A DISCIPINA DE TOPICOS ESPECIAS EM CERAMICAS

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA – UFPB

CENTRO DE TECNOLOGIA – CT

DISCIPINA DE TOPICOS ESPECIAS EM CERAMICAS

PROFESSOR: SHEILA ALVEZ

Rafael Santana - 20160163595

Cerâmicas avançadas

JOÃO PESSOA / PB

JUNHO / 2019

Cerâmica avançada

A palavra cerâmica vem do grego KSpajj.oa (keramos) e significa argila, telha e vaso de barro. O termo “cerâmica” engloba uma ampla variedade de produtos, sendo que todos eles têm em comum o fato de serem materiais inorgânicos e não-metálicos, que são moldados através de pressão e/ou calor, e em seguida são sinterizados.

 Em decorrência de apresentarem um ponto de fusão muito alto, a grande maioria dos componentes cerâmicos é produzida por sinterização de pós ao invés da solidificação de um líquido . Embora a cerâmica já venha sendo usada há mais de 3000 anos para produtos tradicionais tais como tijolos, telhas, porcelanas, vasos artísticos, louças sanitárias, pisos cerâmicos, cimentos, etc, somente nos últimos 50 anos o desenvolvimento da tecnologia permitiu um conhecimento muito melhor dos materiais cerâmicos e do seu processamento. Descobriu-se que os minerais naturais poderiam ser refinados e que novas composições poderiam ser sintetizadas para que fossem obtidas cerâmicas com propriedades únicas . Este novo tipo de cerâmica ficou conhecido como cerâmica avançada, cerâmica de engenharia, cerâmica estrutural ou ainda, cerâmica técnica de alto desempenho.

Vantagens e limitações da cerâmica avançada

Nos últimos anos tem-se verificado a substituição de um material por outro em muitas aplicações gerais de engenharia. A cerâmica avançada apresenta como vantagens na sua utilização uma quantidade ilimitada da matéria-prima, uma menor dependência de matérias-primas estratégicas sempre requeridas para ligas de alta temperatura, uma compatibilidade ambiental na obtenção da matéria-prima e, para uma condução adequada do processo de fabricação, uma economia de custos. Devido a suas propriedades únicas, a cerâmica avançada apresenta na sua utilização um melhor desempenho quando comparada a outros tipos de materiais. Dentre as vantagens do seu uso podemos citar: melhor resistência ao desgaste, melhor resistência à corrosão, melhor resposta dinâmica, alta resistência mecânica, alta dureza, inércia química, estabilidade dimensional, resistência e estabilidade a altas temperaturas, baixa densidade, baixo coeficiente de atrito, módulo de elasticidade alto, refratariedade e propriedades elétricas e eletromagnéticas únicas .

Pelo fato de apresentarem propriedades tão específicas, as cerâmicas respondem melhor aos requisitos impostos para o projeto de peças quando comparadas com os metais e os polímeros. Isto se deve às peculiaridades dos tipos de ligações presentes nos materiais cerâmicos: ligações covalentes e iônicas. No entanto, também em função dos tipos de ligações presentes, as 6 dificuldades de conformação dos materiais cerâmicos são bèm maiores quando comparadas com os outros materiais .

O sucesso da aplicação da cerâmica depende muito da habilidade do engenheiro de projetos em desenvolver estruturas e componentes de forma a utilizar adequadamente as propriedades vantajosas da cerâmica e minimizar o impacto das características limitantes. A principal característica limitante da cerâmica, a qual afeta o projeto do componente, é a sua natureza frágil, ou seja, a cerâmica rompe-se drasticamente após ter sofrido pequena ou nenhuma deformação plásticas. Embora, em geral, os produtos cerâmicos avançados sejam de dimensões reduzidas, eles constituem-se, na maioria das vezes, em componentes fundamentais para a viabilização de produtos e equipamentos de alta tecnologia.

Matérias primas

Óxidos cerâmicos

 

Convencionou-se designar Óxidos cerâmicos a um conjunto de Óxidos que, por possuírem certas propriedades, são amplamente usados em diferentes ramos industriais. Estes materiais baseiam-se, na maioria dos casos, em Óxidos de apenas um elemento metálico, como por exemplo Al,o,, ZrO,, MgO, Ti02 , BeO, etc. As propriedades destes Óxidos são freqüentemente melhoradas quando maior for o grau de pureza. Normalmente, adiciona-se, controlada mente, aditivos, com o objetivo de otimizar o processo de fabricação e/ou melhorar as propriedades finais das peças sinterizadas. Em outros casos, somente com uma mistura de dois ou mais Óxidos adquiri-se determinadas propriedades. Este caso refere-se aos Óxidos cerâmicos usados na tecnologia elétrica/eletrônica.

Não óxidos

A característica predominante dos materiais cerâmicos não-Óxidos é o tipo de ligação química, que é essencialmente do tipo covalente. As ligações covalentes proporcionam, a este materiais, excelentes propriedades, tais como boa resistência mecânica em altas temperaturas, excelente resistência ao desgaste, baixas constantes dielétricas, alta condutibilidade térmica, ampla faixa de condutibilidade elétrica e alta resistência a corrosão.    

Os materiais cerâmicos não-Óxidos são constituídos principalmente por elementos de baixo número atômico, como boro, alumínio, silício, carbono e nitrogênio.

Principais Matérias primas

Alumina (Al203)

Alumina cerâmica calcinada e extensivamente aplicada em diferentes campos da tecnologia moderna. Este fato está ligado as várias propriedades deste Óxido, tais como alta resistividade elétrica, alta resistência a abrasão e ao desgaste, resistência a altas temperaturas e o caráter inerte; associadas a grande disponibilidade e ao baixo custo do pós de Al203 e a relativa facilidade de processamento e sinterização de peças cerâmicas. Por ser um material muito empregado na alta tecnologia, a literatura já dispõe de muitas informações técnicas a respeito do processamento para obtenção do pode Al203, do comportamento de sinterização e das propriedades das peças sinterizadas.

Zircônia (Zr02)

        A zircônia também e um importante material entre os Óxidos cerâmicos. Ela apresenta polimorfismo, existindo em três formas alotrópicas monoclínica , tetragonal (estável entre 1100 e 2370QC) e cúbica (estável acima de 2370QC). Na transformação tetragonal - monoclínica (durante o resfriamento) ocorre uma expansão volumétrica de 3%, produzindo trincas no corpo cerâmico. Este problema pode ser evitado adicionando-se certos aditivos , como CaO, MgO e Y203, que estabilizam a fase cúbica da zircônia. De pendendo da concentração dos aditivos, a estabilização pode ser completa (100% da fase cúbica) ou parcial (mistura da fase cúbica com tetragonal e/ou monoclínica).