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Introdução aos Materiais Cerâmicos- PPGEM-DEMAT-EE-UFRGS

INTRODUÇÃO AOS

MATERIAIS CERÂMICOS

PPGEM - EE - UFRGS


INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS

CERÂMICOS

1 INTRODUÇÃO

2 ESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS

3 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

4 PROPRIEDADES E APLICAÇÕES

5 CONTROLE DE QUALIDADE



OBJETIVO

Apresentar os materiais cerâmicos e seus

processos de fabricação do ponto de vista da

ciência e engenharia de materiais.


BIBLIOGRAFIA

RICHERSON, D.W., Modern Ceramic Engineering, Marcel Dekker, Inc. New York, 1992.

KINGERY, W.D. Introduction to Ceramics. John Wiley & Sons. New York, 1967.

HANCH, L.L. e ULRICH, D.R., Science of Ceramic Chemical Procesing; Wiley - Interscience, New York,

1986.

SANTOS, Pérsio de Souza. Ciência e Tecnologia de Argilas. 2ª edição. Volumes 1, 2 e 3. Ed. Edgar

Blücher. 1989.

REED, JAMES S.: Principles of Ceramic Processing; Wiley Intersciense; New York; 2nd Ed.; 1995.

BRISTOT, VILMAR MENEGON; Máquinas e Equipamentos para Cerâmica; Edit. e Livraria Luana;

Criciúma; 1996.

K. MASTERS; Spray Drying Handbook; George Godwin Limited; London; 4 th Ed.; 1985.

RIES, HANS B.; Preparation of Ceramic Bodies throug Dry Grinding, Moist Grinding, Plastification and

Pelletization; Interbrick - Vol. 3, nº 3; 1987.


INTRODUÇÃO AOS

MATERIAIS CERÂMICOS

PPGEM - EE - UFRGS

CAPÍTULO 1 -

INTRODUÇÃO


1. INTRODUÇÃO

1.1 MATERIAIS CERÂMICOS PARA ENGENHARIA

1.2 RELAÇÃO: ESTRUTURA-PROCESSAMENTO-

PROPRIEDADES

1.3 PROCESSAMENTO CERÂMICO

1.4 EXERCÍCIOS



METÁLICOS CERÂMICOS POLIMÉRICOS COMPÓSITOS

cobre tijolos polietileno grafite-epóxiferro fundido azulejos epóxi WC e Coligas de aço refratário fenólicos fiber-glass

vidro

Metais

PolímerosCerâmicos

Compósitos

metal-cerâmico

Compósitos

cerâmico-polímero

Compósitos

metal-polímero

Compósitos metal-

cerâmico-polímero

1. INTRODUÇÃO


METÁLICOS CERÂMICOS POLIMÉRICOSSéries

Carbetos

Boretos

Nitretos

Silicetos

Séries

Silicones


Ligações metálicas Ligações covalentesLigações

iônico-covalente

DEFINIÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS

materiais não-metálicos, inorgânicos

Vidros: não cristalinos

1. INTRODUÇÃO



METÁLICOS CERÂMICOS POLIMÉRICOS COMPÓSITOS

cobre polietileno grafite-epóxiferro fundido epóxi WC e Coligas de aço fenólicos fiber-glass

Vidros Produtos Refratários Abrasivos Cerâmica

de Argila Avançadas

ARGILA SÍLICA BÁSICOS ESPECIAIS

REFRATÁRIA

ESTRUTURAL ELETRÔNICA BIOMATERIAL NUCLEAR

PORCELANA CERÂMICA ISOLADORES ISOLANTES

VERMELHA ELÉTRICOS TÉRMICOS

1. INTRODUÇÃO


INDÚSTRIA

CERÂMICOS: COMPOSIÇÃO, ESTRUTURA E PROPRIEDADES

CERÂMICA TRADICIONAL:MATÉRIA-PRIMA E PROCESSAMENTO

CERÂMICA AVANÇADA: PERCUSSORES QUÍMICOS E PROCESSAMENTO

CERÂMICA BRANCA

CERÂMICA VERMELHA

VIDROS

ABRASIVOS

REFRATÁRIOS

CIMENTO

CERÂMICA ELETRÔNICA CERÂMICA AVANÇADA ESTRUTURAL

SUBSTRATO ELETRÔNICO

CAPACITORES E CERÂMICA PIEZOELÉTRICA

CERÂMICA MAGNÉTICA

CERÂMICA ÓPTICA

CERÂMICA SUPERCONDUTORA

CERÂMICA NUCLEAR

BIOCERÂMICA

TRIBOCERÂMICA

CERÂMICA AUTOMOTIVA


1. INTRODUÇÃO


CERÂMICA TRADICIONAL

controle menos rígido das matérias-primas e parâmetros processuais

cerâmica branca: louças, isolantes, azulejos e pisos

cerâmica vermelha: tubos, tijolos, telhas, lajotas

refratários: tijolos, moldes, cimentos, cadinhos

construção: concreto, gesso, vidros

abrasivos: rebolos, lixas

vidros: garrafas, louças, vidros planos

1. INTRODUÇÃO1.1 MATERIAIS CERÂMICOS PARA ENGENHARIA


CERÂMICA TRADICIONALExtrusora (maromba) para a fabricação

de artefatos de cerâmica vermelha


1. INTRODUÇÃO

Queima de louças sanitárias

Produtos de

argila

vermelha


CERÂMICA TRADICIONAL:

Refratários convencionais


1. INTRODUÇÃO


CERÂMICA AVANÇADA

Rígido controle das matérias-primas e parâmetros processuais

cerâmica eletrônica: elemento de aquecimento, isolantes, substratos,

semicondutores

cerâmica aeroespacial: partes de turbinas, isolamento térmico, trocadores de

calor

biocerâmica: próteses, implantes

refratários avançados: revestimentos e concretos de alto desempenho

nuclear: combustíveis

diversos: ferramentas de corte, componentes resistentes à abrasão, blindagem,

vitrocerâmicos, monocristais, fibras ópticas


1. INTRODUÇÃO


CERÂMICA AVANÇADA

Produtos de alta alumina e ZrO2


1. INTRODUÇÃO


CERÂMICA AVANÇADA: outros exemplos biocerâmica

isolamento térmico

moldado por injeção


1. INTRODUÇÃO


Exemplo: lâmpada de sódio (1000oC)com tubo de alumina

(100 lúmens/W convencional 15 lúmens/W)

Alumina convencional (opaca) Alumina translúcida

CERÂMICA AVANÇADA:

Materiais projetados

porosidade: 3% porosidade: 0,3%


1. INTRODUÇÃO


• Fundamental ação de

fundentes: B, P

• Necessária a presença de

elementos que potenciem a

cristalização: Li, Mg, Ca, Ba, Zn

• Obrigatória presença de

elementos difíceis de cristalizar:

Na, K

• Eventualmente nucleantes: TiO2

e ZrO2

• Outros necessários: Al e Si

• Ocasionalmente para

propriedades especiales: Fe, Cu,

Co, Ni1mm

CRISTAL (Espinela)

FASE VÍTREA

EXEMPLO: VITROCERÂMICOS

TENDÊNCIA: CERÂMICA TRADICIONAL CERÂMICA AVANÇADA


1. INTRODUÇÃO


TENDENCIAS PARA AUMENTAR EL VALOR AÑADIDOTENDÊNCIAS PARA AUMENTAR O VALOR AGREGADOEsmalteEsmalte

• Aumento da dureza e resistência à abrasão superficial

• Incremento na proporção de cristais em matriz vítrea

SUPORTEBiscoito

• Aumentarla resistencia ao impacto para uso exterior

• Incrementar o conteúdo em vidro por fusão

Aumento da complexidade científica e tecnológica de produção

INCONVENIENTESESMALTE: é difícil obter dureza superficial e

decoração por polimento

SUPORTE: a resistência ao impacto é obtida por

um aumento na espessura e portanto do peso da peça

SOLUÇÕESBiscoito finos e

coloridos com

superfície lisa

ESMALTE

SUPORTE

PROTEÇÃOAO IMPACTO

FLEXÃO FRATURA

PROTEÇÃO

SUPERFICIALDECORAÇÃO

ALV

UR

A

FIS

ICA

QU

IMIC

A

TR

AN

SP

AR

ÊN

CIA

DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS PARA A INDÚSTRIA CERÂMICA

A) ESMALTE VITROCERÁMICO BRANCO/OPACO SEM ZIRCÔNIO PARA GRÊS PORCELANATO

B) ESMALTE VITROCERÂMICO TRANSPARENTE PARA GRES PROCELÁNICO

C) ESMALTE VITROCERÂMICO COLORIDO (CRISTALIZAÇÃO DO PIGMENTO)

FUSÃO POLIDO FUSÃO+CRISTAL..

ESMALTES

TRADICIONAIS

ESMALTES

VITROCERÂMICOS

MONOPOROSAGRES

GRES

PORCELANATO

GRES

PORCELANATO

SINTERIZAÇÃO SINTERIZAÇÃO E FUSÃO

1 etapa 2 etapa 1 etapa

BRILHO

SAIS SOLÚVEISPEÇA

VITROCERAMICA

(SUPORTE

VITROCERÂMICO)

FUSÃO+CRISTAL

FUSÃO+CRISTAL

D) SUPOTES VITROCERÂMICOS

1.1 MATERIAIS CERÂMICOS PARA ENGENHARIA1. INTRODUÇÃO


ABORDAGEM

fundamento: CIÊNCIA DOS MATERIAIS

como interrelação entre

ESTRUTURA e PROPRIEDADES

ESTRUTURA PROPRIEDADES

CIÊNCIA DOS MATERIAIS


1. INTRODUÇÃO


OS MATERIAIS PARA ENGENHARIA PRECISAM TER

FORMA E DIMENSÕES PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

PROCESSO DE FABRICAÇÃO



1.2 RELAÇÃO: ESTRUTURA-PROCESSAMENTO-PROPRIEDADES

1. INTRODUÇÃO



• CERÂMICA COMO MATERIAL PARA ENGENHARIA

ESTRUTURA NOS MATERIAIS

• ESTRUTURA ATÔMICA

• ESTRUTURA CRISTALINA

• MICROESTRUTURA

• MACROESTRUTURA

1. INTRODUÇÃO


– DIVISÃO DA ESTRUTURA NOS MATERIAIS


1. INTRODUÇÃO


• CERÂMICA COMO MATERIAL PARA ENGENHARIA

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

• MECÂNICAS • FÍSICAS• QUÍMICAS


1. INTRODUÇÃO


– PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

– MECÂNICAS

• resistência à tração, compressão, flexão• resistência ao escoamento, à fluência, à fadiga

• ductilidade

• módulo de elasticidade

• resistência ao desgaste

– FÍSICAS

• propriedades elétricas

• magnéticas

• térmicas

• ópticas

• densidade

– QUÍMICAS

• resistência à corrosão/oxidação


1. INTRODUÇÃO


CERÂMICA COMO MATERIAL PARA ENGENHARIA

PROCESSOS DE

FABRICAÇÃO

• COLAGEM

• PRENSAGEM

• EXTRUSÃO

• TAPE CASTING

• MOLDAGEM POR INJEÇÃO

• HIDROPLÁSTICA

• SOL-GEL

• OUTROS ...


1. INTRODUÇÃO



– PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

• os materiais precisam adquirir forma e dimensões para ser

utilizáveis na Indústria

• são definidos em função das propriedades da matéria-prima

e das propriedades necessárias para fazer frente às

condições de serviço da peça ou componente


1. INTRODUÇÃO



• MATERIAIS CERÂMICOS FRÁGEIS

– não admitem deformação plástica

» não podem ser processados por conformação mecânica

• PONTO DE FUSÃO ELEVADO

– dificuldade para obter um forno (revestimento)

• CAPACIDADE CALORÍFICA MAIOR QUE OS METAIS

• BAIXA CONDUTIVIDADE TÉRMICA

– alto custo para aquecer, fundir e vazar

» não são processados por fundição


1. INTRODUÇÃO


MATÉRIA-PRIMAS NATURAIS COM BAIXA GRANULOMETRIA

• FRIÁVEIS

– moem com facilidade

PROCESSAMENTO DE PÓS


1. INTRODUÇÃO


• Forma, Tamanho e

Propriedade do Material?

• Processo Cerâmico

PÓ

CORPO POROSO

(alto grau de empacotamento

e homogeneidade)

ACABAMENTO

PRODUTO FINAL

PROCESSAMENTO

TÉRMICO

CONFORMAÇÃO

FABRICAÇÃO

PREPARAÇÃO DA

MATÉRIA-PRIMA


1. INTRODUÇÃO


PÓ

CORPO POROSO

(alto grau de empacotamento e

homogeneidade)

DEFEITOS, DESCONTINUIDADESordem de grandeza muita vezes superior a defeitos da Estrutura Cristalina

PROPRIEDADESpor exemplo: mecânicas, ópticas


1. INTRODUÇÃO


• Extração: argila,

feldspatos, caulim, etc.

• Maturação: estabilizar as

matérias-primas (argila)

• Cominuição: matéria-

prima com tamanho de

partícula e distribuição

granulométrica;

MATÉRIA-PRIMA

BENEFICIAMENTO

PÓ

Extração

Maturação

Cominuição


1. INTRODUÇÃO

EXEMPLO DE OBTENÇÃO DE PÓ PARA

POSTERIOR CONFORMAÇÃO


EXTRAÇÃO/BENEFICIAMENTO

DA MATÉRIA-PRIMA

MOAGEM/FORMULAÇÃO

CONFORMAÇÃO

SECAGEM/EXTRAÇÃO DE

ADITIVOS

QUEIMA

PRODUTO FINAL

FLUXOGRAMA DO

PROCESSAMENTO TÍPICO

DE MATERIAIS CERÂMICOS


1. INTRODUÇÃO


Importância: para ser selecionado, um material deve:

1. Apresentar as propriedades adequadas

Compromisso entre propriedades

2. Possa ser processado na forma desejável

3. Seja economicamente viável (matéria-prima e processo de fabricação)

- avaliar relação: resistência/densidade

- confiabilidade

4. Possa ser reciclado (impacto ambiental)


1. INTRODUÇÃO


PROCESSO DE FABRICAÇÃO



1. INTRODUÇÃO1.3 PROCESSAMENTO CERÂMICO

RESUMO


1. Cite 6 processos de fabricação de materiais cerâmico. Como eles diferem entre si?

2. Em que basicamente os processos de fabricação de materiais cerâmicos diferem dos processos para outros

materiais?

3. Quais as diferenças entre os processos de fabricação de materiais cerâmicos tradicionais e os aplicados a materiais

cerâmicos avançados? Qual a tendência.

4. Como se relaciona a estrutura, as propriedades e os processos de fabricação para os materiais cerâmicos?

5. Em que estaria baseada a mudança de propriedades de um mesmo material processado por diferentes técnicas?

6. Faça um fluxograma genérico do processamento de materiais cerâmicos e acrescente um pequeno comentários sobre

cada etapa e suas finalidades.

7. Cite 5 produtos cerâmicos e relacione-os com seus processos de fabricação.

8. Cite algumas características típicas dos materiais cerâmicos que estão associadas ao seu processo de fabricação.

9. Cite alguns critérios para a escolha do processo de fabricação.

10. Faça uma comparação entre os custos de alguns pós cerâmicos

1. INTRODUÇÃO1.4 EXERCÍCIOS

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