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  1. 1. Cerâmicas a base de Silicato
  2. 2. CERÂMICOS CRISTALINOS A BASE DE SILICATOS Composição (% em peso) SiO2 Al2O3 K2O MgO CaO Outro s Sílica refractária 96 4 Tijolo refractário 50-70 45-25 5 Mulite refractária 28 72 ---- Porcelana eléctrica 61 32 6 1 Porcelana steatite 64 5 30 1 Cimento Portland 25 9 64 2 Os cerâmicos cristalinos à base de Silicatos não são usados como materiais estruturais (não são considerados cerâmicos avançados)
  3. 3. Unidade básica dos silicatos • Muitos materiais cerâmicos, principalmente do grupo dos tradicionais contém silicato, pois são abundantes e baratos • A unidade básica dos silicatos é o tetraedro SiO4 -4 no qual um átomo de silício é cercado por quatro oxigênios (rSi / rO =0,29 tabela NC=4 estrutura tetraedal) cada um com um elétron disponível para realizar ligações químicas • Existem duas formas dessas ligações acontecerem: • Com outros átomos metálicos • Cada oxigênio pode compartilhar um par de elétrons com um segundo átomo de silício.
  4. 4. Ligações entre os tetraedros formando estruturas
  5. 5. No caso dos oxigênios se ligarem a outros silícios a estrutura pode crescer de forma análoga a polimerização • Estrutura em cadeia: • Os tetraedros são arranjados em cadeias simples ou duplas. • Exemplos: • Pirofilita: Al2Si4O10(OH)2 principal componente da pedra sabão • Asbesto (amianto): Mg3Si2O5(OH)4 Conhecido material resistente ao calor, mas cancerígeno e por isso proibido em muitos países. • Ligações secundárias mantém essas cadeias unidas
  6. 6. Estrutura em camada da argila caulin ou caulinita • Estrutura em camada: • Os arranjos das unidades tetraédricas é segundo um plano. • Ligações mais fracas que as existentes no tetraedro mantém as camadas unidas. • Desta forma surgem propriedades distintas dos cerâmicos nos materiais com essa estrutura. • Exemplos: • Mica: KAl3Si3O10(OH)2 clivagem • Argila Al2(Si2O5)(OH)4 caulin plasticidade • Talco: Mg3Si4O10(OH)2 lubrificante
  7. 7. Estrutura em camada nos silicatos
  8. 8. Aspecto da mica: Silicato com estrutura em camadas
  9. 9. Com a adição de água as ligações fracas entre as camadas são rompidas, causando o escorregamento entre elas e a deformação observada na argila
  10. 10. Estruturas tridimensionais de silicato (sílica- SiO2) • Quando os tetraedros se unem de forma a todos os oxigênios estarem ligados à átomos de silício formam-se estruturas cristalinas tridimensionais. • Há três formas cristalinas da sílica: • Quartzo α,até 570ºC (ao lado) • Quatzo β, até 870ºC(ao lado) • Tridimita de 870ºC até 1470ºC • Cristobalita de 1470ºC até 1713ºC (estrutura ao lado)
  11. 11. Noções sobre vidros • O vidro é um silicato amorfo (não cristalino) Tem comportamento de um líquido mas possui ligações 50% covalentes e 50% iônicas, ao contrario da maioria dos liquidos. • Na estrutura amorfa do vidro, podem-se ajustar facilmente outros átomos, como CaO Na2O. Esses átomos fazem ligações preferencialmente do tipo iônicas que são menos rígidas que as 50% covalentes, permitindo que sejam moldados à temperaturas mais baixas.
  12. 12. Efeito da temperatura sobre os vidros • 1-Ponto de fusão viscosidade 10 Pa-s (pascal segundo) vidro é fluído como líquido • 2-Ponto de trabalho 103 Pa-s O vidro é facilmente deformável nessa temperatura • 3-Ponto de amolecimento 4 x 106 Pa-s Mínima temperatura de manuseio do vidro • 4-Ponto de recozimento 1012 Pa-s T na qual a difusão atômica é suficiente para remover as tensões residuais • 5-Ponto de deformação 3 x 1013 Pa-s T menores causarão fraturas, transição para o estado vítrio • 1Pa.s = 10 Poise (1Pa.s=1Kg/m.s e 1P=1g/cm.s)
  13. 13. VIDROS (CERÂMICOS AMORFOS) Tipos de vidros SiO2 B2O3 Al2O3 Na2O CaO MgO K2O ZnO PbO Utilização Sílica vítrea 100 Vidro alta pureza(*) Borosilicato 76 13 4 5 1 Vidro p/ química Vidro (janelas) 72 1 14 8 4 Vidro (conten.) 73 2 14 10 Fibra vidro E 54 8 15 22 Fibras p/ compósitos Verniz 60 16 7 11 6 Enamel 34 3 4 17 42 Revestimento p/ metais
  14. 14. PROCESSAMENTO DE VIDROS
  15. 15. Processo para fabricação de chapa de vidro
  16. 16. Têmpera nos vidros • Faz-se um resfriamento rápido no vidro, normalmente com ar forçado, gerando tensões compressivas na parte externa e trativas na parte interna, deixando a peça de vidro mais resistente ao choque.
  17. 17. NOÇÕES DE CERÂMICAS TRADICIONAIS • A COMPOSIÇÃO GERAL DAS CERÂMICAS TRADICIONAIS: • Argila: Caulim ou caulinita Al2(Si2O5)(OH)4 • Sílica (quartzo SiO2): Material de enchimento de alto ponto de fusão e não reativo • Feldspato: Fluxo, forma um ligante vítrio de baixo ponto de fusão com a argila: • 3Tipos: potássico: KAlSi3O8 • sódico: NaAlSi3O8 • cálcico: CaAl2Si2O8
  18. 18. Aspecto micrográfico de uma porcelana
  19. 19. Processamento da cerâmica tradicional • Faz-se uma suspensão coloidal dos 3 silicatos em água que se chama barbotina • Essa suspensão é derramada em moldes de gesso que são permeáveis deixando uma camada de produtos junto ao molde, que é pré-aquecida por volta de 120ºC para remoção da água • Essa casca é retirada do molde (Resistência a verde) e aquecida entre 1200 e 1400 ºC (porcelanas) para adquirir resistência mecânica
  20. 20. Preparação da barbotina pesagem dos pós e mistura com água
  21. 21. Moldes de gesso
  22. 22. Peças de cerâmica tradicional após a colagem
  23. 23. Processo de secagem da argila antes da queima (sinterização)
  24. 24. Relação entre temperatura de queima e a resistência da cerâmica tradicional • Quanto maior a temperatura de queima entre 900ºC e 1400ºC maior a resistência durabilidade e a densidade (menor a porosidade) • T maiores que 1400ºC o corpo pode ficar muito mole e a peça entrar em colapso
  25. 25. Equipamentos empregados para extrusão de cerâmicos argilosos
  26. 26. Processamento da cerâmica tradicional a base de argila • São produtos da cerâmica tradicional onde a argila predomina. • São fabricados em geral por extrusão adquirindo resistência a verde • São secados em T de 110ºC e depois queimados a 900ºC.
  27. 27. Vitrificação: vidrados • É uma camada contínua de vidro aderente sobre a superfície de um corpo cerâmico. • O vidrado pode ser queimado simultaneamente com o corpo cerâmico (monoqueima) ou em uma segunda queima, depois de aplicado ao biscoito • O objetivo do vidrado é fornecer uma superfície dura não absorvente e de fácil limpeza.

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