O Processamento de materiais cerâmicos

SUMÁRIO

1. Introdução        3

2. Prensagem        4

3. Colagem de barbotina (Slip casting)        6

4. Colagem de fitas (Tape casting)        7

5. Moldagem por injeção cerâmica        8

6. Moagem e análise do tamanho das partículas        9

7. Sinterização        9

8. Experimentos realizados        10

9. Conclusão        13

REFERÊNCIAS        14

1. Introdução

Os processos de fabricação cerâmica consistem na aplicação de metodologias e técnicas que visam produzir vários tipos de materiais, como: azulejos, peças sanitárias, porcelanatos, materiais para construção civil, entre outros.

 

Os métodos de fabricação abordados neste relatório serão:

• Prensagem (uniaxial, a quente e isostática);
• Colagem de barbotina (Slip casting);
• Colagem de fitas (Tape casting);
• Moldagem por injeção cerâmica;

Também serão expostos neste relatório sinterização, moagem e análise de partículas.

2. Prensagem

        A prensagem consiste em compactar um pó granulado, devidamente preparado, contido no interior de um molde flexível ou de uma matriz rígida, através da aplicação de pressão. É o procedimento de conformação mais utilizado pela indústria cerâmica devido a elevada produtividade, facilidade de automação e capacidade de produzir peças de tamanhos variados sem contração de secagem e com baixa tolerância dimensional.

        Pode-se dizer que esta operação exige a realização de três fases ou etapas:

1. Preenchimento da cavidade do molde;
2. Compactação do pó;
3. Extração da peça;

Os objetivos desta operação são obter peças uniformes, de acordo com o projeto, como também obter uma microestrutura adequada às características finais desejadas.

2.1. Prensagem uniaxial

        É um dos processos de conformação mais utilizados na indústria cerâmica devido ao seu baixo custo e alta produtividade. A mistura é prensada uniaxialmente (em apenas uma direção), em um molde com a forma da peça a obter, como mostra o esquema da figura 1. Este método pode ser dividido em três estágios:

1. Densificação do material. Ocorre o empacotamento e rearranjo dos grânulos reduzindo o volume de poros intergranulares, o pó é compactado até uma pressão de início de deformação ou fratura dos grãos.
2. O processo de deformação e fratura se intensifica e o volume de poros é reduzido mais ainda. O grau de compactação do corpo se torna idêntico ao grau de compactação dos grânulos.
3. Teoricamente não há porosidade intergranular.

Vantagens da prensagem uniaxial:

• Produção rápida;
• Uniformidade de formas e tolerâncias apertadas;

Desvantagens da prensagem uniaxial:

• Não uniformidade de propriedades ao longo de toda a peça;
• Formação de um gradiente de pressão, que conduzem a gradientes de densidades na peça;

[pic 1]

Figura 1: Representação esquemática da prensagem uniaxial

         2.2. Prensagem Isostática

        O mesmo material usado na prensagem uniaxial é utilizado neste tipo de prensagem. O pó é colocado num molde flexível que, por sua vez, é inserido num certo líquido, o qual é pressionado após o fechamento. Como mostra o esquema da figura 2. Este mecanismo de compactação leva em conta o princípio de Pascal, o qual estabelece que a alteração de pressão produzida em um fluido em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do fluido e às paredes do seu recipiente.

[pic 2]

Figura 2: Prensagem isostática.

        Este processo permite menor atrito entre as partículas do pó e a parede do molde, o que faz a peça apresentar maior uniformidade de densidade. Pode ser a quente (Hot Isostatic Pressure - HIP) ou a frio, a HIP proporciona ao material melhores propriedades mecânicas e maires densidades do que na sinterização sem pressão ou com pressão uniaxial. A figura 3 mostra um esquema do processo de conformação isostática a quente. É utilizado para fabricação de velas de ignição, cadinhos, ferramentas de corte.

[pic 3]

Figura 3: Esquema HIP.

3. Colagem de barbotina (Slip casting)

        É um processo muito antigo e amplamente utilizado para obtenção de peças cerâmicas como, louças sanitárias, jarros, refratários, etc. É normalmente descrito como a consolidação de partículas cerâmicas de uma suspensão coloidal, através da remoção da parte líquida por um molde absorvente, geralmente gesso (Paris). A barbotina é colocada dentro do molde, e por difusão as moléculas de água migram para as porosidades do gesso, deixando assim uma grande quantidade de pó na superfície do molde. Após a formação da parede com espessura desejada (a depender do tempo), a barbotina excedente é drenada, restando dentro do molde a peça verde. Conforme podemos observar na figura 4.

[pic 4]

Figura 4: Etapas da colagem de barbotina. Fonte: Pallone, 2013.

        Apesar da técnica de colagem de barbotina ser antiga, é necessário o desenvolvimento de uma formulação (pó cerâmico + aditivos de moldagem) adequada, de acordo com as características de cada pó cerâmico.

Na figura 5 abaixo podemos observar alguns produtos fabricados por este processo.

[pic 5]	[pic 6]
Figura 5: Souvenirs confeccionados através do método de colagem por barbotina.

4. Colagem de fitas (Tape casting)

 

        Como o próprio nome indica, lâminas/lençóis finos de uma fita flexível são produzidas através de um processo de fundição essas lâminas são preparadas a partir de um processo de fundição.  Essas lâminas são preparadas a partir de suspensões.  Esse tipo de suspensão consiste em uma suspensão de partículas cerâmicas em um líquido orgânico que também contêm aglutinantes e plastificantes, que são incorporados para introduzir resistência e flexibilidade a fita fundida.  A fita é formada pelo derramamento da suspensão sobre uma superfície plana (de aço inoxidável, vidro, filme polimérico ou papel), uma lamina afiada espalha a suspensão na forma de uma  fita fina de espessura uniforme. A figura 6.A demonstra uma simplificação esquemática do processo.

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