cerâmicas e vidros

CERÂMICAS E VIDROSProfª MSc. Janaína Araújo

CLASSES

Vidros: base de sílica (SiO2);

Cerâmicas vítreas: ou produtos de argila; pratos, louças, ladrilhos, tijolos;

Cerâmicas de alto desempenho: ferramentas de corte, matrizes, peças para motores, peças resistentes ao desgaste;

Cimento: cerâmica complexa com muitas fases;

Rochas e minerais, incluindo gelo.

CERÂMICAS E VIDROS GENÉRICOS

Vidros - usados em enormes quantidades, próximas as do alumínio;

Cerâmicas vítreas – produzidas a partir de argilas, que são conformadas no estado plástico úmido e então secadas e cozidas;

Cerâmicas de engenharia de alto desempenho – a resistência é determinada por duas características: tenacidade e a distribuição de tamanho de microtrincas;

CERÂMICAS E VIDROS GENÉRICOS

Cimento - combinação de cal (CaO), sílica (SiO2) e alumina (Al2O3) que reage quando misturada com a água;

Cerâmicas naturais – a pedra é o mais antigo de todos os materiais de construção e o mais durável. A pedra utilizada em uma capacidade de suporte de carga comporta-se como qualquer outra cerâmica.

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;

As mais importantes propriedades térmicas dos materiais cerâmicos são:capacidade calorífica ( )coeficiente de expansão térmica ( )condutividade térmica

átomos

Ligação Química

PROPRIEDADES TÉRMICAS

Material Capacidade calorífica (J/Kg.K)

Coeficiente linear de expansão térmica

((°C)-1x10-6)

Condutividade térmica (W/m.K)

Alumínio 900 23,6 247

Cobre 386 16,5 398

Alumina (Al2O3) 775 8,8 30,1

Sílica fundida (SiO2)

740 0,5 2,0

Vidro de cal de soda

840 9,0 1,7

Polietileno 2100 60-220 0,38

Poliestireno 1360 50-85 0,13


Uso na indústria aeroespacial.

Temperatura °C* Temperaturas de subida

Revestimento exterior com fibra amorfas de sílica de alta pureza.Espessura: 1,27-8,89cm


Descreve a maneira com que um material se comporta quando exposto a luz. Assim, um material pode ser: TransparenteTranslúcidoOpaco

Dois mecanismos importantes da interação da luz com a partícula em um sólido são:PolarizaçãoTransição de elétrons entre diferentes níveis de energia.

PROPRIEDADES ÓTICAS

PolarizaçãoDistorção 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)


Fotocondutividade Responsável pelas cores que observamos nos materiais

Banda de valência

Banda de condução

Luz visível Faixa de energia 1,8 a 3,1eV


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).


Descreve a maneira como um material responde a

aplicação de força, carga e impacto.

Os materiais cerâmicos são:DurosResistentes ao desgasteResistentes à corrosãoFrágeis (não sofrem deformação plástica)

PROPRIEDADES MECÂNICAS

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

PROPRIEDADES MECÂNICAS

As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos são muito variadas. Podendo ser:

isolantes: Alumina, vidro de sílica (SiO2)

semicondutores: SiC, B4C

supercondutores: (La, Sr)2CuO4, TiBa2Ca3Cu4O11

PROPRIEDADES ELÉTRICAS

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 Tamanho e pureza controlados

Moldagem (conformação) Hidroplástica ou fundição por suspensão

Secagem Eliminação de água ou ligantes

Sinterização Tratamento térmico

PROCESSAMENTO

Aquecimento das matérias-primas

Conformação

o Prensagem Fabricação de peças com paredes espessas

o Insuflação Pressão através da injeção de ar

o EstiramentoConformação de lâminas, tubos, fibras etc.

Tratamento térmico

o Recozimentoo Têmpera de vidro

PROCESSAMENTO DE VIDROS

Prensagem do pó

Fabricação de argilosos, não-

argilosos. Cerâmicas

eletrônicas. Cerâmicas

magnéticas.

Compactação através de

pressão.

Grau de compactação X

espaço vazio (partículas)

Fundição em fita

Produção de substratos para circuito integrados e capacitores. Lâminas delgadas são produzidas através de fundição.

OUTROS PROCESSAMENTOS

Três procedimentos básicos

Uniaxial

Compactação do pó em molde metálico. Pressão aplicada em uma única direção

Isostático

Material pulverizado contido em envelope de borracha.Pressão feita por fluido aplicado isostaticamente.

Prensagem a quente

Conformação e sinterização ao mesmo tempo.Temperatura e pressão uniaxial.

PROCESSAMENTO – PRENSAGEM DO PÓ

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.

PROCESSAMENTO – FUNDIÇÃO EM FITA

Função eletro-eletrônica

Isolante elétrico Al2O3, BeO, SiC substrato

semicondutor SnO2, ZnO, Bi2O3Sensores de gás

Condutividade elétrica SiC, MoSi2 Gerador de calor

Função térmica

Refratariedade Al2O3, SiC Fornos refratários

Isolamento térmico K2O, SiC, CaO Isolantes térmicos

EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

Função mecânica

Resistência ao desgaste Al2O3, ZrO2 Polimento e moagem

Usinabilidade Ferramentas de corte

Lubrificação MoSi2 Lubrificante sólido

Função óptica

Transparência Al2O3Lâmpada de sódio

Condutividade SiO2 Fibra ótica

Al2O3, ZrO2, TiC, WC

EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

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.

EXEMPLO DE FOTOCONDUÇÃO

Exemplo de laser de estado sólido bobeado oticamente.

EXEMPLO DE FUNCIONAMENTO LASER

Exemplo de funcionamento de uma célula solar.

EXEMPLO CÉLULA SOLAR

Pistões e camisas

Peças automotivas

EXEMPLOS PROPRIEDADES MECÂNICAS

Lixas para polimento

Construção civil

Ferramentas de corte

EXEMPLOS PROPRIEDADES MECÂNICAS

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.

SINTERIZAÇÃO DE CERÂMICOS

CONFORMAÇÃO 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 6000 C até atingir seu ponto ideal. Neste momento, recebe um resfriamento brusco, o que vai gera o estado de tensão citado.

TÊMPERA DE VIDROS

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