materiais cerâmicos
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Materias do tido CerâmicoTRANSCRIPT
ESTRUTURAS CERAMICAS:
• Grande pirâmide Gisé (2550 aC)
• Partenon (Sec. V aC)
• Forum de Roma
• Grande Muralha da China
MATERIAIS CERAMICOS
MATERIAIS CERAMICOS
Tubulação romana- séc. I
Frasco de vidro
Itália – 500 aC
Ladrilho 1450 Itália
Ferramentas feitas de sílex
MATERIAIS CERAMICOS
Atualmente:
- cimento Portland: argamassas e concretos
- cerâmicas de engenharia
Materiais inorgânicos e não metálicos:
- formados por elementos metálicos e não metálicos
- ligações iônicas ou predominantemente iônicas, com alguma natureza covalente
Cerâmica: origem termo grego keramikos, significando matéria-prima queimada
MATERIAIS CERAMICOS Até aproximadamente 50 anos atrás:
- cerâmicas tradicionais: matéria-prima argilas
- louças, telhas, tijolos, azulejos, cerâmicas refratárias Recentemente:
- c e r â m i c a : s i g n i f i c a d o m a i s a m p l o , envolvendo materiais para indústrias de componentes eletrônicos, de computadores, de comunicação, aeroespacial
MATERIAIS CERÂMICOS ESTRUTURA DAS CERÂMICAS
Compostas por dois ou mais elementos: mais complexa que os metais
Ligações atômicas: puramente iônica até totalmente covalente
Depende da eletronegatividade dos elementos
Ligações iônicas: anions e cátions
Estrutura: fortemente influenciada pelas ligações
Isto influencia as propriedades físicas e mecânicas:
• a maioria das cerâmicas não é boa condutora elétrica
• apresentam baixa ductilidade a temperatura ambiente
MATERIAIS CERÂMICOS Ligações iônicas: anions e cátions
Cristais formados por cargas contrárias
Mantidas unidas por ligações não direcionais Anions (-) são maiores que Cations (+) Anions de minima energia e cations o mais proximo possivel com o maior numero de coordenação – mas – os anions não devem se tocar.
Estáveis Instável
MATERIAIS CERÂMICOS Oxido de Magnésio – estrutura iônica ideal
Estrutura cúbica
Numero de coordenação 6:6
MATERIAIS CERÂMICOS NaCl : rC = rNa = 0,102 nm, rA = rCl = 0,181 nm Logo: rC/rA = 0.56 Da tabela: NC = 6
NaCl, MgO, LiF, FeO tem esta estrutura cristalina
MATERIAIS CERÂMICOS Cloreto de césio:
rC = rCs = 0,170 nm, rA = rCl =0,181 nm Logo: rC/rA = 0.94 Da tabela: NC = 8
Atenção
Apesar de compostos unicamente de carbono, o grafite e o diamante são tratados muitas vezes como cerâmicas!
• ambos são formas de carbono inorgânicas, não sendo produzidas por nenhum tipo de organismo vivo.
MATERIAIS CERÂMICOS
PROPRIEDADES TÉRMICAS E FÍSICAS
Densidade: 2-3 g/cm3
Embora os materiais cerâmicos sejam em geral isolantes de calor e eletricidade, há uma classe de materiais cerâmicos que são supercondutores
A dilatação térmica é baixa comparada com metais e polímeros
COMPORTAMENTO MECÂNICO DE CERÂMICOS E VIDROS
COMPORTAMENTO FRÁGIL
• Característica típica dos cerâmicos: melhor resistência a compressão que a tração.
• Comportamento partilhado por ferros fundidos
• Ensaio de tração é difícil de fazer e resulta em dispersão de resultados muito grande
• Fazem-se ensaios de flexão!
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS
VITRO-CERÂMICOS CRISTALINOS AMORFOS (VIDROS) cerâmicos à base de Silicatos, Óxidos, Carbonetos e Nitretos
Em geral com a mesma composição dos cristalinos, diferindo no processamento
Formados inicialmente como amorfos e tratados termicamente
O Silício e o Oxigênio formam cerca de 75% da crosta terrestre, sendo materiais de ocorrência comum na natureza e de baixo custo !
Os materiais cerâmicos avançados são baseados em óxidos, carbonetos e nitretos com elevados graus de pureza
MATERIAIS CERÂMICOS CRISTALINOS A BASE DE SILICATOS
2 64 9 25 Cimento Portland
1 6 32 61 Porcelana elétrica
5 45-25 50-70 Tijolo refratário
4 96 Sílica refratária
Outros CaO MgO K2O Al2O3 SiO2
Composição (% em peso)
60
MATERIAIS CERÂMICOS CRISTALINOS SEM SILICATOS
NiFe2O4
BaTiO3
ZrO2
UO2
Cr2O3
MgO.Al2O3
MgO
Al2O3
Comp.
Componentes “magnéticos”
Componentes electrónicos
Isolamento térmico (estab. com 10%CaO)
Combustível em reactores nucleares
Revestimentos para resist. ao desgaste
Idem
Resistência ao desgaste
Isolamento térmico e eléctrico
Utilização
Dióxido de urânio
Zircónia (parcial.) estabilizada
Titanato de Bário
Ferrite de Níquel
Óxido de Crómio
Spinel
Magnésia, magnésia refractária
Alumina, alumina refractária
Nome comum
MATERIAIS CERÂMICOS CRISTALINOS SEM SILICATOS
BN
B4C
WC
TaC
TiC
Si3N4
SiC
Comp
Abrasivos Carboneto de Boro
Isolamento Nitreto de Boro
Ferramentas de corte Carboneto de Tungsténio
Resistência ao desgaste Carboneto de Tântalo
Resistência ao desgaste Carboneto de Titânio
Resistência ao desgaste Nitreto de Silício
Abrasivos Carboneto de Silício
Utilização Nome comum
MATERIAIS CERÂMICOS LIGAÇÕES COVALENTES
Ligações interatômicas ocorrem por compartilhamento de elétrons em orbitais cujo tamanho e direção são governados pela mecânica quântica. Estruturas formadas como esqueletos com orientação fixa nas ligações e comprimento fixo das ligações
MATERIAIS CERÂMICOS Carbeto de silício – Estrutura covalente ideal
SiC Covalente [ Esta é uma estrutura β – SiC (cúbica)
As formas α (hexagonal) são mais comuns
Arseniato de Gálio tem a mesma estrutura
MATERIAIS CERÂMICOS Ligações mistas e intermediárias
C e r â m i c a s p o d e m t e r estruturas intermediarias entre ionica e covalente e contem diferentes tipos de ligações, p.ex.: -silicatos ceramicos são feitos de un idades cova len tes tetraedricas SiO4 ( >50% de ligações covalentes) as quais compartilham quinas - SiO2 puro (quartzo) é uma r e d e d e s t a s u n i d a d e s tetraedricas. - a rg i l as ,e tc . , con tendo camadas de silicato unidas fortemente por forças ionicas
MATERIAIS CERÂMICOS Silicato SiO4 - poderia ser um íon
se nenhum dos O fosse compartilhado (SiO4)4 -.
Poderiam ser obtidos compostos como Ca2SiO4 – ortosilicato de cálcio. - Podem formar “ions extendidos” pelo compartilhamento de alguns O para formar camadas ou cadeias , satisfazendo a carga negativa espalhada em cada O não ligado pela presença de íons de balanço.
É possível compartilhar íons suficientes para formar cadeias ou planos de silicatos, p. ex.: MgSi2O5
MATERIAIS CERÂMICOS Vidros comuns
- Vidros comuns: adição óxidos (CaO, Na2O) a rede de SiO4 - cátions quebram rede tetraédrica: vidros fundem a T menores - facilidade obtenção produtos - outros óxidos (TiO2, Al2O3) substituem o silício e se tornam parte da rede
MATERIAIS CERÂMICOS Carbono: não é considerado um material cerâmico por alguns autores Carbono:varias formas polimórficas: - diamante sp3 e carbono amorfo - grafite sp2 e fulerenos/nanotubos - carbono sp unidimensional, etc.
DIAMANTE TEM ESTRUTURA CUBICA (SEMELHANTE a Si, Ge) - Um dos materiais mais fortes e duros - alta condutividade térmica (diferente das cerâmicas) - Transparente no espectro visível e infravermelho, com alto índice de refração - alto custo - Semicondutor – pode ser dopado Ø Metaestável – transforma em carbono a altas temperaturas
MATERIAIS CERÂMICOS Estrutura em camadas com ligações no plano e fracas entre os planos (Van der Waals) - Clivagem facil entre planos, utilizado para lubrificantes e escrita (lapis) - Bom condutor elétrico - quimicamente estável mesmo a altas temperaturas
Carbono: Grafite
MATERIAIS CERÂMICOS https://www.youtube.com/watch?v=CorAjEBOHN4#t=51
Nanotubos de Carbono
