aula sobre Materiais ceramicos

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ - UFPI
CAMPUS MINISTRO PETRÔNIO PORTELA -
TERESINA CENTRO DE TECNOLOGIA – CT
Materiais Cerâmicos:
Classificações e Propriedades
Prof: André Felipe Monte
andrefelipeengenharia@gmail.com

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Objetivos
• Explorar a diversidade dos materiais cerâmicos, compreendendo suas características
distintas;
• Reconhecer a classificação dos materiais cerâmicos aplicados em Engenharia;
• Analisar as propriedades dos materiais cerâmicos em escalas macroscópicas e
microscópicas, destacando suas principais características;
• Identificar as diversas aplicações dos materiais cerâmicos, adaptando-os conforme as
necessidades específicas;
• Estabelecer a relação entre a composição química, a microestrutura e o
processamento dos materiais, visando entender seu desempenho em aplicações
práticas.

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SUMÁRIO
• 1.0 – Cerâmicas
• 1.1 Origem
• 1.2 O que são
• 1.3 Classificação
• 2.0 – Principal matéria Prima: Argila
• 3.0 – Características
• 4.0 – Tipos e Exemplos
• 5.0 – Materiais Cerâmicos e Vidro
• 6.0 – Curvas de Ensaio Tensão x Deformação
• 7.0 – Ensaios de Compressão em Corpo de Prova Cilíndrico
• 8.0 – Os materiais Cerâmicos
• 9.0 – Abrasivos
•10.0 – Vidros
•11.0 – Materiais Vitrocerâmicos
•12.0 – Cerâmicas Avançadas
•13. Questão para Exercitar

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CERÂMICA
• 1.1 Origem:
•A origem do uso da cerâmica remonta ao termo grego "keramikos", que se traduz como
"material queimado", destacando a importância do tratamento térmico para aprimorar
suas propriedades.
•Ao longo da história, a humanidade tem utilizado a cerâmica devido às suas
características únicas e à capacidade de transformar a argila e outros materiais em
produtos duráveis e versáteis por meio do processo de queima. Essa prática ancestral
deu origem a uma ampla variedade de objetos e artefatos, impulsionando o
desenvolvimento cultural e tecnológico das civilizações ao redor do mundo.

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CERÂMICA
• 1.2 O que são:
• Geralmente uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos;
• Geralmente são formados de óxidos:
• Ex: Alumina (Al2O3), Sílica (SiO2), Zircônio(ZrO2);
• São Isolantes de calor e eletricidade;
• Mais resistentes que metais e polímeros a altas temperaturas;
•Propriedades Mecânicas:
• Duros, porém frágeis;

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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS

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MATERIAIS CERÂMICOS
• 2.0 – Principal matéria prima: Argila
• Argila é um material natural, terroso e de granulação fina.
• Constituída essencialmente de argilominerais.
• Argilominerais são minerais de estrutura cristalina contendo silicato de
alumínio hidratado e outros elementos como ferro, magnésio, cálcio, sódio,
potássio e lítio (na forma de óxidos).

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ARGILAS
• De baixa pureza:
 Mais abundante e encontrada facilmente na natureza;
 Comumente usada na fabricação de tijolos para construção civil;
 Materiais que não exigem propriedades excepcionais;
Utilizadas em indústrias simples.
 Purificadas:
Produção de cerâmica fina e avançada (matéria prima controlada);
Produzidas através de processos mecânicos (peneiramento) e químicos.

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MATERIAIS CERÂMICOS
• 3.0 – Características
• Podem ser opacos e transparentes;
• Bons isolantes térmicos e elétricos;
• Frágeis;
• Dureza elevada;
• Ponto de fusão elevado;
• Maleabilidade ruim;
• Boa estabilidade química (corrosão);
• Densidade média

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MATERIAIS CERÂMICOS
• 4.0 – Tipos e Exemplos
Tipos Exemplos
Cerâmica Tradicional
Azulejo, porcelana, vidro, tijolo
Cerâmica Avançada
Diamante, óxido de zircônio ,óxido de alumínio,
carboneto de silício
Revestimento Cerâmico DLC, Nitretos de ferro, boretos de ferro, etc.

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MATERIAIS CERÂMICOS e VIDROS
• 5.0 – Materiais Cerâmicos e Vidros: uma comparação com materiais metálicos.
- São mais duros e resistentes ao desgaste
- São materiais, que quando isentos de defeitos, apresentam altos valores de σf
- Em lâminas de corte requerem afiamento depois de tempos em serviço 1 a duas ordens de
grandeza superiores aos metais.
- São mais resistentes a temperaturas elevadas sofrendo de menores problemas de fluência.
- As temperaturas máximas de serviço são consideravelmente mais elevadas: Zircônia – 2077
ºC, Alumina – 1949 ºC, Carbeto de silício – 1649 ºC.
- Não se deformam plasticamente e tem baixa tenacidade a fratura
- Em geral, são isolantes térmicos e elétricos.

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GRÁFICO TENSÃO X DEFORMAÇÃO
• 6.0 – Curvas de Ensaio de Tensão x Tração.
f
 = Tensão na ruptura antes de ser atingida a
tensão máxima

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GRÁFICO TENSÃO X DEFORMAÇÃO
• 7.0 – Ensaio de compressão em corpo de prova cilíndrico.

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8.0 – Os materiais
Cerâmicos
• Cerâmica Vermelha • Cerâmica Branca • Refratários

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MATERIAIS CERÂMICOS
• 8.0 – Os materiais Cerâmicos
• 8.1 Matérias primas utilizadas para fabricação dos produtos cerâmicos.
Cerâmica vermelha ou
produtos cerâmicos
estruturais
Argilas cauliníticas e ilíticas.
Cerâmica branca Ball clays, quartzo e feldspato.
Refratários Argilas refratárias.

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Cerâmicas Vermelhas
• “Cerâmica Vermelha” ou “Cerâmica Estrutural”;
• Principal Componente Argila;
• Coloração avermelhada: Óxido de Ferro;
• Exemplos: tubos cerâmicos (manilhas), ladrilhos, tijolos, telhas, elemento tijolos
estruturais e outros.

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Cerâmicas Brancas
• Produtos cerâmicos obtidos quase isentos de
Óxido de Ferro;
• Apresentam coloração branca ou creme claro
quando queimadas a temperaturas de 950°C ou
1250°C;
• A cerâmica branca geralmente apresenta uma
cobertura que é um esmalte cerâmico constituído
de um vidro, um pigmento ou um vidrado.

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Cerâmicas Refratárias
• Capacidade de suportar temperaturas elevadas sem se fundir ou se
decompor;
• Isolante térmico;
• Resistência a atmosfera corrosiva.
• Exemplos: tijolos para revestimento de fornos.

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Cerâmicas Refratárias
• Classificação: depende da composição química
•Argila refratária;
•Sílica;
•Refratários especiais.

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Cerâmicas Refratárias
Fibra cerâmica:
Um dos mais
avançados e
eficientes isolantes
térmicos.
Aplicações típicas:
- Revestimentos de fornos, fornalhas e caldeiras
- Isolamento de reator químico
-Tampas de caldeiras
- Isolamento secundário de fornos de vidro
Peças especiais:
-Cadinhos
- Artigos para
laboratório
- Tubos de proteção
para termopares

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Cerâmicas Refratárias
Tratamento térmico a 1000°C em uma
Mufla EGD

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Abrasivos
Cerâmicas usadas para desgastar, polir
ou cortar outros materiais, que são
obrigatoriamente mais dúcteis.
As exigências são:
Dureza ou a resistência ao desgaste;
Tenacidade (as partículas abrasivas fraturem).

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Abrasivos
Exemplos:
Diamantes naturais ou sintéticos (+ caros);
Carbeto de silício;
Carbeto de Tungstênio (WC);
Óxido de alumínio;
Areia de sílica.

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Abrasivos

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Vidros
• Umas das definições de vidro é ser um sólido
amorfo, justamente porque seus átomos não
possuem a organização periódica dos cristais. A
organização não ultrapassa os limites de uma
molécula e, por isso, não possui simetria.
• São silicatos não-cristalinos que também contém
outros óxidos (CaO, Na2O, K2O e Al2O3), os quais
influenciam as suas propriedades.

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Classificação: Vidros
Vidro Temperado: O vidro é resfriado rapidamente de forma controlada.
Objetivo: Produzir um sistema de tensões que aumenta a resistência, induzindo tensões de
compressão na superfície.

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Classificação: Vidros
Vidro Laminado:
São peças de vidro com um polímero no meio (PVB -
polivinilbutiral).

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Classificação: Vidros
Aramado: - Composto por tela metálica inserida na fusão; que
oferece maior resistência (inclusive ao fogo) e proteção dos cacos
na quebra.

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Classificação: Vidros

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Materiais Vitrocerâmicos

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Materiais Vitrocerâmicos
Fabicação:
É um material cerâmico obtido por técnicas vidreiras e
constituído de microcristais dispersos numa fase vítrea.
É obtido submetendo o vidro comum a temperaturas
elevadas (de 500°C a 1000 °C ). Este tratamento térmico
provoca a sua cristalização. Ao contrário de cerâmicas
sinterizadas, não há poros entre os cristais.
Características:
Resistência Mecânica elevada;
Tenacidade;
Baixo coeficiente de dilatação
térmica (evitar choques
térmicos);
Capacidade de utilização em
temperaturas elevadas

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Cerâmicas Avançadas
Tecnologias e aprimoramento nas áreas:
 Aeroespacial,
 Eletrônica,
 Nuclear,
 Biomateriais e outros que exijam materiais com qualidade
excepcionalmente elevada.
Taismateriais passaram a ser
desenvolvidos a partir de:
- Matérias primas sintéticas de altíssima pureza
- Processos rigorosamente controlados (técnicas de obtenção de
pós).

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Cerâmicas Avançadas
Também chamadas de “Materiais Cerâmicos Especiais”

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Materiais Cerâmicos Especiais
Biomateriais (biocerâmicas): materiais que interagem com os tecidos vivos. EVITAR
REJEIÇÃO.
As biocerâmicas são utilizadas como materiais estruturais, em função da elevada carga de
compressão que podem resistir, com um baixo desgaste superficial, em próteses para o corpo
humano, tanto na medicina como na odontologia.

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Cerâmica Tradicional x Avançada