processamento de materiais cerâmicos dachamir hotza universidade federal de santa catarina
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Processamento de Materiais Cerâmicos
Dachamir HotzaUniversidade Federal de Santa Catarina
1 INTRODUÇÃO
1.1 Breve histórico
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 3
Cerâmica: origem, antiguidade
Keramos = “coisa queimada” (grego)5000 A.C.: artefatos de argila (earthenware), louça de barro (pottery)3500 A.C.: torno de oleiro1000 A.C.: porcelana (China)
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on
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 4
Idade contemporânea
Séc. 18: porcelana (Alemanha), colagem, extrusão, forno túnelSéc. 19: mecanização, microscopia ótica, cones pirométricosSéc. 20: raios X, microscopia eletrônica, materiais sintéticos, automatização
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1 INTRODUÇÃO
1.2 Definição de cerâmica
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 6
Cerâmica: definição tradicional
Minerais de composição inconstante e pureza duvidosa são expostos a um tratamento térmico não-mensurável, que dura o suficiente para permitir que reações desconhecidas ocorram de modo incompleto, formando produtos heterogêneos e não-estequiométricos, conhecidos com o nome de materiais cerâmicos.
[Gu
gel ap
ud
Cla
uss
en
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5]
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 7
Cerâmica: definição moderna
Materiais cerâmicos são compostos sólidos formados pela aplicação de calor, algumas vezes calor e pressão, constituídos por ao menos um metal (M) e um sólido elementar
não-metálico (SENM) ou um não-metal (NM),
dois SENM, ou um SENM e um não-metal (NM)
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 8
Metais e não-metais
Metais (M): Na, Mg, Ti, Cr, Fe, Ni, Zn, Al... Não-metais (NM): N, O, H, halogênios, gases nobres...Sólidos elementares não-metálicos (SENM): isolantes (B, P, S, C ) ou semicondutores (Si, Ge)
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 9
Tabela periódica dos elementos
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aff
er,
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:27
]
19 K
20 Ca
21 Sc
22 Ti
23 V
24 Cr
25 Mn
26 Fe
27 Co
28 Ni
29 Cu
30 Zn
31 Ga
32 Ge
33 As
34 Se
35 Br
36 Kr
37 Rb
38 Sr
39 Y
40 Zr
41 Nb
42 Mo
43 Tc
44 Ru
45 Rh
46 Pd
47 Ag
48 Cd
49 In
50 Sn
51 Sb
52 Te
53 I
54 Xe
55 Cs
56 Ba
* La
72 Hf
73 Ta
74 W
75 Re
76 Os
77 Ir
78 Pt
79 Au
80 Hg
81 Tl
82 Pb
83 Bi
84 Po
85 At
86 Rn
87 Fr
88 Ra
**Ac
57 La
58 Ce
59 Pr
60 Nd
61 Pm
62 Sm
63 Eu
64 Gd
65 Tb
66 Dy
67 Ho
68 Er
69 Tm
70 Yb
89 Ac
90 Th
91 Pa
92 U
93 Np
94 Pu
95 Am
96 Cm
97 Bk
98 Cf
99 Es
100
Fm
101
Md
102
No
71 Lu
103
Lw
2 He
5 B
6 C
7 N
8 O
9 F
10 Ne
13 Al
14 Si
15 P
16 S
17 Cl
18 Ar
1 H
3 Li
4 Be
11 Na
12 Mg III A
II A
I A
IV A V A VI A VII A VIII A I B
III B
II B
IV B V B VI B VII B
VIII B
Líquido
GásSólido
* Lantanídeos
** Actinídeos
Metais Não-Metais
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 10
19 K
20 Ca
21 Sc
22 Ti
23 V
24 Cr
25 Mn
26 Fe
27 Co
28 Ni
29 Cu
30 Zn
31 Ga
32 Ge
33 As
34 Se
35 Br
36 Kr
37 Rb
38 Sr
39 Y
40 Zr
41 Nb
42 Mo
43 Tc
44 Ru
45 Rh
46 Pd
47 Ag
48 Cd
49 In
50 Sn
51 Sb
52 Te
53 I
54 Xe
55 Cs
56 Ba
* La
72 Hf
73 Ta
74 W
75 Re
76 Os
77 Ir
78 Pt
79 Au
80 Hg
81 Tl
82 Pb
83 Bi
84 Po
85 At
86 Rn
87 Fr
88 Ra
**Ac
57 La
58 Ce
59 Pr
60 Nd
61 Pm
62 Sm
63 Eu
64 Gd
65 Tb
66 Dy
67 Ho
68 Er
69 Tm
70 Yb
89 Ac
90 Th
91 Pa
92 U
93 Np
94 Pu
95 Am
96 Cm
97 Bk
98 Cf
99 Es
100
Fm
101
Md
102
No
71 Lu
103
Lw
2 He
5 B
6 C
7 N
8 O
9 F
10 Ne
13 Al
14 Si
15 P
16 S
17 Cl
18 Ar
1 H
3 Li
4 Be
11 Na
12 Mg III A
II A
I A
IV A V A VI A VII A VIII A I B
III B
II B
IV B V B VI B VII B
VIII B
Líquido
GásSólido
* Lantanídeos
** Actinídeos
Tabela periódica dos elementos
[Sch
aff
er,
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:27
]
Sólidos ElementaresMetais Não-Metálicos
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 11
Exemplos de combinações
M + NM: MgO, Al2O3, BaTiO3, YBa2Cu3O7...
M + SENM: TiC, ZrB2...
SENM + SENM: SiC, B4C
SENM + NM: SiO2, Si3N4
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1 INTRODUÇÃO
1.3 Classificação e aplicações da cerâmica
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 13
Cerâmica, vidro, argamassa
TiposSeqüência de
processamento
Cerâmica pó forma calor
Vidro pó calor forma
Argamassa calor pó forma
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 14
Cerâmica tradicional x avançada
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Cerâmica Matérias-primas
Estrutura Proprie-dades
Processa-mento
Aplicações
Tradicional(silicatos)
naturais,mineraisindustriais(<98%pureza)
não-uniforme,porosa
mecânica,estética
olaria,colagem,prensagem,extrusão,queima
construção,produtosdomésticos
Avançada(alto de-sempenho,alta tecno-logia)
produtosquímicosindustriais(>98%pureza)
homogênea,menos porosa
elétrica,magnética,nuclear, ótica,mecânica,térmica,química,biológica
prensagemisostática,moldagempor injeção,sinterização,ligação porreação
eletrônica,estrutural,química,refratários
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 15
Produtos e aplicações [B
ars
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Térmica Elétrica Magnética Ótica Nuclear Química Biológica Mecânica Estética
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 16
Funções térmicas
Funções Classes Aplicações Exemplos
condutividade trocadores de calorpara pacoteseletrônicos
AlN
Térmicas isolamento revestimentosisolantes para fornosde alta temperatura
fibras de SiO2, Al2O3,ZrO2
refratariedade revestimentosisolantes para fornosde alta temperatura(metais fundidos,escórias)
SiO2, Al2O3, ZrO2
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 17
Funções elétricas
Funções Classes Aplicações Exemplos
condutividade elementos deaquecimento parafornos
SiC, ZrO2, MoSi2
Elétricas ferroeletricidade capacitores BaTiO3, SrTiO3
isolamento substratos de circuitoseletrônicos
Al2O3, AlN
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 18
Funções magnéticas
Funções Classes Aplicações Exemplos
magnetos duros ímãs de ferrite (Ba,Sr)O·6Fe2O3
Magnéticas esuper-condutoras
magnetos moles núcleos detransformadores
(Zn,M)·6Fe2O3, comM=Mn,Co, Mg
supercondutividade fios e magnetômetros YBa2Cu3O7
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 19
Funções óticas
Funções Classes Aplicações Exemplos
translucência materiais paralâmpadas de Na
Al2O3, MgO
Óticas transparência cabos de fibra ótica SiO2
transparência aoinfravermelho
janelas para laserinfravermelho
CaF2, SrF2, NaCl
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 20
Funções nucleares
Funções Classes Aplicações Exemplos
fissão combustível UO3, UC
Nucleares fissão moderadores denêutrons
C, BeO
fissão, fusão revestimentos emreatores
C, SiC
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 21
Funções químicas
Funções Classes Aplicações Exemplos
catálise suporte de catalisador Mg2Al4Si5O15
Químicas condutividadesensitiva a gases
sensores de gases ZnO, ZrO2, SnO2,Fe2O3
separação filtros SiO2, Al2O3
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 22
Funções biológicas
Funções Classes Aplicações Exemplos
biocompatibilidade cimentos CaHPO4·2H2O
Biológicas biocompatibilidade próteses estruturais Al2O3
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 23
Funções mecânicas
Funções Classes Aplicações Exemplos
dureza ferramentas de corte Al2O3, Si3N4, ZrO2, TiC
Mecânicas refratariedadeestrutural
estatores e lâminas deturbina
Al2O3, Si3N4, MgO, SiC
resistência a desgaste,abrasão
mancais Al2O3, Si3N4, ZrO2, SiC
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01/05/01 1 INTRODUÇÃO 24
Funções estéticas
Funções Classes Aplicações Exemplos
cerâmica de mesa pratos, xícaras, vasos louça, porcelana
Estéticas cerâmica derevestimento
pisos, azulejos grés, porcelanato
cerâmica sanitária vasos sanitários, pias louça, porcelana
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5]
1 INTRODUÇÃO
1.4 Processamento industrial cerâmico
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 26
[Reed
, 1
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5:1
2]
Matérias-primas
Dosagem
Aditivos Aditivos
Reciclo RecicloMoagem/mistura a seco
Moagem/mistura a úmido
Classificação
Granulação
Atomização
Filtro-prensagem
Mistura/deaeração
Prensagem
Conformação plástica
Colagem
Secagem
Secage
m
Secagem
Acabamento superficial
Acabamento superficial
Tratamento térmico
Acabamento superficial final
Fluxograma genérico
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 27
[Rin
g,
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Matérias-primas
Dosagem
Aditivos
RecicloMoagem/mistura a úmido
Atomização
Filtro-prensagem
Mistura/deaeração
Prensagem
Conformação plástica
Secagem
Secage
m Acabamento superficial
Acabamento superficial
Tratamento térmico
Acabamento superficial final
Revestimento cerâmico
01/05/01 1 INTRODUÇÃO 28
argila
feldspato
sílica
Moinho de bolas
Filtro-prensa
torta plásticabarbotina
Misturador
20-25% água
Atomisador pó com
5-6% água
Prensa Extrusora1000 t
3-5 dias a 70-80°C
Secador
EsmaltaçãoForno a
rolos
Forno túnel
60-150 min a
1300°C
40-70 h a 1300°C
Inspeção Retificação Inspeção
SeparaçãoEmpacotamento e expedição
[Rin
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96
:2]
Revestimento cerâmico
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