Questão 21 - Cite e explique as aplicações dos materiais cerâmicos.

Passo 1

O enunciado pede para citar e explicar as aplicações dos materiais cerâmicos. O conteúdo aqui é Ciência e Engenharia de Materiais, especificamente cerâmicas tradicionais e avançadas, e vamos organizar a resposta distinguindo categorias de aplicações (estrutural, funcional, biomédica, energia/ambiental).

Passo 2

Primeiro, definimos cerâmicas como materiais inorgânicos, não metálicos, tipicamente à base de óxidos (por exemplo, \text{Al}_2\text{O}_3, \text{SiO}_2), carbetos ( \text{SiC}), nitretos ( \text{Si}_3\text{N}_4) ou materiais compósitos cerâmicos. Classificam-se em:
– Cerâmicas tradicionais: refratários, porcelanas, ladrilhos.
– Cerâmicas avançadas (ou funcionais): destinadas a propriedades elétricas, magnéticas, químicas ou mecânicas específicas.

Passo 3

Cerâmicas estruturais
Elas exploram alta dureza, resistência à compressão e estabilidade térmica. Aplicações típicas:
– Refratários para fornos industriais e revestimentos de usinas siderúrgicas.
– Componentes de motores (pistões e anéis de vedação cerâmicos) em aplicações automotivas de alta temperatura.
– Ferramentas de corte e abrasivos, usando carbetos ( \text{SiC}, \text{WC}).
– Ladrilhos e revestimentos cerâmicos na construção civil pela durabilidade e isolamento.

Passo 4

Cerâmicas funcionais
Aqui aproveita-se a resposta elétrica, magnética ou óptica:
– Capacitores e varistores cerâmicos à base de titanato de bário ( \text{BaTiO}_3) em eletrônica.
– Elementos piezoelétricos (sensores, atuadores e transdutores ultrassônicos).
– Memórias FRAM e componentes de micro-ondas usando ferritas magnéticas.
– Revestimentos dielétricos em cabos de alta tensão.

Passo 5

Cerâmicas biomédicas
A biocompatibilidade e a dureza tornam-nas úteis para implantes:
– Próteses ortopédicas de cerâmica de zircônia ( \text{ZrO}_2) e alumina ( \text{Al}_2\text{O}_3).
– Implantes dentários e ossos artificiais, aproveitando osteointegração e resistência ao desgaste.
– Recobrimentos bioativos (hidroxiapatita) que estimulam crescimento ósseo.

Passo 6

Cerâmicas para energia e meio ambiente
A atividade química e a estabilidade térmica são essenciais:
– Eletrólitos sólidos em células a combustível de óxido sólido (SOFC), p.ex. \text{Y}_2\text{O}_3-estabilizado \text{ZrO}_2.
– Membranas cerâmicas para separação de gases (oxigênio, hidrogênio).
– Catalisadores e suportes cerâmicos em reatores e conversores automotivos.
– Sensores de gás e detectores de poluentes baseados em óxidos semicondutores (tinóxido, \text{SnO}_2).

Resposta

\bullet Cerâmicas estruturais: refratários, componentes automotivos, ferramentas de corte, revestimentos e ladrilhos.
\bullet Cerâmicas funcionais: capacitores, varistores, dispositivos piezoelétricos, ferritas magnéticas e dielétricos de alta tensão.
\bullet Cerâmicas biomédicas: implantes ortopédicos (zircônia, alumina), próteses dentárias e recobrimentos bioativos (hidroxiapatita).
\bullet Cerâmicas para energia e meio ambiente: eletrólitos sólidos para SOFC, membranas de separação gasosa, catalisadores cerâmicos e sensores de gases.

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