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Materiais de Construção Mecânica II - 2ª Área2. Processamento Cerâmico

Fluxograma básico para fabricação de um produto cerâmico convencional

EXTRAÇÃO/BENEFICIAMENTODA MATÉRIA-PRIMA

MOAGEM/FORMULAÇÃO

CONFORMAÇÃO

SECAGEM/EXTRAÇÃO DE ADITIVOS

QUEIMA

PRODUTO FINAL


CONFORMAÇÃO

Objetivo: dar forma de uma peça a um material sem formaExistem muitos tipos de processos para fabricação de um material cerâmico. A escolha do mesmo depende tanto da forma final da peça quanto das propriedades desejadas.

PÓ CORPO POROSO PARTÍCULAS:

alto grau de homogeneidade

alto empacotamento

menor distorção microestruturaldurante sinterização


CONFORMAÇÃOPRINCIPAIS PROCESSOS USADOS PARA A FABRICAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS

PRENSAGEMUNIAXIALISOSTÁTICAPRENSAGEM A QUENTEPRENSAGEM ISOSTÁTICA A QUENTE

COLAGEMDRENAGEMDE SÓLIDOSA VÁCUOSOB PRESSÃOCENTRIFUGADAMOLDE PERDIDOGEL CASTINGDEPOSIÇÃO ELETROFORÉTICATAPE CASTING

CONFORMAÇÃO FLUIDOPLÁSTICAEXTRUSÃOMOLDAGEM POR INJEÇÃO

Materiais de Construção Mecânica II - 2ª Área2. Processamento Cerâmico: Conformação

PRENSAGEM Empregado na produção de:

placas cerâmicasferramentas de corte refratários

O processo consiste em:

Consolidar pós cerâmicos em uma cavidade com formato pré-determinado mediante o emprego de uma força.

Estágios:

1) Preenchimento do molde

2) Compactação

3) Extração da peça


Compactação do pó em uma matriz metálica através de uma pressão que é aplicada em uma única direção.

PRENSAGEM UNIAXIAL

•hidráulica (transmissão da pressão por um fluido): menor produtividade •mecânica: alta produtividade, fácil automatização


PRENSAGEM UNIAXIAL

Método restrito a formas relativamente simples.

Baixo custo

Alta taxa de produção

Preenchimento da matriz durante a prensagem:


PRENSAGEM UNIAXIALTipos de Prensagem (umidade massa)Seca: 0 a 4% umidade

-compactação ocorre cominuindo o granulado e por redistribuição mecânica do pó

-ação dos aditivos

-alta pressão necessária para romper os granulados e distribuir uniformemente o pó

-alta produtividade (ex.: produção de capacitores elétricos de 0,5 mm; substratos de ME)

-tolerâncias de ±1% ou menor são obtidas

•Úmido: 10 a 15% de umidade -normalmente produtos argilosos

-deformação plástica da massa (pode escoar por distribuição não homogênea da umidade)

-não susceptível a automatização

-tolerâncias de ±2%


PRENSAGEM UNIAXIAL

Materiais de Construção Mecânica II - 2ª Área

PRENSAGEM À QUENTE

-Mecanicamente idêntica à prensagem a frio;

-Diferença: aquecimento do molde, que sinteriza o pó durante a operação de prensagem;

-Densificação a uma temperatura mais baixa, comparada as sinterizações sem prensagem;

-Normalmente sem aditivos (qualquer aditivo orgânico seria transformado pela temperatura em um resíduo carbonizado sem qualquer efeito na massa cerâmica)

A prensagem e a queima ocorrem simultaneamente. O agregado é compactado a uma temperatura elevada

Depende da temperatura de queima

O molde é de fabricação cara

Exige muito tempo: é necessário resfriar a matriz antes de uma nova compactação

2. Processamento Cerâmico: Conformação


PRENSAGEM À QUENTEPISTÃO

CARCAÇA

REFRIGERAÇÃO Á ÁGUA

MOLDE COM PÓ

RESISTÊNCIA ELÉTRICA

BOMBA DE

REFRIGERAÇÃO

FONTE E PAINEL DE CONTROLE


PRENSAGEM ISOSTÁTICA

Formas mais complexas

Custo elevado

Baixa taxa de produção

Material pulverizado está contido em um molde de borracha. A pressão é aplicada através de um fluido em todas as direções



DRY BAG: o molde está integrado à câmara de pressão da prensa. O pó é carregado no molde, prensado e após extraído. Método simples e rápido.

WET BAG: o pó é carregado em um molde no lado externo da prensa. O molde então é colocado na prensa e é aplicada uma pressão hidrostática até a compactação desejada. O molde e a parte compactada são removidos da prensa e após, a peça é retirada do molde. Este processo envolve muitas etapas e é trabalhoso.



molde WETBAG molde DRYBAG


PRENSAGEM ISOSTÁTICA À QUENTE ou HIP

-A pressão é aplicada por todos os lados quando a peça encontra-se a elevada temperatura.

-O processo combina conformação isostática e queima, em uma só etapa.

-O processo permite obter densificação a temperaturas mais baixas do que sem a aplicação da pressão ou a densidade teórica do material, o que seria difícil, ou mesmo impossível, por outro processo.

-Requer projeto especial tanto para as partes do forno quanto à geometria da peça conformada.



Prática industrial / Equipamentos industriais


COLAGEM

SLIP CASTING

TAPE CASTING

GEL CASTING


COLAGEM Empregado na produção de:

louça sanitárialouça de mesa cerâmica artísticacadinhosfiltrosimplantes ósseoscomponentes para equipamentos térmicos

Processo econômico e utilizado na fabricação de formas complexas


Características• Produção de peças com formas complexas (louças sanitárias e de

mesa), cadinhos, tubos, implantes ósseos, etc)• Conformação de material através da remoção da parte líquida por

um molde poroso;• Barbotina - suspensão coloidal de um pó em um líquido imiscível;• Molde poroso: gesso• É um processo controlado por difusão

COLAGEM – SLIP CASTING

molde poroso


COLAGEM – SLIP CASTINGO processo consiste em:1) Preparação da barbotina: matéria-prima em suspensão aquosa (40 a 60%)

2) Preenchimento com a barbotina do molde poroso (gesso)

3) Remoção do líquido (água) pelos capilares do molde

4) Drenagem do excesso de barbotina

5) Desmoldagem

6) Rebarbação

7) Secagem

8) Queima



Fatores Importantes• Reologia - grau de defloculação da barbotina;• Viscosidade;• pH;• Concentração de sólidos;• Granulometria

Vantagens• Produção de componentes de forma complexa;• Baixo custo dos moldes porosos;• Viabilidade econômica de pequenas produções;• Dispersão de partículas finas.


COLAGEM – TAPE CASTING• Obtenção de finas folhas com grande área superficial, empregadas

na construção de blocos para substratos eletrônicos;• Desaeração do pó após moagem → vácuo e peneiramento;• Material pronto → aplicado sobre um substrato contínuo: vidro, inox,

papel, filme de polímero. • Deposição é feita através de uma rede micrométrica;• A fina película do material (0,76 mm, por exemplo) é posteriormente

sinterizada, produzindo as propriedades finais. • O processo é utilizado na fabricação de capacitores e substratos

eletrônicos.


COLAGEM – TAPE CASTING

Fluxograma do processo de tape casting


COLAGEM – TAPE CASTING


FLUIDOPLÁSTICA

EXTRUSÃO

MOLDAGEM POR INJEÇÃO


EXTRUSÃO


EXTRUSÃO Empregado na produção de:

ladrilhostijolos blocos cerâmicostubos

Processo contínuo ou semi-contínuo com o emprego de uma extrusora ou maromba

O processo consiste em: Uma massa cerâmica plástica é forçada através de um orifício de uma matriz que possui a geometria da seção reta desejada

Matriz Peça Massa cerâmica Rosca sem fim

Bomba de vácuo

Maior densificação

Umidade: 14 a 20% Acionada por motor


EXTRUSÃO


MOLDAGEM POR INJEÇÃO Empregado na produção de:

velas de igniçãoguias de fios têxteis componentes eletrônicos

O processo consiste em: Aquecer a massa cerâmica (com ligantes) até amolecer a injetar na cavidade de um molde onde se resfria e se solidifica para produzir a forma desejada

Estágios:

1) Preparação do pó

2) peletização

3) Injeção no molde

4) Remoção dos ligantes

5) sinterização

Desenvolvimento de formulações e ligantes orgânicos


MOLDAGEM POR INJEÇÃOMoldagem por injeção de um polímero em um molde (processo da indústria de transformação de plásticos).Para cerâmicos: Uma mistura de pó cerâmico e polímero é aquecida até amolecer e injetada em um molde metálico. CIM (ceramic injection molding) ou PIM (powderinjection molding). Termoplasticidade: propriedade que proporciona ductilidade ~100-200oC e rigidez a temperatura ambiente.Após resfriamento, o polímero deve ser removido para poder ser queimado (sinterizado).



Matérias-PrimasPós cerâmicos: Al2O3, ZrO2 (convencionais);Plastificantes: polietileno, poliacetatos, polietilenoglicol, poliacrilatos



Vantagens• Fabricação de peças com geometria complexa;• Bom acabamento - pós-queima mínima;• Alta produção;• Reutilização das misturas injetadas;• Automatização

Desvantagens• Custo elevado da matriz e dos pós (baixa granulometria)• Estabilidade dimensional;• Baixa resistência mecânica à verde;• Retirado do plastificante - aquecimento ou extração por

solventes.

Campos de Aplicação• Indústrias de armas, componentes eletrônicos, indústria têxtil

(guias-fios), etc.



Mistura: pó cerâmico + polímero

Injeção

Extração do polímero

Queima


PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICAEmpregado na produção de:

barreiras térmicas: em motores de automóveis, câmara e cabeçote do pistãoProteção contra atrito e desgaste: componentes da indústria têxtil,

componentes de bombas e equipamentos de impressão bicos injetoresProteção contra corrosãoImplantes médicos: próteses de ossos cobertas com hidroxiapatita em locais

de atrito elevado

O processo consiste em: Pulverização de partículas finamente divididas sobre um substrato formando um revestimentoEstágios:

1) Fonte de calor: plasma, oxiacetileno

2) Fusão ou estado semi-plástico das partículas

3) Aceleração das partículas pela expansão dos gases da combustão

4) Choque das partículas com o substrato – formação do revestimento


PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA

As partículas fundidas ou plástica impactam a superfíciepreparada, achatam-se, e aderem ao substrato, construindo um revestimento denso e de alta aderência.


PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICACaracterística comum: estrutura lamelar do revestimento, partículas, fundidas, não-fundidas, porosidade, inclusões.

Espalhamento da partícula no choque contra o substrato

Microestrutura típica de um revestimento metálico: lamelas, porosidade e inclusões de óxidos.



Aplicações: enorme variedade de revestimentos espessos, multicamadas, partes livres, reparo dimensional, corpos de sustentação livre. Pode-se aspergir metais, cerâmicos, polímeros e compósitos.

Funções: desgaste, oxidação/corrosão, barreira térmica, coeficiente de atrito, biocompatibilidade, propriedades elétricas, opticas, magnéticas.

Critério de qualidade: propriedade objetivada e aderência!

Mercado: rápido crescimento (5-10% ao ano). Mercado de 1,35 bilhões de dólares (1997). Processos elétricos sustentaram o crescimento.


PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA• SETORES INDUSTRIAIS QUE UTILIZAM ASPERSÃO TÉRMICA• Aeronáutica/Aeroespacial• Turbinas a Gás/Energia• Petroquimica• Papel e Celulose• Automotiva• Mineração• Transporte• Aciarias• Marítima• Industria Pesada• Movimentação de Terra• Elétrica• e muitas outras

Materiais de Construção Mecânica II - 2ª Área


•VANTAGENS•Altas taxas de deposição•Baixo aquecimento do substrato•Tecnologia comprovadamente eficiente•Vários materiais de revestimento•Alto grau de repetibilidade•Versatilidade•Economicamente interessante•Tecnologia a prova de recessão



•LIMITAÇÕES•Aplicações de alto stress

–Impacto–Cargas pontuais

•Não adiciona reforço estrutural (NÃO é solda)•Adesão mecânica•Porosidade•Estresses do revestimento•Espessura do revestimento•Limitações dimensionais do processo•Usinabilidade


PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICA•CUIDADOS•PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE•Remoção do metal fatigado ou corroído•Reparação dos defeitos estruturais com solda•Limpeza e desengraxe da peça•Proteção das partes que não se quer revestir•Manutenção da peça limpa•Jateamento da superfície• Uso de Al2O3 ou granalha de aço (pode causar oxidação, areia NÃO é aceitável) -Para aspersão a arco, combustão e materiais de baixa adesão -perfilrugoso- uso de grão 36 a 40 Al2O3• Para aspersão com HVOF e plasma: perfil fino rugoso é o melhor -- use grão 60, Al2O3

• Um bom material multi propósito é o Al2O3 grão 40 a 50

Em torno de 85% das falhasem aspersão podem ser relacionadas à preparaçãode superficie!



MICROESTRUTURA DO REVESTIMENTO:•Estrutura lamelar, paralela à superfície ⇒ anisotropia. RM 5 a 10 vezes maior na longitudinal do que na transversal.•Estrutura amorfa (metais vítreos) e fases metaestáveis incomuns: taxa de resfriamento (106 Ks-l).•Inclusões: spray em atmosfera com ar: interações químicas - oxidação, mesmo superficial da partícula. Outros ex.: W reage com H2 e N2.•Estrutura heterogênea: as lamelas têm diferentes tamanhos e aderência (partículas com diferentes tamanhos, temperatura e velocidade)•Porosidade (em aspersões convencionais): 0,025% to 50%. Causas:

•baixa energia no impacto (partículas não fundidas / baixa velocidade) •efeito sombra (partículas não fundidas / ângulo de aspersão) •efeito da contração e relaxação de tensões residuais

•Modificação da natureza química e física. Interações podem modificar significativamente (química e fisicamente) o material de partida


PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICATENSÕES NOS REVESTIMENTOS

•Resfriamento e a solidificação ⇒ contração ⇒ tensões trativas na partícula e compressivas na superfície do substrato.

•Com o aumento da espessura do revestimento ⇒ tensão superior a sua aderência ou as forças coesivas, ⇒ desprendimento do revestimento.

•Materiais com alta contração como aços austeníticos ⇒ altos níveis de tensão ⇒ limitações na espessura máxima do revestimento.

•Revestimentos denso ⇒ mais tensionados que os porosos.

•O método de aspersão e a microestrutura influenciam o nível de tensionamento do revestimento.

• HVOF que produz revestimentos com baixa tensão e densos. Isto é devido às tensões compressivas formadas pelas deformações mecânicas (similar ao shot peening) durante o impacto da partícula, atuando contra as tensões trativas devido à solidificação e resfriamento.



PROCESSOS DE ASPERSÃO TÉRMICA

FONTE ELÉTRICA DE CALOR

FONTE QUÍMICA DE CALOR

(COMBUSTÃO)

PLASMA ARCO

ELÉTRICO DETONAÇÃOCHAMA H.V.O.F



PLASMA (plasma spray)



Indústria petroquímicaPlasma: aplicação em palheta de

turbina (ZrO2+Y2O3).



Versatilidade: aspersão a

plasma de uma turbina de

hidroelétrica in loco.

Plasma aplicado na superfície interna de motores a combustão (BMW)



PROCESSOSHIPERSÔNICO (HVOF = High Velocity Oxygen Fuel)



Cilindros da indústria de

papel.Trem de pouso de

space shuttles.


PULVERIZAÇÃO OU ASPERSÃO TÉRMICAPROCESSOSCHAMA (Flame spray ou LPOF - Low Pressure Oxygeb Fuel)

Materiais de Construção Mecânica II - 2ª Área2. Processamento Cerâmico: Indústria do Vidro

INDÚSTRIA DO VIDRO

ELABORAÇÃO DOS VIDROS

processo complexo , que pode ser dividido:Reação dos componentes

Dissolução do excedente de sílica que não reagiu

Refino e homogeneização

Repouso e acondicionamento térmico

Ocorrem dentro do

forno

Programa térmico controlado, com aumento progressivo da temperatura, seguido de um resfriamento e de um

período de estabilização para que a massa vítrea alcance a homogeneidade térmica requerida para a conformação

FORNOS DE FUSÃOObjetivo:

TRANSFORMAR A COMPOSIÇÃO EM VIDRO FUNDIDO

Trabalham com temperaturas de 1500º a 1650ºC


Reação dos componentes e formação dos vidros

Formação do vidro:Série de transformações físicas e reações químicas a altas temperaturas, através das quais a massa vitrificável se converteem uma massa vítrea

Os componentes da mistura experimentam múltiplas modificações:- transformações cristalinas

- evaporação da água de umidade

- desidratação dos sais hidratados

- dissociação dos carbonatos e sulfatos

- reações entre as distintas espécies químicas

- fusão das espécies químicas e dos produtos das reações e dissolução no fundido que está se formando

O estudo do equilíbrio de

todas as reações é

muito complexo

Se prefere a abordagem do estudo de equilíbrio das reações em sistemas mais simples


Dissolução do excedente de sílicaApós a reação de todos os componentes da mistura vitrificável e de ter ocorrido a formação de uma fase fundida, pode haver um

excesso de sílica não dissolvido no vidro

A incorporação deste excedente ocorre através de um lento processo de dissolução regido por mecanismos de difusão

O tempo que as partículas de areia levam para se dissolver é:

- proporcional ao quadrado de seu raio

- inversamente proporcional a seu coeficiente de difusão

Com isto, se esperaria que fosse mais conveniente diminuir o mais possível seu tamanho, acelerando a sua dissolução, mas se produziria um aumento prematura da viscosidade do fundido, sem existir tempo suficiente para a eliminação dos gases, dificultando o processo de afinamento.


Refino e homogeneização do vidro

Objetivo da fusão – transformar materiais granulados em líquido homogêneo e muito viscoso

Quando a composição se funde – reações entre as partículas – geram gases

Devem ser eliminados para que o vidro apresente o grau de homogeneização

que um vidro pronto requer

GASES

Processo de homogeneização e eliminação dos gases e bolhas

REFINOADIÇÃO DE AGENTES AFINANTES

CORRETA CONDUÇÃO DO FORNO


Refino e homogeneização do vidroConstituem a atmosfera exterior em contato com a superfície livre do vidro

Se encontram aprisionados no interior da massaGASES

Incorporação de gases nos vidros:

Reações de decomposição: produzem o desprendimento de gases

A aparição das primeiras fases líquidas dificulta a desgaseificaçãoe obriga os gases liberados a borbulhar através do fundido buscando uma saída até a atmosfera

Durante a dissolução da sílica, com o aumento da acidez, diminui a solubilidade de alguns gases, que se segregam e se difundem até a atmosfera ou aumentam as bolhas já existentes

Outra fonte de gases é o o contato do vidro com os refratários dos fornos, que são liberados durante a corrosão destes


Principais fontes de aporte gasoso no vidro durante a etapa de reações de seus componentes

Atmosfera do forno

Mistura vitrificável

Refratários

Contaminações

Ar intergranular

evaporação

Produtos de desidratação

dissociação

Poros

Reações vidro-refratário

Matéria orgânica

N2, O2, CO2, H2O, Ar

H2O, CO2, SO3

N2, O2, CO2

SO2, CO2, O2


Refino e homogeneização do vidro

Procedimento de refinoAgentes químicos

Adição de substâncias que se decompõem termicamente, dando lugar a um intenso desprendimento gasoso

As bolhas formadas são, em geral, de tamanho grande, com uma força ascensional apreciável, que permite que em pouco tempo subam até a superfície, englobando as bolhas pequenas que encontram, além deromperem e homogeneizarem as camadas estratificadas que atravessam.Principais agentes afinantes:

sulfatos que liberam SO2

óxidos de arsênio e antimônio com a união de nitratos que liberam O2

Óxidos e peróxidos que aportam O2

Cloratos e percloratos que aportam O2

Materiais de Construção Mecânica II - 2ª Área2. Processamento Cerâmico: Indústria do VidroConformaçãoPrincipais métodos empregados

Sopro manual e automático – vidros ocos

Centrifugação – tubos de imagem de TV

Prensagem – travessas, pratos, isoladores

Estiramento – tubos e bastões

Laminação – vidro plano

Fibragem – fibras de vidro

Baseados em processos antigos, mas que sofreram modificações

para permitir a produção de vidro com fins industriais


SoproDesenvolvido no Oriente Médio, na costa fenícia

Consistia em soprar o vidro e expandí-lo para obter todo tipo de forma

CANA: tubo de metal com cerca de 1,2 a 1,5m de comprimento

Extremidades da CANA:de um lado, um bocal, para soprardo outro lado, um alargamento no tubo

Processo ManualO ar é soprado pelo vidreiro


Sopro Manual 1) Na extremidade alargada: é colocada uma quantidade de massa vítrea - posta

2) O artesão confere à massa uma forma mais ou menos cilíndrica, fazendo-a girar sobre uma chapa de ferro fundido

3) A massa resfria um pouco

4) O artesão começa a soprar no tubo, formando uma bolha na massa, até obter forma e espessura desejadas

5) A massa é reaquecida junto à porta do forno quantas vezes forem necessárias (Para aumentar a espessura, a massa é submersa novamente na massa fundida dentro do forno)


Fabricação de vidros ocos – Sucção - SoproSistema de alimentação por sucção

Primeira máquina para fabricação automática de garrafas Criada por Owens em 1899

A retirada da massa vítrea do forno é feita por sucção direta através da base de um pré-molde

- Sucção do vidro em uma cuba que se mantém girando na razão de 1 a 3 rpm, que conta com sistema de aquecimento para manter o vidro na temperatura de trabalho

- se retira o pré-molde da superfície do banho e se fecha a base

- se insere a cabeça de sopro e se injeta uma pequena quantidade de ar

- o pré-molde é aberto em duas partes; a forma preliminar ou “parison” fica um instante livre e sob seu próprio peso, tem sua base um pouco alargada

- colocação do “parison” no molde de acabamento onde recebe o sopro final

- abertura do molde e retirada da garrafa pronta


Fabricação de vidros ocos – Sucção - SoproSistema de alimentação por sucção

Processo:


Fabricação de vidros ocos – Sopro - SoproSistema de alimentação por gota

O vidro é conduzido do forno até a máquina de moldagem através de um canal – “feeder” – cujo comprimento pode variar de 3 a 10m.

Feederalimenta a máquinacondiciona a temperatura do vidro aquecendo-o ou

resfriando-o quando necessário (pode-se regular com uma precisão de até ± 0,5°C

Desemboca em um orifício cuja abertura se pode regular

Acima do orifício, é colocado um tubo refratário, no qual está inserido um punção ou agulha que sobe e desce continuamente

O vidro é empurrado através deste orifício formando a gota

A gota é cortada por lâminas metálicas e cai dentro do molde


Fabricação de vidros ocos – Sopro - Sopro

PRODUÇÃO DE GARRAFAS


Estiramento

Consiste em estirar uma massa cilíndrica de vidro semi-fluido ao mesmo tempo que se aplica um jato de ar no centro do cilindro.

Se obtém tubos, lâminas e varetas com um parede uniforme.


EstiramentoProcesso Danner : filete de vidro flui sobre um mandril

refratário (manga) – movimento de rotação e sopro de ar. O vidro recobre toda a manga – o tubo é puxado sobre rolos de grafite e por duas esteiras (tração do tubo) – fim da linha – corte dos tubos


Vidros Planos – Processo FloatDesenvolvido por Alastair Pilkington em 1959

Idéia do processo: Pilkinton observou que porções de óleo não se misturavam com a água em uma pia, permanecendo na forma de lâminas sobre esta. A partir daí, ele procurou um metal que fizesse o mesmo papel da água, onde o óleo seria o vidro

atuaria como a água, pois é mais denso que o vidro e continua líquido, não se misturando com ele, nas temperaturas em que se dá o enrijecimento do vidro (de 1100ºC a 600ºC)

ESTANHO

Produz placas perfeitamente planas e polidas


líquido menos denso sobre outro mais denso (ambos imiscíveis)

o menos denso vai formar uma lâmina sobre o mais denso

com uma espessura “de equilíbrio”

Vidro fundido sobre o estanho, a tendência é de se formar uma lâmina com 5 a 6 mm de espessura.

O banho de estanho deve ser longo o suficiente para que dê tempo para o vidro esfriar, dos 1100ºC na sua entrada, até 600ºC, na saída, quando estará rígido.

Vidros Planos – Processo Float

ESTANHO - Inconvenientese oxida em contato com o oxigênio, nas temperaturas exigidas pelo vidro

é necessário que todo o banho de estanho fique enclausurado dentro de uma grande caixa, onde se injeta nitrogênio.

na caixa, há, também, uma série de resistências elétricas que garantem um perfil térmico conveniente desde a entrada até a saída do vidro


INDÚSTRIA DO VIDRO

PRODUÇÃO DE VIDRO PLANO


Vidros Planos – Processo Float

↑ vel. – lâmina afina

↓ vel. – lâmina engrossa

proporcionada pela tração destes rolos na fita contínua de vidro

Top-roll

rodas dentadas que pinçam o vidro pelas

bordas e que têm rotação e ângulos

variáveis e regulados por motores

Espessura do vidro:

balanço entre as tensões superficiais

força da gravidade

velocidade de extração:

controlada pelo uso de até 8 máquinas chamadas de “top-roll”:

• Para vidros com 5 a 6 mm de espessura, os top-rolls são paralelos ao fluxo de vidro e o controle da espessura se faz pela velocidade de extração.

• Para vidros mais finos, os top-rolls formam ângulos divergentes, tendendo a esticar a lâmina, em conjunto com uma maior velocidade de extração.

• Para vidros mais grossos, os top-rolls formam ângulos convergentes, tendendo a empurrar o vidro da borda para o centro, em combinação com uma menor velocidade de extração


TRATAMENTOS TÉRMICOSRecozimento

Todos os artigos fabricados com vidro fundido

Durante ou após a conformação

Resfriamento brusco ou irregular

Surgimento de tensões internas não uniformes

Objetivo do recozimento – eliminar estas tensões

O vidro deve passar do estado rígido com tempo suficiente para relaxar a sua estrutura o mais uniformemente possível e para que adquira em todos os pontos o mesmo volume específico


TRATAMENTOS TÉRMICOSRecozimento

Origem das tensões

Em uma lâmina plana resfriada a velocidade constante:

Gradiente térmico

Distribuição de tensões originadas pelo rápido desaparecimento do gradiente térmico

Máxima diferença de temperatura – ∆T:

v – velocidade de resfriamento

e – espessura do vidro

K – difusividade térmica κ8

2veT =∆


TRATAMENTOS TÉRMICOS Origem das tensões

Recozimento Processo

Reaquecimento até a temperatura de recozimento

viscosidade está entre 1013 à 1014 poises

Varia conforme o artigoManutenção na temperatura de recozimento

Resfriamento lento e controlado até a temperatura ambiente

Galeria de recozimento:resfriamento controlado até aprox.

120ºC.


Medida das tensões

peça após conformação: as tensões não são observadas a olho nu

Recozimento

POLARISCÓPIOObservação no polariscópio:

visualização das tensões

Observação no polariscópio após recozimento: peça livre de tensões

Perfil de tensões


Têmpera Térmica

Obtenção de ‘Vidro Temperado’

Indução de tensões para conferir maior resistência ao objeto

tensões residuais superficiais compressivas

ProcessoAcima da transição vítrea

Abaixo do ponto de amolecimento

40s/mm de espessura

630 a 640°C

Aquecimento até uma temperatura

Resfriamento com jato de ar ou banho de óleo

Espessura do vidro temperado: 2,8 a 19mm

Aquecimento e resfriamento semelhantes em ambas as faces: minimizar distorções


Têmpera TérmicaTensões Similares após a conformação de um vidro:

região interna – tensão de traçãoregião externa – tensão de compressão

Quase sempre inicia em trincas na superfície sob tensão de tração

FALHA em Cerâmicos

Para fraturar uma peça de vidro temperado

a magnitude da tensão de tração aplicada deve superar a tensão de compressão da superfície e deve ser suficiente para iniciar e propagar trincas

Em caso de ruptura do vidro temperado

o centro libera a energia da tensão de tração e resulta na formação de pequenos pedaços de vidro sem corte

Materiais de Construção Mecânica II - 2ª Área2. Processamento Cerâmico: ConformaçãoTêmpera Térmica

janelas laterais e traseiras de automóveis vidros de segurança para edifíciosvidros expostos a radiações solares

USOS

maior resistência ao choque térmico

Têmpera Química

Têm sido desenvolvidos métodos químicos para aumentar a resistência:

- Processos de troca de íons alteram a composição ou estrutura da superfície do vidro:

Combinação de troca iônica e cristalização superficial – reduzem o coeficiente de expansão térmica

Ex.: vidros com alto teor de sódio são submetidos a banhos com sal de lítio fundido – a temperatura permite a difusão do íon alcalino e alivia tensões por fluxo viscoso. Um tratamento térmico posterior permite a cristalização da superfície, reduzindo o coef. de expansão térmica, deixando-a sob compressão

- Pode-se obter uma resistência superior a 7.000 kg/cm2


Vidro Plano Comum Vidro Laminado Vidro Temperado

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