Materiais Cerâmicos - A base de silicatos

Curso: Engenharia                                         Disciplina: Processos de Fabricação

tema: Materiais Cerâmicos –  a base de silicatos

1. Definições

silicatos (SiO44- ) : são compostos com silício (Si) e oxigênio (O) – elementos abundantes na crosta terrestre (solo – rochas – areia – argila).

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sílica (SiO2): material a base do silicato

1. Produtos a Base de Argila

possuem as seguintes etapas de processo de fabricação:

• a argila misturada com a água pode ser conformada;
• a peça conformada é secada para a remoção da umidade;
• a peça seca é tratada termicamente para almentar a sua resistência mecânica;

1. louças

1. porcelanas
2. louças de mesa
3. louças sanitárias

1. produtos estruturais

1. tijolos
2. azulejos
3. tubulações

1. Características das Argilas

• Hidroplasticidade: plasticidade com o acréscimo de água;

• as moléculas de água se posicionam entre as lâminas da estrutura cristalina da argila;
• desta forma, pode ocorrer o deslizamento entre lâminas (plasticidade água+argila);

• Fusão para uma faixa de temperatura (conforme a composição da argila);
• São aluminossilcatos: alumina (Al2O3) + sílica (SiO2) + água + impurezas (Ba + Ca + Na + K + Fe);

1. Composição dos Produtos à Base de Argila

Ingredientes plásticos: argila

Ingredientes não plásticos:

• Minerais

• Sílex (usado como carga)
• Quartzo (usado como carga)

• Porém quando fundido forma o vidro;

• Feldspato (usado como fundente – diminui o ponto de fusão);

Produtos à Base de Argila  =  

50% (Ingredientes Plásticos)  +   (Ingredientes Não Plásticos=25%carga + 25%fundente)

1.   Processo de Fabricação dos Produtos à Base de Argila

• Moagem da matéria-prima: redução das partículas com controle da granulometria (maceração);

• as propriedades da argila regulam as propriedades da cerâmica;

[pic 2]        [pic 3]

 [pic 4]

• Mistura do puilverizado com água (barbotina);

• para a formação de uma pasta homogênea
• A água interfere no processo de secagem, cozimento  promovendo efeitos de retração.

• Conformação ( e peça nesta fase possui um baixo Limite de Escoamento);

• conformação por suspensão;
• conformação hidroplástica (extrusão);
• conformação por prensagem .

• Secagem

• deve ser lenta e gradual, para evitar tensões, em secadores , a temperaturas variáveis entre 50 ºC e 150 ºC.;

• Cozimento

• para a maioria dos produtos situa-se entre 800 ºC a 1700 ºC, em fornos que operam em três fases:

• aquecimento da temperatura ambiente até a temperatura desejada
• patamar durante certo tempo na temperatura especificada;
• resfriamento até temperaturas inferiores a 200 ºC. - Antes de abrir a porta do forno, ocorre um tempo de espera de 12 horas para esfriar para não ocorrer trinca  por choque térmico

• O ciclo de queima compreendendo as três fases, dependendo do tipo de produto, pode variar de alguns minutos até vários dias. Durante esse tratamento ocorre uma série de transformações em função dos componentes da massa, tais como: perda de massa, desenvolvimento de novas fases cristalinas, formação de fase vítrea e a soldagem dos grãos. Portanto, em função do tratamento térmico e das características das diferentes matérias-primas são obtidos produtos para as mais diversas aplicações.

Efeitos do Calor nos Produtos à Base de Argila

• 20°C a 150°C: evaporação da água de capilaridade;
• 150 °C a 600°C: evaporação da água de plasticidade. A argila vai se enrijecendo;
• Acima de 600°C: desidratação química, evaporação da água de constituição, queima da matéria orgânica.
• Carbonetos são calcinados e transformados em óxido;
• Acima de 950°C: vitrificação.

1.   Conformação (Fundição) por Suspensão

1. Pasta fluida (30 a 50% de água) vertida em moldes porosos de gesso, a peça de desprende por retração.

1.  Porcelanas,
2. louças sanitárias.

1. Pasta plástica (25 a 40% de água): processo mais antigo. A argila pastosa é moldada em moldes de madeira ou tornos de oleiro.

1. Vasos,
2. tijolos brutos,
3. pratos,
4. xícaras.

Processo:

• consiste de uma suspensão de argila em água que é derramada em um molde poroso;
• a água em suspensão é absorvida no interior do molde, formando uma camada sólida sobre a parede do molde. È possível controlar a camada da espessura, através da repetibilidade das deposições de suspensão. Sendo que a totalidade de preenchimento da cavidade ocorre com várias deposições.

(a) peça sólida                                                            (b) processo com dreno, formando peças ôcas  

1.  Conformação Hidroplástica – (20% a 35% de água)

• Extrusão (semelhante à extrusão de metais);

• Tijolos;
• Blocos cerâmicos;
• Tubos;
• Azulejos;

Processo: a cerâmica plástica é forçada através de uma matriz por meio de uma rosca sem fim (acionada por um motor) onde o duto da rosca possui saídas de ar para uma melhor compactação da mistura.

A extrusora é dotada de uma câmara a vácuo para facilitar a desareação da massa, na qual sai em uma fita contínua e é cortada conforme o tamanho especificado do revestimento.

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