Estrutura e Propriedades dos materiais cerâmicos
Fator de Empacotamento Atômico: FEA R a atoms unit cell FEA = 0,68 APF = Close-packed directions: length = 4R = 3 a Unit cell contains: 1 + 8 x 1/8 = 2 atoms/unit cell 2 4 3 3 π ( 3a/4) a 3 volume unit cell volume atom 9
Fator de Empacotamento Atômico FEA Close-packed directions: length = 4R = 2 a a Adapted d from Fig. 3.1(a), Callister 6e. FEA = 074 0,74 atoms unit cell APF = Unit cell contains: 6 x 1/2 + 8 x 1/8 = 4 atoms/unit cell 4 volume 4 3 3 π ( 2a/4) atom 3 volume a unit cell 7
Estruturas das cerâmicas Materiais cerâmicos são formados por elementos metálicos e não metálicos Ligações podem ser covalentes e/ou iônicas (o que determina é a eletronegatividade) Quando a ligação é covalente o que determina o número de coordenação é o número de ligações Quando a ligação é iônica o que determina o número de coordenação é a relação mínima de raios
Estruturas das cerâmicas Para formar a estrutura as cerâmicas devem satisfazer algumas condições: Se possuir ligação covalente deve respeitar o número de ligações e os ângulos entre as ligações Se possuir ligação iônica deve respeitar a relação mínima de raios (estabilidade) e a neutralidade elétrica. di õ i i Estas condições geram estruturas muito mais complexas que as observadas para os metais
(g/c cm 3 ) ρ 30 20 10 5 4 3 2 1 Metals/ Alloys Platinum Gold, W Tantalum Silver, Mo Cu,Ni Steels Tin, Zinc Titanium Aluminum Magnesium Graphite/ Ceramics/ Semicond Polymers Composites/ fibers Based on data in Table B1, Callister *GFRE, CFRE, & AFRE are Glass, Carbon, & Aramid Fiber-Reinforced Epoxy composites (values based on 60% volume fraction of aligned fibers in an epoxy matrix). Zirconia Al oxide Diamond Si nitride Glass-soda Concrete Silicon Graphite PTFE Silicone PVC PET PC HDPE, PS PP, LDPE Glass fibers GFRE* Carbon fibers CFRE* Aramid fibers AFRE* 05 0.5 0.4 0.3 Wood
COORDENAÇÃO E RAIO IÔNICO Coordenação depende da relação r cation r anion
Posições tetraédricas e octaédricas
Condição de estabilidade
Estruturas cerâmicas Estruturas tipo MX Estruturas tipo MX 2 Estruturas tipo M 2 X 3 Estruturas tipo M M X 3 Estruturas tipo M M X Estruturas tipo M M 2 X 4 Onde M = elemento metálico e X = elemento não metálico
Estruturas tipo MX As principais estruturas do tipo MX são: Estrutura do cloreto de sódio Estrutura do cloreto de césio Estrutura da blenda de zinco
Estrutura do Cloreto de Sódio
Estrutura do Cloreto de Sódio Rede CFC com 2 íons por posição de rede A célula possui 4 íons de Cl 4 íons de Na + (neutralidade elétrica) R Na = 0,102 nm R Cl = 0,181 nm R Na / R Cl = 0,564 NC=6 (cada cátion deve ter 6 ânions ao seu redor e cada ânion deve ter 6 cátions ao seu redor)
Estrutura do Cloreto de Césio
Estrutura do Cloreto de Césio Estrutura Cúbica Simples com 2 íons por posição de rede A célula possui 1 íons de Cl e 1 íons de Cs + (neutralidade elétrica) R Cs = 0,170 nm R Cl = 0,181 nm R Cs / R Cl = 0,939 NC=8 (cada cátion deve ter 8 ânions ao seu redor e cada ânion deve ter 8 cátions ao seu redor) CsCl TlBr TlI NH 4 Cl RbCl CuZn AgMg LiHg AlNi BeCu
Estrutura da Blenda de Zinco
Estrutura do Blenda de Zinco Estrutura Cúbica de Face Centrada com 2 íons por posição de rede A célula possui 4 íons de S 2 e 4 íons de Zn +2 (neutralidade elétrica) R Zn = 0,074 nm R S = 0,184 nm R Cs / R Cl = 0,402 NC=4 (cada cátion deve ter 4 ânions ao seu redor e cada ânion deve ter 4 cátions ao seu redor)
Estruturas tipo MX 2 Estrutura da fluorita Estrutura da cristobalita
Estrutura da Fluorita R Ca = 0,100 nm R F = 0, 133 nm R Ca / R F = 0,752 NC=8
Estrutura da Fluorita
Estrutura da Cristobalita Estrutura CFC formada por átomos de Si +4 ocupando os pontos da rede CFC e metade das posições iõ tetraedrais. Cada íon Si +4 está ligado a quatro íons O 2 Cada íon O 2 está ligado a dois íons Si +4. Carater 51% iônico R Si = 0,040 nm R O = 0, 140 nm R Si / R O = 0,286 NC=4
Estrutura da Cristobalita
Estrutura da Cristobalita
Estrutura tipo M 2 X 3 Estrutura da Alumina O óxido de alumínio Al 2 O 3 possui uma estrutura aproximadamente hexagonal
Aqui são mostrados apenas os átomos de alumínio
Estrutura tipo M M X M 3 Estrutura do Titanato de Cálcio CaTiO 3 (Perovisquita) Nesta estrutura temos um íon de Ca 2+, um íon Ti 4+ e três íons O 2. A estrutura é uma estrutura Cúbica Simples O material mais famoso é o Titanato de Bário devido as suas propriedades dielétricas.
Estrutura da Perovisquita
Estrutura da Perovisquita
Estrutura tipo M M M 2 X 4 Estrutura do MgAl 2 O 4 (Espinélio)
Silicatos
Estruturas dos Silicatos
Estruturas dos Silicatos
Estruturas dos Silicatos
Estruturas dos Silicatos
Estruturas dos Silicatos
Ortosilicatos Nenhum dos vértices é compartilhado.
Pirosilicatos
Formam anéis ou cadeias Piroxênio
Formam cadeias di duplas Anfibólios
Folhas de silicatos
Argilominerais
Argilominerais Caulinita
Folhas de silicato com 2 camadas Caulinita
Folhas de Silicatos com 3 camadas Pirofilita
Folhas de silicatos
Estrutura dos vidros Vidro de sílica pura Vidro de soda cal Quartzo
Estruturas do Carbono Diamante Estrutura CFC com metade das posições tetraedrais ocupadas
Grafite Estruturas do Carbono
Estruturas do Carbono Fullerenos
Estruturas do Carbono Fibras de carbono