Cerâmicos

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

Neste capítulo vamos aprender sobre o que são os materiais metálicos. Já se questionaram porque o vidro é transparente?

Vamos descobrir o porque ?????????

Caracteristica dos materiais cerâmicos

Os materiais cerâmicos são materiais inorgânicos e apresentam ligações predominantemente iônica , vamos relembrar? Ligacoes iônicas são aquelas cujo objetivo é o alcance da estabilidade, ou seja, compor 8 elétrons na ultima camada de valencia.

Por exemplo:

Lembram do sal de cozinha? Conhecido também por cloreto de sódio , este é um exemplo de ligação iônica, que ocorrem entre um elemento metálico (Na) e não metálico (Cl).

O Sódio (Na) na sua bondade doa um elétron para o cloro (Cl) que possui 7 elétrons na ultima camada de valencia, com o eletron doado pelo sódio, ele encontra a sua estabilidade formando 8 eletrons. Só troca de generosidades :D

Outra característica peculiar dos materiais é o elevado ponto de fusão, o que justifica suas aplicações, como por exemplo o tijolo refratário utilizado para construir uma lareira ou ate mesmo uma churrasqueira, para comer aquela picanha mal passada. A cerâmica é altamente resistente ao calor, justamente por causa dessa característica.

Os materiais cerâmicos são geralmente duros e frágeis, mas o que isso quer dizer??? Devido suas ligações iônicas, alguns cerâmicos apresentam uma dureza próxima ao diamente (resistente ao desgaste por exemplo) e a sua fragilidade é devido a baixa resistência mecânica a tração, mas resistente a compressão.

Classificação dos materiais cerâmicos

Cristalinos: a estrutura cristalina dos cerâmicos é mais complexa que a dos metais, uma vez que eles são compostos pelo menos por dois elementos. Incluem os cerâmicos à base de Silicatos, Óxidos, Carbonetos e Nitretos. Utilizados para aplicações onde necessitam de resistência a abrasão e também utilizado em aquecedores de fornos.

E como saber que é um material cristalino? Observem a estrutura abaixo: 3 elementos diferentes e cada um ocupa uma posição distinta.

Exemplo: Titanato de Bário (BaTiO3 )

Amorfo: em geral com a mesma composição dos cristalinos, diferindo apenas o processamento, a cerâmica amorfa é o vidro. E como ele é obtido? Ele é fundido a aproximadamente 1500 ° C e depois resfriado até solidificar, podendo receber o formato que desejar. O vidro comum é formado pelo aquecimento de areia de sílica (SiO2), carbonato de sódio (Na2CO3) e carbonato de cálcio (CaCO3).

E vocês já se perguntaram porque o vidro é transparente? Vamos analisar a estrutura a seguir!! Na imagem da esquerda , nota-se uma estrutura organizadinha , bonitinho, cmo já vimos é uma estrutura cristalina. A estrutura da direita toda zoada, é uma estrutura amorfa, notem que as moléculas ficam mais distantes entre si, isso favorece na passagem de luz.

Vidro- cerâmico: Formados inicialmente como amorfos e tratados termicamente, também popularmente conhecido com vidro temperado. Muito utilizado em fogões, fornos de usinas, placas vitrocerâmicas e outros. A principal característica deste material é a elevada resistência ao choque térmico. Como exemplo temos o vidro usado nos cooktop.

Processos de Fabricação de Materiais Cerâmicos Cristalinos

A fabricação dos materiais cerâmicos se assemelham a produção de pãozinho de padaria, que basicamente constitui como “matéria prima”: farinha, sal, fermento e água, onde estes são colocados para assar em formas até a obtenção do pão quentinho e fofinho.

Para a obtenção da cerâmica obtem-se primeiramente a matéria prima que pode ser por exemplo: silicatos de alumínio, matérias orgânicas entre outros. Posteriormente estes são misturados com água para a formação de uma massa “plástica” denominada barbotina. Depois essa massa são conformadas, e para isso tem difereeeeeeeeentes técnicas, que variam conforme o produto que se deseja obter: cimentos, vidros ou cerâmica particulada. Após conformados, estes são secos e queimados (também conhecido como sinterização) e acabamento final quando necessário.

Vamos conhecer as técnicas de produção dos materiais cerâmicos???

Para a obtenção do vidro temos:

  1. Prensagem:  formação no molde é feita através da compressão de vidro com auxílio de um pino de prensagem. Utilizado para vidros de boca larga como potes de alimentos.
  2. Sopro:  formação da embalagem tanto no molde quanto na forma são feitas com ar comprimido. Utilizados para produção garrafas de refrigerante por exemplo (boca estreita).
  3. Laminação: processo de fabricação do vidro laminado ocorre a partir da prensa de duas lâminas de vidro liso ou polido com uma lâmina intercalada de plástico em um forno para a sinterização.
  4. Conformação de fibras: feita por fiação para a obtenção das fibras. Há uma matriz com furos de diferentes diâmetros que motivarão a grossura da fibra. Os fios são puxados manualmente por um operador.

Para a obtenção de materiais particulados:

  1. Prensagem de pó: o pó  é compactado  em um molde metálico por meio de pressão aplicada em uma única direção. A geometria da peça ocorre pela pressão aplicada e conformação no molde.
  2. Conformação hidroplástica: utilizada para a obtenção de tijolos, azulejos e etc. É uma mistura de argila com água, depois conformado e secado.
  3. Colagem de barbotina: é adicionado um material em suspensão (misturado a água), onde esse material é colocado em um molde de gesso poroso que “absorve”a água, sobrando apenas o material particulado que se adere a superfície obtendo então o produto final. Processo barato e simples.
  4. Colagem em fita: mistura cerâmica é colocada em uma esteira, semelhantes aquelas de academia, saca? Essa esteira contem uma fita flexível devido ao ligante e após o processo ela é enrolada em bobinas para depois ir para a queima.

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Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Responda às afirmativas a seguir, que se referem ao processamento, comportamento e empregos dos materiais cerâmicos, com falso (F) ou verdadeiro (V).

( ) Materiais cerâmicos são materiais orgânicos e apresentam ligações iônicas

( ) Os materiais cerâmicos podem ser cristalinos, amorfos ou uma mistura de ambos.

( ) As propriedades isolantes, elevada a resistência ao calor e à corrosão os tornam apropriados para isolamento fornos.

  1. VVV
  2. VFV
  3. FVV
  4. FFF
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Passo 1

Na primeira alternativa vamos analisar as afirmações. Nota-se que já é possível encontrar o primeiro erro na afirmação, os materiais cerâmicos são compostos inorgânicos, pois são formadas por átomos ou moléculas de pelo menos dois elementos diferentes. Exemplo: Al2O3 (óxido de alumínio), e realmente apresenta ligações iônicas, onde há o compartilhamento de elétrons para alcançar 8 elétrons na última camada de valência.

Passo 2

A segunda afirmação está correta, apresentando as três classificações: cristalinos, amorfos e vidro- cerâmicos.

Passo 3

A terceira afirmação está correta os materiais cerâmicos apresentam excelente resistência a calor, corrosão, por essas características utilizam-se em fornos, lareiras e etc.

Resposta

Alternativa 3

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Sua mãe por falta de conhecimento colocou um chá quentinho em um copo de vidro e instantes depois o copo quebrou. Você como futuro engenheiro deverá explicar para sua mãe o que ocorreu.

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Passo 1

Os vidros não são resistentes ao calor, ao ser adicionado o chá quente, a primeira parte do copo ao entrar em contato com o liquido, começa a sofrer expansão ao contrário das outras partes que ainda não estão “quentes”

Passo 2

Essa variação de temperatura gera um “stress” na estrutura molecular onde favorece a quebra do copo devido ao choque térmico.

Resposta

O copo quebrou devido ao choque térmico de variação de temperatura

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

De acordo com o processo de fabricação dos materiais cerâmicos, escolha a alternativa incorreta:

  1. Os materiais cerâmicos são produzidos a partir da composição de duas ou mais matérias-primas, água e outros elementos.
  2. Sinterização é o processo de secagem utilizado após o tratamento térmico dos materiais
  3. A secagem é um processo importante para a eliminacao da água residual
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Passo 1

Os materiais cerâmicos são produzidos com dois ou mais elementos (silicatos, óxidos e etc.). Para obter a pasta para o processamento é adicionado a água.

Passo 2

A sinterização ocorre posteriormente a secagem, onde são submetidas a um tratamento térmico a altas temperaturas (900 ºC -1600 ºC) fornos.

Passo 3

Após a formação, as peças permanecem com a presença de água, sendo necessária a secagem para a eliminação.

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

De acordo com as propriedades mecânicas dos materiais cerâmicos, escolha a alternativa incorreta:

  1. Os materiais cerâmicos apresentam fratura frágil, com boa absorção de energia na forma de deformação plástica
  2. Os materiais cerâmicos apresentam fratura frágil pouco ou nenhuma absorção de energia na forma de deformação elástica
  3. Os materiais cerâmicos apresentam fratura frágil pouco ou nenhuma absorção de energia na forma de deformação plástica
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Passo 1

Os materiais cerâmicos são materiais frágeis quanto a tensão de tração, são materiais duros e considerados frágeis.

Passo 2

Portanto ele não apresenta deformação plástica, somente deformação elástica, não sendo considerado um material tenaz.

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Sobre a conformação hidroplástica, escolha a alternativa incorreta:

  1. Mistura de água com árgila sendo facilmente deformáveis
  2. Mistura plástica de facil conformação
  3. Tijolos não podem ser obtidos por este metodo devido a materia prima empregada neste processo.
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Passo 1

Como o próprio nome já nos remete, a conformação hidro (água) plástica (deformável) torna a mistura de fácil deformação.

Passo 2

Tijolos, blocos cerâmicos, azulejos e entre outros podem ser obtido através deste processo.

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Sobre a barbotina marque a opção correta.

  1. Suspensão aquosa para ser vertida em moinho de bolas
  2. São usados defloculantes para obter uma massa menos hidratada
  3. Quanto maior o teor de água na massa melhor será as propriedades mecânicas finais do produto
  1. I e II
  2. I e III
  3. II e III
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Passo 1

A suspensão é aquosa para facilitar o processamento e a moldagem do material

Passo 2

Sais de metais alcalinos ou amônio para uma massa com menor teor de água

Passo 3

O elevado teor de água torna o material mais frágil, pois durante a sinterização a água evapora gerando vazios.

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Sobre a conformação em fita assinale a opção correta.

  1. Processo utilizado para a obtenção de produtos laminados
  2. A desvantagem deste processo é a rugosidade superficial das laminas e espessura irregular
  3. A velocidade da colagem das fitas não influencia no processo
  1. I
  2. I, II e III
  3. I e II
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Passo 1

Processo ideal para a obtenção de elementos laminados

Passo 2

Este processo favorece para um bom acabamento superficial e controle da espessura das lâminas.

Passo 3

A velocidade influencia pois pode comprometer a espessura do material conformado.

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Analise a imagem a seguir e determine a qual etapa do processo de obtenção dos materiais cerâmicos este se encaixa:

  1. Conformação
  2. Sinterização
  3. Mistura do pó com a água
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Passo 1

Observem a redução da quantidade de superfície por unidade de volume

Passo 2

Ocorre a evaporação da água. Formando uma espécie de pescoço entre os grãos

Resposta

Alternativa II

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