Vidros e Vidrocemicos

Slide 1- Tema

Slide 2 - Sumário

Slide 2 – O que são vidros

São materiais pertencentes as cerâmicas. São silicatos não cristalinos que apresentem outros óxidos em sua composição e a presença desses óxidos tendem a influenciar as propriedades do material.

As características principais desse material é a relativa facilidade com que ele pode ser fabricado e sua transparência.

São sólidos amorfos que não possuem em longo alcance uma estrutura atômica periódica que exibem uma região de comportamento de transição vítrea.

Slide 4 – Composição

A maior parte da composição do vidro é dada por sílica (areia), porem encontramos em sua composição calcário, barrilha e alguns outros óxidos. Como o vidro é um material reciclável, o próprio vidro pode ser usado como matéria prima. Logo, se algum material sai com defeito na ponta da linha de produção ele pode ser usado como matéria prima e ser 100% reaproveitado, e isso faz com que diminua a quantidade necessária de sílica e outros componentes.

Slide 5 – Óxidos mais comuns e introdução aos tipos de vidro

Os óxidos mais comuns são Na2O (oxido de sódio) , CaO (oxido de cálcio) , Al2O3 (oxido de alumino) e B2O3Trióxido de boro. A presença desses óxidos tende a influenciar as propriedades do material, também podemos classificar diferentes tipos de vidro de acordo com sua composição.

A maior parte da composição do vidro é dada pela sílica (areia), porém podemos encontrar outros óxidos em sua composição. Os mais comuns de serem encontrados são Na2O (oxido de sódio) , CaO (oxido de cálcio) , Al2O3 (oxido de alumino) e B2O3Trióxido de boro.

Slide x – Formadores de rede e modificadores de rede

Os óxidos que formam poliedros de óxido, com baixo número de coordenação e se conectam com a rede de tetraedros SiO2 associada ao SiO2 vítreo são os formadores de rede.

E os óxidos que não formam esses poliedros na estrutura do vidro, mas, em vez disso, tendem a romper a continuidade da rede tipo polímero de SiO2 são denominados modificadores de rede, são os óxidos alcalinos e alcalinos terrosos, como Na2O e CaO.

E alguns óxidos, por si só, não são formadores de rede, como Al2O3 e ZrO2, mas o cátion deles (Al ou Zr) podem substituir o íon Si em tetraedros da rede, ajudando na a estabilidade da rede, esses óxidos são classificados como intermediários.

Slide 6 – Sílica Vítrea

“É um vidro altamente puro, e quanto mais puro o vidro, mais elevado é o ponto de fusão” (Guerra,2013). Como possui elevada temperatura de fusão faz com esse material seja usado em fornos industriais e em recipientes para a fusão de silício, material que vai dar origem a chips de computador e a células de conversão de energia solar. A sílica vítrea também possui alta transmitância em comprimentos de onda do ultravioleta médio, o que a torna ideal para lâmpadas que emitem luz nessa faixa de frequência.  Esse material possui também um baixo coeficiente de expansão térmica (nome que se dá ao aumento do volume de um corpo ocasionado pelo aumento de sua temperatura), fazendo com que o material seja resistente a choques térmicos (choque térmico refere-se ao fenômeno que em geral leva à quebra de um material devido a uma variação brusca da temperatura).

Slide 7 – Silica - soda – cal

É o mais comum de ser utilizado, e por isso o mais fabricado. Pode ser usado para fabricação de vasos, vidros planos e vidros de automóvel, cálices grossos e louças de mesa. Possuem uma temperatura de fusão menor e maior coeficiente de expansão térmica se comparado a sílica vítrea. E como já foi visto o coeficiente de expansão térmica é importante na hora que avaliar a resistência do material a choques térmicos.

Composição de aproximadamente 15% NaO2, 10% CaO e 70% SiO2.

Slide 8 – Borossilicatos

Envolvem uma combinação de tetraedros SiO4 e poliedros triangulares BO3. Cerca de 5% Na2O fornece boa conformabilidade do vidro sem sacrificar durabilidade associada aos óxidos de formação de vidros, por essa durabilidade eles tem uma enorme gama de usos : utensílios domésticos (Pyrex) e de laboratórios, lâmpadas e ainda é usado em vidros resistentes ao fogo aumentando a resistência ao impacto e baixando o coeficiente de expansão.Esses vidros são muito resistentes à corrosão química, e têm um coeficiente de expansão térmica baixo, um terço do coeficiente do vidro de soda-cal (ainda que seis vezes o da sílica fundida).

Slide 9 – Vitroceramicos

Vitrocemicas (é um material policristalino com grãos finos) são materiais obtidos através do processo de cristalização dos vidros inorgânicos (cristalização é um tratamento térmico conduzido a altas temperaturas), tratamento conhecido como devitrificação. A formação desses pequenos grãos vidroceramicos pode ser descrito como uma transformação de fases, a qual envolve os estágios de nucleação e crescimento sendo o agente de nucleação comum, o dióxido de titânio. A taxa de cristalização pode ser descrita aplicando os mesmos princípios usados em transformações de fases dos sistemas metálicos. Esses matérias foram projetados para apresentar algumas características especificas, como: resistências mecânicas relativamente elevadas, baixos coeficientes de expansão térmica (para evitar choques térmicos), propriedades para utilização em temperaturas relativamente elevadas, boas propriedades dielétricas (para aplicação em encapsulamento de componentes eletrônicos), e boa compatibilidade biológica. Alguns vitroceramicos podem ser opacos enquanto outros podem ser transparentes. É um material de fácil obtenção.  As aplicações mais comuns para esses materiais são como peças para irem ao forno, peças para irem a mesa, janelas de fornos e tampas de fogões de cozinha – principalmente devido a sua resistência mecânica e excelente resistência a choques térmicos. Também servem como isolantes térmicos e como substratos para placas de circuitos impressos, e são utilizados como revestimento em arquitetura e trocadores de calor e regeneradores.

Slide 10 – Propriedades
A propriedade mais importante do vidro é a sua transparência, que é confirmada pela elevada transmitância na gama do visível. Desta forma, em termos ambientais, o vidro permite a passagem de luz visível, o que atmosfericamente permite o aquecimento do espaço interior que o vidro protege, mas impossibilita a transferência desse mesmo calor para o exterior, dando origem ao principal problema ambiental associado ao vidro: o efeito de estufa. Além da sua transparência, o vidro é habitualmente fabricado em superfícies muito lisas e impermeáveis. Em termos de resistência à compressão, o vidro apresenta um valor significativamente superior ao valor da resistência à tração, mas que não tem significado estrutural. Na prática, mesmo em elementos sujeitos unicamente a forças de compressão, desenvolvem-se sempre tensões de tração, quer devido a fenômenos de instabilidade, quer pelo efeito estrutural do coeficiente de Poisson. Desta forma, o vidro acaba sempre por atingir o seu valor de resistência à tração, muito antes de atingir a sua resistência à compressão.
O vidro é um material perfeitamente elástico: nunca apresenta deformações permanentes.
Contudo, é frágil, o que significa que, submetido a uma flexão constante, parte sem apresentar indício das causas. Algumas das propriedades são sensíveis a mudança de temperatura.