CERÂMICAS As Cerâmicas compreendem todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas.

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1 CERÂMICAS As Cerâmicas compreendem todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas.

2 DEFINIÇÃO Cerâmica vem da palavra grega keramus que significa coisa queimada Numa definição simplificada, materiais cerâmicos são compostos de elementos metálicos e não metálicos, com exceção do carbono. Podem ser simples ou complexos. Exemplos: SiO 2 ( sílica), Al 2 O 3 (alumina), Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 (talco)

3 CLASSIFICAÇÃO

4 CLASSIFICAÇÃO Convencionais Estruturais Vidros Louças Cimentos Avançadas Eletrônicos Ópticos Biomateriais

5 CARACTERÍSTICAS GERAIS Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços. Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e polímeros. São menos densas que a maioria dos metais e suas ligas. Os materiais usados na produção das cerâmicas são abundantes e mais baratos.

6 PROPRIEDADES TÉRMICAS As mais importantes propriedades térmicas dos materiais cerâmicos são: capacidade calorífica ( ) coeficiente de expansão térmica ( ) condutividade térmica átomos Ligação Química

7 PROPRIEDADES TÉRMICAS Material Capacidade calorífica (J/Kg.K) Coeficiente linear de expansão térmica (( C) -1 x10-6 ) Condutividade térmica (W/m.K) Alumínio ,6 247 Cobre ,5 398 Alumina (Al 2 O 3 ) 775 8,8 30,1 Sílica fundida (SiO 2 ) 740 0,5 2,0 Vidro de cal de soda 840 9,0 1,7 Polietileno ,38 Poliestireno ,13

8 PROPRIEDADES TÉRMICAS -Aplicação Uma interessante aplicação, que leva em conta as propriedades térmicas das cerâmicas, é o seu uso na indústria aeroespacial. Temperatura C * Temperaturas de subida Revestimento exterior com fibra amorfas de sílica de alta pureza. Espessura: 1,27-8,89cm

9 PROPRIEDADES ÓTICAS Descreve a maneira com que um material se comporta quando exposto a luz. Assim, um material pode ser: Transparente Translúcido Opaco Dois mecanismos importantes da interação da luz com a partícula em um sólido são: Polarização Transição de elétrons entre diferentes níveis de energia.

10 PROPRIEDADES ÓTICAS Polarização Distorção de uma nuvem de elétrons de um átomo por um campo elétrico. Alinhamento de dipolos. Absorção de energia (deformação elástica), resultando em aquecimento Propagação de ondas eletromagnéticas (radiação eletromagnética)

11 PROPRIEDADES ÓTICAS Banda de condução Banda de valência Luz visível Fotocondutividade Faixa de energia 1,8 a 3,1eV Responsável pelas cores que observamos nos materiais

12 PROPRIEDADES ÓTICAS Aplicação Transparência Janelas, lentes, artigos de laboratório etc. Conversão de luz em eletricidade Laser, eletrônica (LED s). Luminescência Lâmpadas elétricas e telas de TV. Reflexão Fibras óticas (telefonia, TV a cabo etc).

13 PROPRIEDADES MECÂNICAS Descreve a maneira como um material responde a aplicação de força, carga e impacto. Os materiais cerâmicos são: Duros Resistentes ao desgaste Resistentes à corrosão Frágeis (não sofrem deformação plástica)

14 PROPRIEDADES MECÂNICAS Aplicação Componentes de motores de automóveis. Ferramentas de corte. Blindagem de veículos militares. Estruturas de aeronaves. Construções civis. Abrasivos para polimentos.

15 PROPRIEDADES ELÉTRICAS As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos são muito variadas. Podendo ser: isolantes: Alumina, vidro de sílica (SiO 2 ) semicondutores: SiC, B 4 C supercondutores: (La, Sr) 2 CuO 4, TiBa 2 Ca 3 Cu 4 O 11

16 PROCESSAMENTO O processamento de materiais cerâmicos à base de argila é feito a partir da compactação de pós ou partículas e aquecimento à temperaturas apropriadas. Principais etapas: Preparação da matéria-prima Moldagem (conformação) Secagem Eliminação de água ou ligantes Tamanho e pureza controlados Hidroplástica ou fundição por suspensão Sinterização Tratamento térmico

17 PROCESSAMENTO DE VIDROS Aquecimento das matérias-primas Conformação Prensagem Insuflação Estiramento Tratamento térmico Recozimento Têmpera de vidro Fabricação de peças com paredes espessas Pressão através da injeção de ar Conformação de lâminas, tubos, fibras etc.

18 OUTROS PROCESSAMENTOS Prensagem do pó Fundição em fita Fabricação de argilosos, nãoargilosos. Cerâmicas eletrônicas. Cerâmicas magnéticas. Compactação através de pressão. Grau de compactação X espaço vazio (partículas) Produção de substratos para circuito integrados e capacitores. Lâminas delgadas são produzidas através de fundição.

19 PROCESSAMENTO - Prensagem do pó Três procedimentos básicos Uniaxial Prensagem a quente Isostático Compactação do pó em molde metálico. Pressão aplicada em uma única direção Conformação e sinterização ao mesmo tempo. Temperatura e pressão uniaxial. Material pulverizado contido em envelope de borracha. Pressão feita por fluido aplicado isostaticamente.

20 PROCESSAMENTO Fundição em fita A mistura passa por uma lâmina, a qual regula a espessura do filme, sendo derramada numa esteira rolante. O filme é seco em um forno e as lâminas são posteriormente separadas.

21 Exemplos de aplicações das cerâmicas Função eletro-eletrônica Isolante elétrico Al 2 O 3, BeO, SiC substrato semicondutor SnO 2, ZnO, Bi 2 O 3 Sensores de gás Condutividade elétrica SiC, MoSi 2 Gerador de calor Função térmica Refratariedade Al 2 O 3, SiC Fornos refratários Isolamento térmico K 2 O, SiC, CaO Isolantes térmicos

22 Exemplos de aplicações das cerâmicas Função mecânica Resistência ao desgaste Al 2 O 3, ZrO 2 Polimento e moagem Usinabilidade Al 2 O 3, ZrO 2, TiC, WC Ferramentas de corte Lubrificação MoSi 2 Lubrificante sólido Função óptica Transparência Al 2 O 3 Lâmpada de sódio Condutividade SiO 2 Fibra ótica

23 Exemplo fotocondução Sistema para transmissão de informações, envolvendo um laser para gerar fótons de um sinal elétrico, fibras óticas para transmissão do feixe de fótons e um LED para a conversão dos fótons em sinal elétrico.

24 Exemplo funcionamento laser Exemplo de laser de estado sólido bombeado oticamente.

25 Exemplo célula solar Exemplo de funcionamento de uma célula solar.

26 Exemplos propriedades mecânicas Pistões e camisas Peças automotivas

27 Exemplos propriedades mecânicas Construção civil Lixas para polimento Ferramentas de corte

28 Conformação de cerâmicos

29 Sinterização de cerâmicos As partículas se ligam através de pontos de contato. Grande números de poros. Formação de pescoço entre as partículas, o que torna a peça mais densa. Final: poros arredondados com menor espaço entre eles.

30 Conformação de Vidros

31 Conformação de Vidros

32 Têmpera de Vidros A finalidade da têmpera é estabelecer tensões elevadas de compressão nas zonas superficiais do vidro, e correspondentes altas tensões de tração no centro do mesmo. O vidro é colocado no forno, submetido a uma temperatura de aproximadamente C até atingir seu ponto ideal. Neste momento, recebe um resfriamento brusco, o que vai gera o estado de tensão citado.