo o granulado e por redistribuição mecânica do pó -ação dos aditivos -alta pressão necessária para romper os granulados e distribuir uniformemente o pó -alta produtividade (ex.: produção de capacitores elétricos de 0,5 mm; substratos de ME) -tolerâncias de ±1% ou menor são obtidas Úmido: 10 a 15% de umidade -normalmente produtos argilosos -deformação plástica da massa (pode escoar por distribuição não homogênea da umidade) -não susceptível a automatização -tolerâncias de ±2%

8 PRENSAGEM UNIAXIAL

9 PRENSAGEM UNIAXIAL

10 PRENSAGEM UNIAXIAL

11 PRENSAGEM À QUENTE A prensagem e a queima ocorrem simultaneamente. O agregado é compactado a uma temperatura elevada -Mecanicamente idêntica à prensagem a frio; -Diferença: aquecimento do molde, que sinteriza o pó durante a operação de prensagem; -Densificação a uma temperatura mais baixa, comparada as sinterizações sem prensagem; -Normalmente sem aditivos (qualquer aditivo orgânico seria transformado pela temperatura em um resíduo carbonizado sem qualquer efeito na massa cerâmica) Depende da temperatura de queima O molde é de fabricação cara Exige muito tempo: é necessário resfriar a matriz antes de uma nova compactação

12 PRENSAGEM À QUENTE FONTE E PAINEL DE CONTROLE CARCAÇA PISTÃO BOMBA DE REFRIGERAÇÃO REFRIGERAÇÃO Á ÁGUA MOLDE COM PÓ RESISTÊNCIA ELÉTRICA

13 PRENSAGEM ISOSTÁTICA Material pulverizado está contido em um molde de borracha. A pressão é aplicada através de um fluido em todas as direções Formas mais complexas Custo elevado Baixa taxa de produção

14 PRENSAGEM ISOSTÁTICA WET BAG: o pó é carregado em um molde no lado externo da prensa. O molde então é colocado na prensa e é aplicada uma pressão hidrostática até a compactação desejada. O molde e a parte compactada são removidos da prensa e após, a peça é retirada do molde. Este processo envolve muitas etapas e é trabalhoso. DRY BAG: o molde está integrado à câmara de pressão da prensa. O pó é carregado no molde, prensado e após extraído. Método simples e rápido.

15 PRENSAGEM ISOSTÁTICA molde WETBAG molde DRYBAG

16 PRENSAGEM ISOSTÁTICA À QUENTE ou HIP -A pressão é aplicada por todos os lados quando a peça encontra-se a elevada temperatura. -O processo combina conformação isostática e queima, em uma só etapa. -O processo permite obter densificação a temperaturas mais baixas do que sem a aplicação da pressão ou a densidade teórica do material, o que seria difícil, ou mesmo impossível, por outro processo. -Requer projeto especial tanto para as partes do forno quanto à geometria da peça conformada.

17 PRENSAGEM ISOSTÁTICA À QUENTE ou HIP

18 PRENSAGEM ISOSTÁTICA À QUENTE ou HIP Prática industrial / Equipamentos industriais

19 COLAGEM SLIP CASTING TAPE CASTING GEL CASTING

20 COLAGEM Empregado na produção de: louça sanitária louça de mesa cerâmica artística cadinhos filtros implantes ósseos componentes para equipamentos térmicos Processo econômico e utilizado na fabricação de formas complexas

21 COLAGEM SLIP CASTING Características Produção de peças com formas complexas (louças sanitárias e de mesa), cadinhos, tubos, implantes ósseos, etc) Conformação de material através da remoção da parte líquida por um molde poroso; Barbotina - suspensão coloidal de um pó em um líquido imiscível; Molde poroso: gesso É um processo controlado por difusão molde poroso

22 COLAGEM SLIP CASTING O processo consiste em: 1) Preparação da barbotina: matéria-prima em suspensão aquosa (40 a 60%) 2) Preenchimento com a barbotina do molde poroso (gesso) 3) Remoção do líquido (água) pelos capilares do molde 4) Drenagem do excesso de barbotina 5) Desmoldagem 6) Rebarbação 7) Secagem 8) Queima

23 COLAGEM SLIP CASTING

24 COLAGEM SLIP CASTING Fatores Importantes Reologia - grau de defloculação da barbotina; Viscosidade; ph; Concentração de sólidos; Granulometria Vantagens Produção de componentes de forma complexa; Baixo custo dos moldes porosos; Viabilidade econômica de pequenas produções; Dispersão de partículas finas.

25 COLAGEM TAPE CASTING Obtenção de finas folhas com grande área superficial, empregadas na construção de blocos para substratos eletrônicos; Desaeração do pó após moagem vácuo e peneiramento; Material pronto aplicado sobre um substrato contínuo: vidro, inox, papel, filme de polímero. Deposição é feita através de uma rede micrométrica; A fina película do material (0,76 mm, por exemplo) é posteriormente sinterizada, produzindo as propriedades finais. O processo é utilizado na fabricação de capacitores e substratos eletrônicos.

26 COLAGEM TAPE CASTING Fluxograma do processo de tape casting

27 COLAGEM TAPE CASTING

28 COLAGEM TAPE CASTING

29 COLAGEM TAPE CASTING

30 FLUIDOPLÁSTICA EXTRUSÃO MOLDAGEM POR INJEÇÃO

31 EXTRUSÃO

32 EXTRUSÃO Empregado na produção de: ladrilhos tijolos blocos cerâmicos tubos Processo contínuo ou semi-contínuo com o emprego de uma extrusora ou maromba O processo consiste em: Uma massa cerâmica plástica é forçada através de um orifício de uma matriz que possui a geometria da seção reta desejada Massa cerâmica Rosca sem fim Matriz Peça Umidade: 14 a 20% Acionada por motor Bomba de vácuo Maior densificação

33 EXTRUSÃO

34 EXTRUSÃO

35 MOLDAGEM POR INJEÇÃO Empregado na produção de: velas de ignição guias de fios têxteis componentes eletrônicos O processo consiste em: Estágios: Aquecer a massa cerâmica (com ligantes) até amolecer a injetar na cavidade de um molde onde se resfria e se solidifica para produzir a forma desejada 1) Preparação do pó 2) peletização 3) Injeção no molde 4) Remoção dos ligantes 5) sinterização Desenvolvimento de formulações e ligantes orgânicos

36 MOLDAGEM POR INJEÇÃO Moldagem por injeção de um polímero em um molde (processo da indústria de transformação de plásticos). Para cerâmicos: Uma mistura de pó cerâmico e polímero é aquecida até amolecer e injetada em um molde metálico. CIM (ceramic injection molding) ou PIM (powder injection molding). Termoplasticidade: propriedade que proporciona ductilidade ~ o C e rigidez a temperatura ambiente. Após resfriamento, o polímero deve ser removido para poder ser queimado (sinterizado).

37 MOLDAGEM POR INJEÇÃO Matérias-Primas Pós cerâmicos: Al 2 O 3, ZrO 2 (convencionais); Plastificantes: polietileno, poliacetatos, polietilenoglicol, poliacrilatos

38 MOLDAGEM POR INJEÇÃO

39 MOLDAGEM POR INJEÇÃO Vantagens Fabricação de peças com geometria complexa; Bom acabamento - pós-queima mínima; Alta produção; Reutilização das misturas injetadas; Automatização Desvantagens Custo elevado da matriz e dos pós (baixa granulometria) Estabilidade dimensional; Baixa resistência mecânica à verde; Retirado do plastificante - aquecimento ou extração por solventes. Campos de Aplicação Indústrias de armas, componentes eletrônicos, indústria têxtil (guias-fios), etc.

40 MOLDAGEM POR INJEÇÃO Mistura: pó cerâmico + polímero Injeção Extração do polímero Queima

41 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA Empregado na produção de: barreiras térmicas: em motores de automóveis, câmara e cabeçote do pistão Proteção contra atrito e desgaste: componentes da indústria têxtil, componentes de bombas e equipamentos de impressão bicos injetores Proteção contra corrosão Implantes médicos: próteses de ossos cobertas com hidroxiapatita em locais de atrito elevado O processo consiste em: Estágios: 1) Fonte de calor: plasma, oxiacetileno 2) Fusão ou estado semi-plástico das partículas 3) Aceleração das partículas pela expansão dos gases da combustão 4) Choque das partículas com o substrato formação do revestimento Pulverização de partículas finamente divididas sobre um substrato formando um revestimento

42 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA As partículas fundidas ou plástica impactam a superfície preparada, achatam-se, e aderem ao substrato, construindo um revestimento denso e de alta aderência.

43 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA Característica comum: estrutura lamelar do revestimento, partículas, fundidas, não-fundidas, porosidade, inclusões. Microestrutura típica de um revestimento metálico: lamelas, porosidade e inclusões de óxidos. Espalhamento da partícula no choque contra o substrato

44 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA Aplicações: enorme variedade de revestimentos espessos, multicamadas, partes livres, reparo dimensional, corpos de sustentação livre. Pode-se aspergir metais, cerâmicos, polímeros e compósitos. Funções: desgaste, oxidação/corrosão, barreira térmica, coeficiente de atrito, biocompatibilidade, propriedades elétricas, opticas, magnéticas. Critério de qualidade: propriedade objetivada e aderência! Mercado: rápido crescimento (5-10% ao ano). Mercado de 1,35 bilhões de dólares (1997). Processos elétricos sustentaram o crescimento.

45 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA SETORES INDUSTRIAIS QUE UTILIZAM ASPERSÃO TÉRMICA Aeronáutica/Aeroespacial Turbinas a Gás/Energia Petroquimica Papel e Celulose Automotiva Mineração Transporte Aciarias Marítima Industria Pesada Movimentação de Terra Elétrica e muitas outras

46 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA VANTAGENS Altas taxas de deposição Baixo aquecimento do substrato Tecnologia comprovadamente eficiente Vários materiais de revestimento Alto grau de repetibilidade Versatilidade Economicamente interessante Tecnologia a prova de recessão

47 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA LIMITAÇÕES Aplicações de alto stress Impacto Cargas pontuais Não adiciona reforço estrutural (NÃO é solda) Adesão mecânica Porosidade Estresses do revestimento Espessura do revestimento Limitações dimensionais do processo Usinabilidade

48 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA CUIDADOS PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE Remoção do metal fatigado ou corroído Reparação dos defeitos estruturais com solda Limpeza e desengraxe da peça Proteção das partes que não se quer revestir Manutenção da peça limpa Jateamento da superfície Em torno de 85% das falhas em aspersão podem ser relacionadas à preparação de superficie! Uso de Al 2 O 3 ou granalha de aço (pode causar oxidação, areia NÃO é aceitável) -Para aspersão a arco, combustão e materiais de baixa adesão -perfil rugoso- uso de grão 36 a 40 Al 2 O 3 Para aspersão com HVOF e plasma: perfil fino rugoso é o melhor -- use grão 60, Al 2 O 3 Um bom material multi propósito é o Al 2 O 3 grão 40 a 50

49 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA MICROESTRUTURA DO REVESTIMENTO: Estrutura lamelar, paralela à superfície anisotropia. RM 5 a 10 vezes maior na longitudinal do que na transversal. Estrutura amorfa (metais vítreos) e fases metaestáveis incomuns: taxa de resfriamento (10 6 Ks -l ). Inclusões: spray em atmosfera com ar: interações químicas - oxidação, mesmo superficial da partícula. Outros ex.: W reage com H 2 e N 2. Estrutura heterogênea: as lamelas têm diferentes tamanhos e aderência (partículas com diferentes tamanhos, temperatura e velocidade) Porosidade (em aspersões convencionais): 0,025% to 50%. Causas: baixa energia no impacto (partículas não fundidas / baixa velocidade) efeito sombra (partículas não fundidas / ângulo de aspersão) efeito da contração e relaxação de tensões residuais Modificação da natureza química e física. Interações podem modificar significativamente (química e fisicamente) o material de partida

50 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA TENSÕES NOS REVESTIMENTOS Resfriamento e a solidificação contração tensões trativas na partícula e compressivas na superfície do substrato. Com o aumento da espessura do revestimento tensão superior a sua aderência ou as forças coesivas, desprendimento do revestimento. Materiais com alta contração como aços austeníticos altos níveis de tensão limitações na espessura máxima do revestimento. Revestimentos denso mais tensionados que os porosos. O método de aspersão e a microestrutura influenciam o nível de tensionamento do revestimento. HVOF que produz revestimentos com baixa tensão e densos. Isto é devido às tensões compressivas formadas pelas deformações mecânicas (similar ao shot peening) durante o impacto da partícula, atuando contra as tensões trativas devido à solidificação e resfriamento.

51 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA

52 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA PROCESSOS DE ASPERSÃO TÉRMICA FONTE ELÉTRICA DE CALOR FONTE QUÍMICA DE CALOR (COMBUSTÃO) PLASMA ARCO ELÉTRICO CHAMA H.V.O.F DETONAÇÃO

53 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA PLASMA (plasma spray)

54 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA Indústria petroquímica Plasma: aplicação em palheta de turbina (ZrO 2 +Y 2 O 3 ).

55 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA Versatilidade: aspersão a plasma de uma turbina de hidroelétrica in loco. Plasma aplicado na superfície interna de motores a combustão (BMW)

56 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA PROCESSOS HIPERSÔNICO (HVOF = High Velocity Oxygen Fuel)

57 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA Cilindros da indústria de papel. Trem de pouso de space shuttles.

58 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA PROCESSOS CHAMA (Flame spray ou LPOF - Low Pressure Oxygeb Fuel)

59 PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA PROCESSOS CHAMA (Flame spray ou LPOF - Low Pressure Oxygeb Fuel)

60 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro INDÚSTRIA DO VIDRO ELABORAÇÃO DOS VIDROS processo complexo, que pode ser dividido: Reação dos componentes Dissolução do excedente de sílica que não reagiu Refino e homogeneização Ocorrem dentro do forno Repouso e acondicionamento térmico Programa térmico controlado, com aumento progressivo da temperatura, seguido de um resfriamento e de um período de estabilização para que a massa vítrea alcance a homogeneidade térmica requerida para a conformação FORNOS DE FUSÃO Objetivo: TRANSFORMAR A COMPOSIÇÃO EM VIDRO FUNDIDO Trabalham com temperaturas de 1500º a 1650ºC

61 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Reação dos componentes e formação dos vidros Formação do vidro: Série de transformações físicas e reações químicas a altas temperaturas, através das quais a massa vitrificável se converte em uma massa vítrea Os componentes da mistura experimentam múltiplas modificações: - transformações cristalinas - evaporação da água de umidade - desidratação dos sais hidratados - dissociação dos carbonatos e sulfatos - reações entre as distintas espécies químicas - fusão das espécies químicas e dos produtos das reações e dissolução no fundido que está se formando O estudo do equilíbrio de todas as reações é muito complexo Se prefere a abordagem do estudo de equilíbrio das reações em sistemas mais simples

62 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Dissolução do excedente de sílica Após a reação de todos os componentes da mistura vitrificável e de ter ocorrido a formação de uma fase fundida, pode haver um excesso de sílica não dissolvido no vidro A incorporação deste excedente ocorre através de um lento processo de dissolução regido por mecanismos de difusão O tempo que as partículas de areia levam para se dissolver é: - proporcional ao quadrado de seu raio - inversamente proporcional a seu coeficiente de difusão Com isto, se esperaria que fosse mais conveniente diminuir o mais possível seu tamanho, acelerando a sua dissolução, mas se produziria um aumento prematura da viscosidade do fundido, sem existir tempo suficiente para a eliminação dos gases, dificultando o processo de afinamento.

63 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Refino e homogeneização do vidro Objetivo da fusão transformar materiais granulados em líquido homogêneo e muito viscoso Quando a composição se funde reações entre as partículas geram gases GASES Devem ser eliminados para que o vidro apresente o grau de homogeneização que um vidro pronto requer Processo de homogeneização e eliminação dos gases e bolhas REFINO ADIÇÃO DE AGENTES AFINANTES CORRETA CONDUÇÃO DO FORNO

64 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Refino e homogeneização do vidro GASES Constituem a atmosfera exterior em contato com a superfície livre do vidro Se encontram aprisionados no interior da massa Incorporação de gases nos vidros: Reações de decomposição: produzem o desprendimento de gases A aparição das primeiras fases líquidas dificulta a desgaseificação e obriga os gases liberados a borbulhar através do fundido buscando uma saída até a atmosfera Durante a dissolução da sílica, com o aumento da acidez, diminui a solubilidade de alguns gases, que se segregam e se difundem até a atmosfera ou aumentam as bolhas já existentes Outra fonte de gases é o o contato do vidro com os refratários dos fornos, que são liberados durante a corrosão destes

65 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Principais fontes de aporte gasoso no vidro durante a etapa de reações de seus componentes Atmosfera do forno Ar intergranular N 2, O 2, CO 2, H 2 O, Ar Mistura vitrificável Produtos de evaporação desidratação dissociação H 2 O, CO 2, SO 3 Refratários Poros Reações vidro-refratário N 2, O 2, CO 2 SO 2, CO 2, O 2 Contaminações Matéria orgânica

66 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Refino e homogeneização do vidro Agentes químicos Procedimento de refino Adição de substâncias que se decompõem termicamente, dando lugar a um intenso desprendimento gasoso As bolhas formadas são, em geral, de tamanho grande, com uma força ascensional apreciável, que permite que em pouco tempo subam até a superfície, englobando as bolhas pequenas que encontram, além de romperem e homogeneizarem as camadas estratificadas que atravessam. Principais agentes afinantes: sulfatos que liberam SO 2 óxidos de arsênio e antimônio com a união de nitratos que liberam O 2 Óxidos e peróxidos que aportam O 2 Cloratos e percloratos que aportam O 2

67 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Conformação Principais métodos empregados Sopro manual e automático vidros ocos Centrifugação tubos de imagem de TV Prensagem travessas, pratos, isoladores Estiramento tubos e bastões Laminação vidro plano Fibragem fibras de vidro Baseados em processos antigos, mas que sofreram modificações para permitir a produção de vidro com fins industriais

68 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Sopro Desenvolvido no Oriente Médio, na costa fenícia Consistia em soprar o vidro e expandí-lo para obter todo tipo de forma Processo Manual O ar é soprado pelo vidreiro CANA: tubo de metal com cerca de 1,2 a 1,5m de comprimento Extremidades da CANA: de um lado, um bocal, para soprar do outro lado, um alargamento no tubo

69 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Sopro Manual 1) Na extremidade alargada: é colocada uma quantidade de massa vítrea - posta 2) O artesão confere à massa uma forma mais ou menos cilíndrica, fazendo-a girar sobre uma chapa de ferro fundido 3) A massa resfria um pouco 4) O artesão começa a soprar no tubo, formando uma bolha na massa, até obter forma e espessura desejadas 5) A massa é reaquecida junto à porta do forno quantas vezes forem necessárias (Para aumentar a espessura, a massa é submersa novamente na massa fundida dentro do forno)

70 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Fabricação de vidros ocos Sucção - Sopro Sistema de alimentação por sucção Primeira máquina para fabricação automática de garrafas Criada por Owens em 1899 A retirada da massa vítrea do forno é feita por sucção direta através da base de um pré-molde - Sucção do vidro em uma cuba que se mantém girando na razão de 1 a 3 rpm, que conta com sistema de aquecimento para manter o vidro na temperatura de trabalho - se retira o pré-molde da superfície do banho e se fecha a base - se insere a cabeça de sopro e se injeta uma pequena quantidade de ar - o pré-molde é aberto em duas partes; a forma preliminar ou parison fica um instante livre e sob seu próprio peso, tem sua base um pouco alargada - colocação do parison no molde de acabamento onde recebe o sopro final - abertura do molde e retirada da garrafa pronta

71 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Fabricação de vidros ocos Sucção - Sopro Sistema de alimentação por sucção Processo:

72 2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro Fabricação de vidros ocos Sopro - Sopro Sistema de alimentação por gota O vidro é conduzido do forno até a máquina de moldagem através de um canal feeder cujo comprimento pode variar de 3 a 10m. Feeder alimenta a máquina condiciona a temperatura do vidro aquecendo-o ou resfriando-o quando necessário (pode-se regular com uma precisão de até ± 0,5 C Desemboca em um orifício cuja abertura se pode regular Acima do orifício, é colocado um tubo refratário, no qual está inserido um punção ou agulha que sobe e desce continuamente O vidro é empurrado através deste orifício formando a gota A gota é cortada por lâminas metálicas e cai dentro do molde

73 Fabricação de vidros ocos Sopro - Sopro PRODUÇÃO DE GARRAFAS

74 Estiramento Consiste em estirar uma massa cilíndrica de vidro semifluido ao mesmo tempo que se aplica um jato de ar no centro do cilindro. Se obtém tubos, lâminas e varetas com um parede uniforme.

75 Estiramento Processo Danner : filete de vidro flui sobre um mandril refratário (manga) movimento de rotação e sopro de ar. O vidro recobre toda a manga o tubo é puxado sobre rolos de grafite e por duas esteiras (tração do tubo) fim da linha corte dos tubos

76 Vidros Planos Processo Float Desenvolvido por Alastair Pilkington em 1959 Idéia do processo: Pilkinton observou que porções de óleo não se misturavam com a água em uma pia, permanecendo na forma de lâminas sobre esta. A partir daí, ele procurou um metal que fizesse o mesmo papel da água, onde o óleo seria o vidro ESTANHO atuaria como a água, pois é mais denso que o vidro e continua líquido, não se misturando com ele, nas temperaturas em que se dá o enrijecimento do vidro (de 1100ºC a 600ºC) Produz placas perfeitamente planas e polidas

77 Vidros Planos Processo Float líquido menos denso sobre outro mais denso (ambos imiscíveis) o menos denso vai formar uma lâmina sobre o mais denso com uma espessura de equilíbrio Vidro fundido sobre o estanho, a tendência é de se formar uma lâmina com 5 a 6 mm de espessura. O banho de estanho deve ser longo o suficiente para que dê tempo para o vidro esfriar, dos 1100ºC na sua entrada, até 600ºC, na saída, quando estará rígido. ESTANHO - Inconveniente se oxida em contato com o oxigênio, nas temperaturas exigidas pelo vidro é necessário que todo o banho de estanho fique enclausurado dentro de uma grande caixa, onde se injeta nitrogênio. na caixa, há, também, uma série de resistências elétricas que garantem um perfil térmico conveniente desde a entrada até a saída do vidro

78 INDÚSTRIA DO VIDRO PRODUÇÃO DE VIDRO PLANO

79 Vidros Planos Processo Float Espessura do vidro: balanço entre as tensões superficiais força da gravidade velocidade de extração: vel. lâmina afina vel. lâmina engrossa proporcionada pela tração destes rolos na fita contínua de vidro controlada pelo uso de até 8 máquinas chamadas de top-roll : Top-roll rodas dentadas que pinçam o vidro pelas bordas e que têm rotação e ângulos variáveis e regulados por motores Para vidros com 5 a 6 mm de espessura, os top-rolls são paralelos ao fluxo de vidro e o controle da espessura se faz pela velocidade de extração. Para vidros mais finos, os top-rolls formam ângulos divergentes, tendendo a esticar a lâmina, em conjunto com uma maior velocidade de extração. Para vidros mais grossos, os top-rolls formam ângulos convergentes, tendendo a empurrar o vidro da borda para o centro, em combinação com uma menor velocidade de extração

80 TRATAMENTOS TÉRMICOS Recozimento Todos os artigos fabricados com vidro fundido Durante ou após a conformação Resfriamento brusco ou irregular Surgimento de tensões internas não uniformes Objetivo do recozimento eliminar estas tensões O vidro deve passar do estado rígido com tempo suficiente para relaxar a sua estrutura o mais uniformemente possível e para que adquira em todos os pontos o mesmo volume específico

81 TRATAMENTOS TÉRMICOS Recozimento Origem das tensões Em uma lâmina plana resfriada a velocidade constante: Distribuição de tensões originadas pelo rápido desaparecimento do gradiente térmico Gradiente térmico T = 2 ve 8κ Máxima diferença de temperatura T: v velocidade de resfriamento e espessura do vidro K difusividade térmica

82 TRATAMENTOS TÉRMICOS Origem das tensões Recozimento Processo Reaquecimento até a temperatura de recozimento viscosidade está entre à poises Manutenção na temperatura de recozimento Varia conforme o artigo Resfriamento lento e controlado até a temperatura ambiente Galeria de recozimento: resfriamento controlado até aprox. 120ºC.

83 Recozimento Medida das tensões peça após conformação: as tensões não são observadas a olho nu Observação no polariscópio: visualização das tensões POLARISCÓPIO Observação no polariscópio após recozimento: peça livre de tensões Perfil de tensões

84 Têmpera Térmica Obtenção de Vidro Temperado Indução de tensões para conferir maior resistência ao objeto tensões residuais superficiais compressivas Processo Aquecimento até uma temperatura Acima da transição vítrea Abaixo do ponto de amolecimento 40s/mm de espessura 630 a 640 C Resfriamento com jato de ar ou banho de óleo Espessura do vidro temperado: 2,8 a 19mm Aquecimento e resfriamento semelhantes em ambas as faces: minimizar distorções

85 Têmpera Térmica Tensões Similares após a conformação de um vidro: região interna tensão de tração região externa tensão de compressão FALHA em Cerâmicos Quase sempre inicia em trincas na superfície sob tensão de tração Para fraturar uma peça de vidro temperado a magnitude da tensão de tração aplicada deve superar a tensão de compressão da superfície e deve ser suficiente para iniciar e propagar trincas Em caso de ruptura do vidro temperado o centro libera a energia da tensão de tração e resulta na formação de pequenos pedaços de vidro sem corte

86 Têmpera Térmica USOS janelas laterais e traseiras de automóveis vidros de segurança para edifícios vidros expostos a radiações solares maior resistência ao choque térmico Têmpera Química Têm sido desenvolvidos métodos químicos para aumentar a resistência: - Processos de troca de íons alteram a composição ou estrutura da superfície do vidro: Combinação de troca iônica e cristalização superficial reduzem o coeficiente de expansão térmica Ex.: vidros com alto teor de sódio são submetidos a banhos com sal de lítio fundido a temperatura permite a difusão do íon alcalino e alivia tensões por fluxo viscoso. Um tratamento térmico posterior permite a cristalização da superfície, reduzindo o coef. de expansão térmica, deixando-a sob compressão - Pode-se obter uma resistência superior a kg/cm 2

87 Vidro Plano Comum Vidro Laminado Vidro Temperado