Coração Negro em Revestimentos Cerâmicos:                            Principais Causas e Possíveis Soluções               ...
matéria                        ↑            ↑orgânica → C (coque) + CO (gás) + CO2 (gás)               (1)  • As elevadas ...
Densidade do compacto prensado    A densidade do compacto prensado é de grande im-portância pois influencia fortemente a r...
do processo de fabricação com o objetivo de eliminar (ou                                                                  ...
degaseificação no intervalo de temperaturas com-               4. Escardino, A.; Barba. A.; Blasco, A.; Negre, F. –   pree...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

Art coração negro em revestimentos cerâmicos principais causas e possíveis soluções

1.577 visualizações

Publicada em

0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
1.577
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
13
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
25
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Art coração negro em revestimentos cerâmicos principais causas e possíveis soluções

  1. 1. Coração Negro em Revestimentos Cerâmicos: Principais Causas e Possíveis Soluções Juliano C. Damiani, Fabiana Perez, Fábio G. Melchiades e Anselmo O. Boschi Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) Departamento de Engenharia de Materiais (DEMa) Laboratório de Revestimentos Cerâmicos (LaRC) Rod. Washington Luiz, Km 235, 13565-905 São Carlos - SP e-mail: daob@power.ufscar.br Resumo: O presente trabalho apresenta as principais causas que levam ao surgimento do coração negro assim como as principais variáveis que influenciam o seu desenvolvimento. Com base nessa informação apresenta-se alternativas para cada etapa do processo produtivo que con- tribuem para a eliminação ou redução da intensidade do coração negro em revestimentos cerâmicos. Palavras-chaves: coração negro, revestimentos cerâmicos, defeitos ao longo da peça. A região escura geralmente desaparece Introdução nas proximidades das bordas da peça. Algumas das principais conseqüências danosas da pre- A presença de coração negro em peças cerâmicas é sença do coração negro, que justificam os esforços pararelativamente comum. Muito embora a literatura sobre essa evitá-lo, são6:característica seja bastante abundante, praticamente todos • Inchamento das peças;os livros de cerâmica se referem a ele e trazem “receitas” • Deformações piroplásticas;para a sua eliminação, a sua ocorrência ainda é muito • Deterioração das características técnicas;comum hoje em dia. • Deterioração das características estéticas. Estudos recentes levaram a um melhor entendimento daorigem e desenvolvimento do coração negro1-7. Com base Coração negro: principais causasnesses resultados é possível se identificar todas as alterna- e seu desenvolvimentotivas para a eliminação do coração negro sabendo-se A origem do coração negro está associada à presençaexatamente como cada uma delas atua. Dessa forma, o de compostos de carbono (matéria orgânica) e óxidos deencarregado pelo processo produtivo pode escolher dentre ferro nas argilas1-7.as diversas alternativas aquelas que lhe são mais conve- Resumidamente pode-se dizer que as principais reaçõesnientes. responsáveis pelo desenvolvimento do coração negro são: O objetivo do presente trabalho é apresentar de forma • A matéria orgânica sofre uma carbonização ouclara e didática o atual entendimento das causas e o desen- pirólise, catalizadas pelo silicato de alumínio tambémvolvimento do coração negro em revestimentos cerâmicos, presente nos argilominerais, e se transforma em coquebuscando identificar alternativas que permitam eliminar ou (C).reduzir sua incidência. O que é o coração negro? Como mostra a Figura 1, o coração negro consiste emuma região escura (geralmente cinza) que se estende,paralelamente à face e próxima a meia altura da espessura, Figura 1. Revestimento apresentando coração negro.12 Cerâmica Industrial, 6 (2) Março/Abril, 2001
  2. 2. matéria ↑ ↑orgânica → C (coque) + CO (gás) + CO2 (gás) (1) • As elevadas capacidades redutoras do C e CO, pro- duzidos pela reação acima, provocam a redução do ferro também presente nas argilas.3 Fe2O3(s) + C(s) → 2 Fe3O4(s) + CO(gás)↑ (2)Fe3O4(s) + C(s) → 3 FeO(s) + CO(gás)↑ (3)3 Fe2O3(s) + CO(gás) → 2 Fe3O4(s) + CO2(gás)↑ (4)2 Fe2O3(s) + CO(gás) → FeO(s) + Fe3O4(s) + CO2↑ (5) O ferro reduzido (Fe3O4 e FeO) apresenta coloraçãomais escura e é mais fundente do que no seu estado oxidado. Figura 2. Estrutura de região que sofreu o inchamento resultante doAssim sendo, a fusibilidade da massa na região em que o coração negro vista ao microscópio eletrônico de varredura (MEV).ferro está reduzido (coração negro) é maior do que norestante da peça e isso dificulta a saída dos gases liberados quantidades de “vazios” no interior da peça, se sua permea-pelas reações apresentadas acima. bilidade não permitir a saída dos gases. Esses “vazios”, por Desenvolvimento das Características sua vez, podem comprometer as propriedades mecânicas da peça. Danosas Deterioração das características estéticas da peça: Se os Com base nessas informações pode-se explicar a gases produzidos pelas reações mencionadas anteriormenteorigem dos efeitos danosos do coração negro, apresentados conseguirem chegar à superfície esmaltada poderão com-anteriormente. prometer a qualidade do esmalte. Por outro lado, a presença Inchamento da peça cerâmica: Em produtos vitrificados do coraçõ negro pode levar à alteração da cor da superfícieou de média porosidade (absorção de água menor que do suporte e provocar variações de tonalidade da superfície10%), a formação do coração negro pode causar grandes esmaltada além de afetar a cor característica dos suportes.inchamentos. O inchamento é uma conseqüência da libe-ração de CO e CO2, resultantes da redução dos óxidos de Efeitos de Algumas Variáveis sobre oferro e da sílica pelo carbono, a temperaturas relativamente Desenvolvimento do Coração Negroelevadas, quando a permeabilidade da peça já foi bastantereduzida, dificultando a saída dos gases. Escolha das matérias-primas Quando essa condição se estabelece e a temperaturacontinua aumentando: a) a reação que dá origem aos gases Em vista do exposto acima pode-se concluir que quantoprossegue e produz um volume cada vez maior de gases; b) maiores forem as concentrações de Fe e C nas matérias-pri-os gases aprisionados tendem a se expandir, devido ao mas mais intenso será o desenvolvimento do coração negro.aumento do volume e da temperatura e aumentam a pressão As argilas com baixos teores de Fe são consideravel-exercida sobre as paredes que os contém, no interior da mente mais caras que as com teores elevados. Assim sendo,peça; c) uma fração cada vez maior da massa, no local, se via de regra a substituição de argilas vermelhas, com ele-funde e se transforma em líquido; d) a viscosidade da fase vados teores de Fe, por argilas mais claras, com baixoslíquida diminui com a elevação da temperatura. teores de Fe, implicam em uma indesejável elevação dos Portanto, o inchamento observado se deve ao aumento custos de produção.da pressão interna associada à maior tendência à defor- Uma outra alternativa seria a utilização de argilas commação piroplástica. A Figura 2 mostra o tipo de estrutura baixos teores de matéria orgânica. Barba e outros6 re-encontrada na região. comenda a utilização de argilas com teores de carbono de Deformações piroplásticas: Na região da peça em que 0,5 e 0,1% (em peso) para revestimentos de massa brancao coração negro é formado, o volume de fase líquida é e vermelha, respectivamente. Cabe salientar, entretanto,maior e sua viscosidade é menor do que no restante da peça. que os autores deixam claro que esses limites dependemPor isso, as peças em que o volume do coração negro é das condições de compactação e queima e, no caso, foramconsiderável apresentam maior tendência a se deformar estabelecidos tendo em vista as condições empregadasdurante a queima devido a deformação piroplástica. atualmente na Espanha. Nos casos em que a densidade do Deterioração das características técnicas: O desprendi- compacto cru é maior e/ou o ciclo de queima é mais rápido,mento de CO, CO2 e H2O durante a queima criam grandes esses valores deveriam ser ainda menores.Cerâmica Industrial, 6 (2) Março/Abril, 2001 13
  3. 3. Densidade do compacto prensado A densidade do compacto prensado é de grande im-portância pois influencia fortemente a resistência mecânicaa seco, a retração linear de queima e a absorção de água.Portanto, sob o ponto de vista dessas características édesejável se trabalhar com densidades as mais elevadaspossíveis. Por outro lado, entretanto, quando se analisa areação1, apresentada acima, pode-se perceber que as pro-porções entre os produtos (C, CO e CO2) dependem daconcentração de oxigênio (pressão parcial de O2) na atmos-fera em que se dá a reação, ou seja, quanto maior a concen-tração de O2, maior será o teor de CO2 e menores os teoresde C e CO. Entretanto, para que o coração negro se desen-volva é necessário que o ferro seja reduzido e para isso énecessária a presença de C e CO em concentrações relati- Figura 3. Efeito da densidade aparente do compacto prensado sobrevamente elevadas. Assim sendo, se o oxigênio presente na a área de coração negro.atmosfera do forno conseguir permear a estrutura porosa dapeça e chegar até o local da reação praticamente toda a massas são mais fundentes e os ciclos de queima consi-matéria orgânica presente na argila será transformada em deravelmente mais rápidos que na via úmida, o que podeCO2 , a redução do ferro não ocorrerá e portanto não haverá levar ao desenvolvimento do coração negro.a formação do coração negro. A facilidade ou dificuldade para que o oxigênio da Queimaatmosfera do forno possa chegar até o interior da peçasendo queimada depende da permeabilidade da estrutura As condições de queima também afetam fortemente aporosa do compacto. A permeabilidade, por sua vez, de- formação do coração negro. Nos casos em que a massapende da densidade aparente do compacto de modo que, apresenta tendência à formação do coração negro deve-sequanto maior a densidade da peça prensada, menor a per- procurar um ciclo de queima que possibilite a oxidação demeabilidade do compacto. Portanto, para uma mesma toda a matéria orgânica antes que a absorção de águamassa que apresenta tendência à formação do coração diminua e dificulte a entrada de oxigênio e a saída do COnegro, quanto maior a densidade do compacto, maior será e CO2, na peça.a área da peça que tomada pelo coração negro (Figura 3). A oxidação da matéria orgânica se dá entre 200 e Portanto, nos casos em que a massa apresenta tendência 500 °C. Portanto, na medida do possível, deve-se projetarao desenvolvimento do coração negro, deve-se procurar o ciclo de queima de modo a assegurar a completa oxidaçãotrabalhar com densidades as mais baixas possíveis desde da matéria orgânica prolongando-se o estágio de pré-que a resistência mecânica a verde, retração linear de aquecimento. Nos casos de ciclos muito rápidos e/ou fornosqueima e absorção de água fiquem dentro de valores muito curtos, a tendência ao aparecimento do coraçãoaceitáveis. negro se acentua. A densidade aparente do compacto depende da com- No que se refere a queima cabe ainda ressaltar aspacidade e da umidade da massa além das condições de diferenças de temperatura encontradas entre o centro e aprensagem. Portanto pode-se controlar as características da superfície das peças que pode chegar a valores da ordem deestrutura porosa, e conseqüentemente a sua permeabili- 40 °C nesse intervalo de temperatura8.dade, através do ajuste dessas variáveis. A compacidade,capacidade de aumentar a densidade aparente quando sub- Espessura da peçametida a uma pressão de compactação, da massa é forte-mente influenciada pela distribuição de tamanho das A espessura da peça determina a distância que opartículas. Portanto, pode-se alterar a permeabilidade do oxigênio tem de percorrer para produzir a oxidação dacompacto prensado através do ajuste da razão plásticos/não matéria orgânica situada no centro da peça. Assim sendo,plásticos e o controle das condições de moagem. quando maior for a espessura da peça, maior será a tendên- As massas processadas por vias seca geralmente com- cia a formação do coração negro (Figura 4).pactam menos do que as processadas por via úmida. Por Cabe lembrar ainda que a espessura da peça tambémisso, de um modo geral, a incidência de coração negro em influencia fortemente o gradiente térmico. Quanto maior aprodutos produzidos por via seca é consideravelmente espessura da peça maior a diferença de temperatura entre amenor do que na via úmida. Entretanto, na via seca as superfície e o centro da peça8.14 Cerâmica Industrial, 6 (2) Março/Abril, 2001
  4. 4. do processo de fabricação com o objetivo de eliminar (ou reduzir) a incidência e a intensidade do coração negro. Massa • Eliminar da composição, ou utilizar teores reduzidos, de argilas que contenham elevados teores de matéria orgânica e compostos de ferro; • Utilizando-se argilas ricas em matéria orgânica, aumentar a participação de matérias-primas não- plásticas (quartzo, feldspato, calcita,...) para aumentar a permeabilidade do compacto verde; • Em casos extremos, introduzir sais que apresentem decomposição em baixas temperaturas (cloreto de cálcio, hidróxido de amônio,...) em teores controlados para aumentar a permeabilidade da peça no início daFigura 4. Efeito da espessura da peça sobre a área de coração negro. queima. Moagem Método Para a Avaliação da Tendência • Ajustar as condições de operação do moinho (carga à Formação do Coração Negro de bolas, tempo de moagem,...) para assegurar a ob- O método apresentado é baseado no “Manual para el tenção de uma distribuição de tamanho de partículascontrol de alacalidad de materias primas arcillosas” do o mais estreita possível;Instituto de Tecnologia Cerámica7. • Aumentar a % de resíduo da massa, através da redução • Prepara-se corpos de provas de aproximadamente e do tempo de moagem, para aumentar a permeabili- 2 cm de espessura, confeccionados com 5,5% de umi- dade do compacto verde. dade (base seca) e prensados a 600 Kgf/cm2. Prensagem • Seca-se os corpos de provas em estufa a 110 °C por 24 horas. • Evitar a utilização de pressões de compactação de- • Queima-se os corpos de provas em uma mufla de masiadamente elevadas, que conferem alta densidade laboratório, para ciclos rápidos, utilizando-se uma aparente às peças e reduzem sua permeabilidade. taxa de aquecimento de 25 °C/min. até 1100 °C. Secagem • Resfria-se as amostras no interior do forno com ven- tilação forçada (~75 °C/min). • Ajustar o ciclo de secagem (tempo, temperatura e • Corta-se o corpo de prova no sentido transversa. circulação de ar) de tal maneira a garantir um baixo • Avalia-se a área da seção transversal tomada pelo teor de umidade residual (inferior a 1,5%) que permita coração negro em relação a uma amostra de argila a utilização de altas temperaturas na entrada do forno. padrão. Esmaltação: Uma variante dessa metodologia, que foi utilizada para • Utilizar esmaltes de alto ponto de amolecimento,a obtenção dos resultados apresentados nas Figuras 3 e 4, como os esmaltes de monoporosa, que permitem aé o empilhamento de três corpos de provas de cada argila entrada de oxigênio e a saída dos gases resultantes dadurante a queima. Dessa forma dificulta-se ainda mais o decomposição da matéria orgânica, durante um maioracesso do oxigênio ao corpo de provas situado no meio. intervalo de temperaturas no pré-aquecimento doNesse caso a avaliação da área ocupada pelo coração negro forno.é realizada somente nos corpos de provas centrais. • Dentre os esmaltes de alto ponto de amolecimento, dar É importante observar que o mesmo teste queimado em preferência àqueles de mais baixa viscosidade e ten-forno de produção só pode ser comparado ao padrão pois são superficial após o amolecimento, pois estas carac-as condições de operação do forno variam consideravel- terísticas favorecem a eliminação das eventuaismente e podem comprometer a comparabilidade dos resul- bolhas presentes na camada de esmalte e ainda permi-tados de amostras ensaiadas separadamente. tem o alisamento da superfície após sua eliminação. Conclusões Queima Para finalizar, com base nas considerações acima, apre- • Respeitando os limites do forno, aumentar a tempera-senta-se uma série de sugestões para cada uma das etapas tura na entrada do mesmo e introduzir um patamar deCerâmica Industrial, 6 (2) Março/Abril, 2001 15
  5. 5. degaseificação no intervalo de temperaturas com- 4. Escardino, A.; Barba. A.; Blasco, A.; Negre, F. – preendido entre 700 e 850 °C; “Oxidation of black core during the firing of of ce- • Regular os queimadores para conferir uma atmosfera ramic ware – 4. Relationship between effective dif- oxidante na zona de pré-aquecimento, para favorecer fusivity of oxygen through oxidised layer and a oxidação dos compostos orgânicos. Em casos extre- properties characterizing its porous structure” - Br. mos, injetar oxigênio diretamente na atmosfera do Ceram. Trans. J., 94, p. 103, 1995. forno para viabilizar e acelerar as reações de oxi- 5. Albero, J.L.A.; Porcar, V.B.; Fuentes,A.B.; Navarro, dação9; J.E.E.; Benlloch, A.E.; Medall, F.N.- “Defectos de • Trabalhando-se com esmaltes de baixo ponto de fabricación de Pavimientos y Revestimientos Cerámi- amolecimento e baixa viscosidade, aumentar a tempe- cos” – Instituto de Tecnología Cerámica, Castellón, ratura da rampa inferior de aquecimento em detrimen- Espanha. to da rampa superior, para acelerar a decomposição da matéria orgânica presente na massa e retardar o 6. Barba, A.; Beltran, V.; Feliu, C.; Garcia, J.; Gines, F.; amolecimento do esmalte; Sanchez, E.; Sanz, V. – Materias primas para la fabri- • Aumentar ao máximo o ciclo total de queima, com cación de soportes de baldosas cerâmicas – Instituto maior ênfase no pré-aquecimento, dentro das limi- de Tecnología Cerámica. tações de custo e produção. 7. Amorós, J.L.; Sanchez, E.; Garcia-Ten, J.; Sanz, V.; Monzó, M. – “Manual para el control de la calidad de Referências Bibliográficas materias primas arcillosas” – Instituto de Tecnologia 1. Beltran, V.; Blasco, A.; Escardino, A.; Negre, F. – Cerámica, Castellón, Espanha, 1998. “Formation of black core during the firing of floor and 8. Mechiades, F.G.; Silva, L.L.; Quinteiro, E.; Albers, wall tiles” – Interceram n 3, p. 15, 1988. A.P.; Baldo, J.B.; Boschi, A.O. – “Alternativas para 2. Negre, F.; Barba, A.; Amorós, J.L.; Escardino, A. – eliminar (ou reduzir) os furos no esmalte causados por “Oxidation of black core during the firing of of ce- ramic ware – 2. Process kinetics” – Br. Ceram. Trans. partículas de calcário em revestimentos fabricados por J., 91, p. 5, 1992. via seca” – Ceram. Industrial, 6 (1), p. 7, 2001. 3. Barba, A.; Negre, F.; Orts, M.J.; Escardino, A. – 9. Cava, S.; Longo, E.; Paskocimas, C.A.; Varela, J.A.; “Oxidation of black core during the firing of of ce- Tasca, A.; Mendonça, T. Herter, C.G.; Barbosa Jr., ramic ware – 3. Influence of the thikness of the piece J.C. – “Influência da cinética de oxidação no controle and the composition of the black core” - Br. Ceram. da atmosfera de fornos de revestimentos cerâmicos” Trans. J., 91, p. 36, 1992. – Cerâmica, 46 (298), p. 56, 2000.16 Cerâmica Industrial, 6 (2) Março/Abril, 2001

×