Matrias-primasClassificao geral:CermicasVidrosVitro-cermicos

Matrias-primas : materiais particulados utilizados na formulao de peas cermicas.

O processamento de cermicas, ao contrrio de processo de fabricao de produtos metlicos, no apresenta etapas intermedirias de purificao e refinamento. Por isso, as caractersticas das matrias-primas iniciais exercem uma influncia grande sobre as caractersticas do produto final.

Cermica tradicional x avanada

Cermica

Matrias-primas

Estrutura

Proprie-dades

Processa-mento

Aplicaes

Tradicional (silicatos)

naturais, minerais industriais (98% pureza)

homognea, menos porosa

eltrica, magntica, nuclear, tica, mecnica, trmica, qumica, biolgica

prensagem isosttica, moldagem por injeo, sinterizao, ligao por reao

eletrnica, estrutural, qumica, refratrios

Classificao de Matrias-primas

Naturais: obtidos atravs de operaes fsicasArgila, feldspato...Sintticas: obtidos atravs de processos qumicos, a partir deMatrias-primas naturais (magnesita, calcita...)Outras matrias-primas sintticas (alumina, zircnia...)[Ring, 1996:27]

Fluxograma fabricao de cermicas

Conformao: prensagem [Lee, 1994:29]

Conformao plstica [Lee, 1994:29]

O processamento de materiais cermicos base de argila feito a partir da compactao de ps ou partculas e aquecimento temperaturas apropriadas.Principais etapas:Preparao da matria-prima

Calcinao

Tamanho e pureza controlados

Eliminao de volteis; reao entre MPSMoldagem (conformao)Prensagem e colagem de barbotinaSecagemEliminao de gua ou ligantesSinterizaoTratamento trmico

Matrias-Primas naturaisPropriedades cermicas das matrias-primas influncia no processo de fabricao Propriedades de conformao, resistncia mecnica a verde influncia nas propriedades do produto final Sinterabilidade, retrao de queima, reatividade, formao de euttico com outras MPs, propriedades especficas, de interesse para o produto (eltrica, magntica, tenacificao)

Caractersticas mais importantesComposio qumicaComposio mineralgicaTextura e caractersticas fsicas das partculas: distribuio de tamanhos de partculasEstado de consolidao (presena de aglomerados/agregados)Propriedades de superfcie e capacidade de troca de ctions

A quantidade de propriedades e variveis de uma MP muito grande

Desafio: selecionar o conjunto de propriedades a serem determinadas para cada MP e processamento, afim de avaliar o efeito dessas propriedades no produto final Importante: mtodo de amostragem adequado

Quanto mais especficas as propriedades desejadas para o produto finalQuanto maior a produtividade do processo de fabricao (automao, velocidade de queima)Quanto maior a exigncia de controle dimensionalMAIOR A IMPORTNCIA DO CONTROLE DAS CARACTERSTICAS DAS MPs e NECESSIDADE DE TRATAMENTO E BENEFICIAMENTO

CLASSIFICAO De acordo com a funoFormadoras de esqueleto ou carga: constituintes principaisFormadores de fase lquida (vtrea) e agentes ligantesFundentesMPs que produzem ou modificam propriedades: cor, trabalhabilidade, isolamento eltrico ou trmico, constante dieltrica, propriedades nuclear

Aditivos de processamento e fabricao: gua, leo, defloculantes, aditivos de prensagem

Condicionadores ambientais e de fabricao: atmosfera do forno (redutora, oxidante, inerte), vapor de cloreto de sdio na atmosfera do forno para produzir vidrado

SilicatosSilicatos: materiais compostos primariamente de silcio e oxignioSilicatos simples, frmula unitria SiO4-4, p. ex. forsterita (Mg2SiO4) Silicatos em camada, frmula unitria (Si2O5)2-, p. ex. argilominerais[Callister, 1997:383]

Argilominerais[Reed, 1995:52]

Caulinita: microestrutura[Norton, 1952:8]

CaulinitaTipo: Silicato de alumnio hidratado de estrutura lamelar, argilomineralComposio: Al2(Si2O5)(OH)4Reaes:>500C se decompe em metacaulinita, Al2O32SiO2>900C forma mulita, 3Al2O32SiO2>1150C forma cristobalitaPropriedades e aplicao:Plasticidade na etapa de conformao[Norton, 1952:131]

TalcoTipo: Silicato de magnsio hidratado de estrutura lamelar, similar a argilomineralComposio: Mg3(Si2O5)2(OH)2Reaes:1000C se decompe em protoenstatita, MgSiO3, e enstatita, MgOSiO21547C se fundePropriedades e aplicao:Alto coeficiente de expanso trmica, usado na formulao de azulejos e esmaltes[Ring, 1996:31]

Feldspatos[Ring, 1996:31]

MineralFrmula qumica (estrutural ou em xidos)OrtoclsioK(AlSi3)O8 ou 1/2K2O1/2Al2O33SiO2AlbitaNa(AlSi3)O8 ou 1/2Na2O1/2Al2O33SiO2AnortitaCa(Al2Si2)O8 ou CaOAl2O32SiO2

FeldspatosTipo: Silicatos de alumnio anidros Composio: K2OAl2O36SiO2 (ortoclsio) Na2OAl2O36SiO2 (albita), CaOAl2O32SiO2 (anortita)Reaes:800-1000C apresenta uma composio prxima do euttico (ortoclsio, feldspato potssico)Propriedades e aplicao:Fundentes, insolveis em gua, formadores de fase vtrea em corpos cermicos e esmaltes[Ring, 1996:31]

Argilas e argilomineraisArgila: matria-prima natural constituda principalmente de argilominerais, tendo outros minerais como impurezas Argilominerais: aluminossilicatos hidratados que podem ser dispersos em partculas finas e desenvolvem plasticidade quando misturados com guaExemplos: caulinita, halloysita, pirofilita, montmorillonita, mica, ilita

[Ring, 1996:27]

ArgilasRocha de granulometria fina, constituida basicamente por argilo-minerais, podendo conter minerais (calcita, quartzo), matria orgnica e outras impurezas Podem ser residuais e sedimentares

Argilas residuais: tambm chamadas de primrias, so aquelas localizadas nos mesmos locais das rochas que as originaram. Argilas sedimentares: Localizam-se em lugares distantes do local de formao, sendo encontradas normalmente em fundos de lagos e lagoas. Normalmente, apresentam partculas mais finas e contm uma quantidade muito menor de impurezas, pois na lavagem e durante o transporte, ocorre uma classificao natural, chegando ao depsito apenas as fraes mais finas. Alm disso, apresentam alto teor de matria orgnica.

Propriedadesa) possuem elevado teor de partculas com dimetro equivalente inferior a 2m;b) Quando pulverizadas e umedecidas, tornam-se plsticas, em conseqncia do baixo tamanho de partculas e da morfologia lamelar dessas partculas. Aps secagem so duras, podendo ser facilmente manuseadas. Aps queima em temperaturas elevadas, adquirem alta dureza. c) Dependendo da composio mineralgica, Possuem alta capacidade de troca de ctions. d) As partculas apresentam formato lamelar.

ClassificaoArgilas ball-clay : so de origem sedimentar e apresentam grande quantidade de matria orgnica. Apresentam cor clara. Ex: argila So Simo.Folhelhos argilosos: so de origem sedimentar e apresentam alto teor de minerais de ferro.Caulins : podem ser de natureza residual ou sedimentar, puros e de baixa plasticidade. So amplamente usados na fabricao de cermica branca e refratrios.

CLASSIFICAO. Argilas refratrias:1.Tipo flint: altamente aluminosa, apresenta pouca plasticidade.2. Argila plstica: alto teor de fundentes.3.Com alto teor de alumina : produo de refratrios para uso em temperaturas elevadas. . Argilas para cermica vermelha: normalmente, so argilas sedimentares, encontradas em vrzeas e rios e possuem alto teor de fundentes e de ferro.

PlasticidadeCapacidade de sofrer grandes deformaes sem se romper, quando misturada com gua e ainda, de manter essa deformao quando da retirada da fora.Quanto mais fina a granulometria, maior a plasticidadeA plasticidade favorecida pela presena de montmorilonita e matria orgnica

Outros fatores influenciados pela granulometriaAlta resistncia a verde

Possibilidade de formar suspenses coloidais de alta estabilidade

Facilidade com que os eletrlitos dispersantes podem atuar (ctions trocveis e ligaes quebradas nas arestas)

DesvantagemAltas retraes de secagem e de queima : perda de gua estruturalDificuldade de controle dimensional

Influncia das caractersticas das argilas na queimaA baixa granulometria aumenta a sinterabilidadeComposio qumica: aumenta a faixa de temperatura de aparecimento da fase lquidaCor aps a queima: influenciada pela composio qumica

Troca inica em argilas[Navarro, 1985/2:169]Argila com ctions adsorvidos A+ tratado com um sal solvel, cido ou base B+:Argila A+ + B+ Argila B+ + A+

Exemplos:Argila Na+ + HCl Argila H+ + NaCl Argila H+ + NaOH Argila Na+ + H2OArgila Na+ + NH4Cl Argila NH4+ + NaCl Argila Ca2+ + Na2CO3 Argila Na2+ + CaCO3

Capacidade de troca catinica[Van Vlack, 1973:72]Capacidade de troca catinica (CTC): nmero de meq necessrios para neutralizar os ons trocveis adsorvidos em 100 g de um material

Slica: formas polimrficas[Van Vlack, 1964:40]

MineralObservaoQuartzoForma mais comumCristobalitaMenos comum, mais impura que quartzoTridimitaRara na naturezaSlica vtreaRara na natureza, importante produto manufaturado

Slica: transformao de fases[Norton, 1952:132]

Slica: dilatao de fases[Van Vlack, 1964:141]

Triaxial cermico[Norton, 1952:15]

Funes dos componentesArgilomineral: plasticidadecaulinita, ilita, montmorilonitaSilica: estabilidade dimensionalquartzoFeldspato: fusibilidadeortoclsio, albita