Cerâmicos encontrados na natureza como a argila. Utilizado basicamente para peças de cerâmica tradicional.

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1 PROCESSAMENTO DE CERÂMICOS 1. Características de materiais cerâmicos - alta dureza (resistência à abrasão) e resistência a elevadas temperaturas - alta fragilidade - grande diferença entre resistência à tração e à compressão (5 a 10 vezes). Fazer pré-tensão (por tratamentos térmicos, químicos ou mecânicos) - baixa tenacidade - baixa densidade - baixa expansão térmica - baixa condutividade elétrica e térmica 2. Categorias 2.1 Cerâmica Tradicional - telhas - tijolos - fornos - tubos de esgoto - peças em porcelana 2.2 Cerâmica Industrial ou Fina - dissipadores de calor em altas temperaturas - discos de freio - turbinas - peças para setor aero-espacial (camada externa de ônibus espacial) - trocadores de calor - semi-condutores - ferramentas de corte 3. Materiais Cerâmicos 3.1 Materiais crus Cerâmicos encontrados na natureza como a argila. Utilizado basicamente para peças de cerâmica tradicional. 2007B Cerâmicos 1

2 3.2 Óxidos Alumina: alta dureza, resistência média. Muito utilizado como ferramentas de corte, abrasivos e isolante térmico e elétrico Zircônia: alta dureza e tenacidade, expansão térmica próxima a do ferro fundido. Utilizado em peças de motores submetidas a altas temperaturas. 3.3 Carbonetos Carboneto de tungstênio: dureza e resistência variáveis com teor de cobalto. Muito utilizado para matrizes e ferramentas de corte Carboneto de titânio: menor tenacidade que carboneto de tungstênio. Utilizado como ferramenta de corte Carboneto de silício: alta dureza e resistência a elevadas temperaturas. Usado como abrasivo 3.4 Nitretos Nitreto cúbico de boro: segundo material mais duro. Utilizado como ferramenta de corte e abrasivo Nitreto de titânio: baixo coeficiente de atrito. Utilizado como revestimento Nitreto de silício: alta resistência a choques térmicos Cermets: Mistura de óxidos, carbonetos e nitretos. Alta resistência a elevadas temperaturas. 3.5 Sílica Alta resistência à temperatura. Utilizado como peças não estruturais. Pode apresentar efeito piezo-elétrico 3.6 Vidros Estrutura amorfa contendo 50% de sílica. Propriedades mecânicas variáveis 3.7 Grafite Forma cristalina do carbono que apresenta alta condutividade térmica e elétrica e boa resistência a choques térmicos 3.8 Diamante Material de maior dureza conhecido. Utilizado como ferramenta de corte e abrasivo. 2007B Cerâmicos 2

3 4. Processamento Cerâmicos em Geral: - obtenção de pós de materiais cerâmicos - mistura com aditivos - obtenção de forma - secagem - cozimento (ou queima) Vidros: - fusão - modelagem 5. Aditivos - lubrificantes - umidificantes - plastificantes - defloculantes Perguntas: 1. Quais são as características dos materiais cerâmicos? 2. Tem sentido a fabricação de dissipadores de calor de materiais cerâmicos? 3. Qual a vantagem da zircônia ter o mesmo coeficiente de dilatação do ferro fundido? 4. Quais são as etapas do processamento de materiais cerâmicos em geral? 6. Fundição Insere-se suspensão coloidal cerâmica em água num molde. Água é absorvida pelo molde e faz com que uma camada cerâmica fique depositada nas paredes do molde. Alcançada a espessura desejada retira-se o excesso de suspensão. 2007B Cerâmicos 3

4 Baixo controle dimensional e produtividade Baixo custo 7. Extrusão Processo similar à extrusão de materiais metálicos e poliméricos. Utilização de parafuso sem fim para compressão do material contra a matriz. Obtenção de tubos e peças simples. 8. Injeção Similar à moldagem por injeção de polímeros. Alta produtividade Pode-se adicionar polímeros termoplásticos para funcionar como elemento de liga. Polímeros são queimados no cozimento. 9. Conformação Processo similar a conformação por prensagem de metais Tolerâncias dimensionais médias Alta produtividade 10.Compressão Seca Muito parecido com sinterização de metais Boa tolerância dimensional Utilizado para fabricação de pastilhas de corte Altos custos com maquinário de compressão e matrizes (alto índice de desgaste) 11. Compressão Úmida Similar a compressão seca mas o estado úmido do material facilita a compressão. 2007B Cerâmicos 4

5 Menores custos Baixo controle dimensional (contração na secagem) 12. Secagem Retirada da água do material cerâmico Deve ser feita sob condições controladas de temperatura e umidade para evitar empenamento ou mesmo quebra da peça Contração de 15 a 20% de volume. Após a secagem material se encontra num estado verde (como o compactado-verde da sinterização) e pode ainda ser modelado de forma branda 13. Cozimento Também conhecido por sinterização Aumento da dureza e da resistência da peça já nas geometrias desejadas Ocorre contração (menor que da secagem) e diminuição da porosidade. 14. Acabamento Após o cozimento o material pode ser desgastado para que seja obtidas geometrias com maior controle dimensional. O desgaste pode ser feito por meio de: - desgaste com rebolo de diamante - usinagem com ultra-som - eletroerosão (apenas em cerâmicos com elementos condutores elétricos) - usinagem por laser - usinagem por jato d'água Deve-se tomar muito cuidado na realização de operações de usinagem uma vez que as peças cerâmicas são muito frágeis Perguntas: 1. Por que as peças em material cerâmico não apresentam geralmente boa tolerância dimensional? Qual é o processo que apresenta menores tolerâncias? 2. Quais as diferenças entre as peças em material cerâmico logo depois de moldadas, depois de secas e depois de cozidas? 3. Como é possível melhorar as tolerâncias dimensionais de uma peça feita em material cerâmico? 2007B Cerâmicos 5

6 15. Placas de vidro Placas de vidro podem ser obtidas por processos específicos de trefilação e laminação. Material deve ser modelado na passagem do estado fundido para o estado amorfo. 16. Tubos de vidro Obtidos por processo similar a extrusão com utilização de mandril É necessário injetar ar no interior do tubo recém conformado para evitar que ele se feche. Mesmo processo pode ser utilizado para obtenção de barras de vidro 17. Fibras de vidro Obtidas pelo mesmo processo de trefilação de chapas, porém restritas a pequenas dimensões (podem chegar a diâmetros de 2 µm). Velocidades de trefilação de até 500m/s. Fibras curtas são utilizadas como material isolante térmico e elétrico. Também utilizado para fabricação de fibra óptica. 18. Moldagem por sopro (vidro) Processo com similaridades com o processo de moldagem por sopro de polímeros. Obtenção de peças ocas e garrafas. Geralmente aplica-se ao molde óleos ou emulsões que previnem o emperramento da peça na matriz. 2007B Cerâmicos 6

7 19. Conformação (vidro) Similar ao processo de forjamento de metais 2007B Cerâmicos 7

8 20. Fundição por centrifugação (vidro) Similar à fundição por centrifugação de metais 21. Aumento da resistência de placas de vidro Têmpera térmica: processo similar à têmpera de metais mas com diferentes características micro-estruturais (indução de tensões residuais pela diferença de velocidade de contração) Têmpera química: Adição de nitratos ou sulfatos que induzem tensões residuais de compressão na superfície das placas Vidro laminado: combinação de lâminas de vidro e materiais plásticos Perguntas: 1. Quais são os produtos dos processos de trefilação e de moldagem por sopro de vidros? 2. Quais são os processos de melhoria da resistência de placas de vidro? Explique o motivo do aumento da resistência. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4th ed, Addison Wesley, B Cerâmicos 8