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CERÂMICAS E VIDROS Profª MSc. Janaína Araújo. C LASSES Vidros: base de sílica (SiO 2 ); Cerâmicas vítreas: ou produtos de argila; pratos, louças, ladrilhos,

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1 CERÂMICAS E VIDROS Profª MSc. Janaína Araújo

2 C LASSES Vidros: base de sílica (SiO 2 ); Cerâmicas vítreas: ou produtos de argila; pratos, louças, ladrilhos, tijolos; Cerâmicas de alto desempenho: ferramentas de corte, matrizes, peças para motores, peças resistentes ao desgaste; Cimento: cerâmica complexa com muitas fases; Rochas e minerais, incluindo gelo.

3 CERÂMICAS E VIDROS GENÉRICOS Vidros - usados em enormes quantidades, próximas as do alumínio; Cerâmicas vítreas – produzidas a partir de argilas, que são conformadas no estado plástico úmido e então secadas e cozidas; Cerâmicas de engenharia de alto desempenho – a resistência é determinada por duas características: tenacidade e a distribuição de tamanho de microtrincas;

4 CERÂMICAS E VIDROS GENÉRICOS Cimento - combinação de cal (CaO), sílica (SiO 2 ) e alumina (Al 2 O 3 ) que reage quando misturada com a água; Cerâmicas naturais – a pedra é o mais antigo de todos os materiais de construção e o mais durável. A pedra utilizada em uma capacidade de suporte de carga comporta-se como qualquer outra cerâmica.

5 C ARACTERÍSTICAS GERAIS Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços; Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e polímeros; São menos densas que a maioria dos metais e suas ligas; Os materiais usados na produção das cerâmicas são abundantes e mais baratos;

6 As mais importantes propriedades térmicas dos materiais cerâmicos são: capacidade calorífica ( ) coeficiente de expansão térmica ( ) condutividade térmica átomos Ligação Química P ROPRIEDADES TÉRMICAS

7 MaterialCapacidade calorífica (J/Kg.K) Coeficiente linear de expansão térmica ((°C) -1 x10 -6 ) Condutividade térmica (W/m.K) Alumínio 90023,6247 Cobre 38616,5398 Alumina (Al 2 O 3 ) 7758,830,1 Sílica fundida (SiO 2 ) 7400,52,0 Vidro de cal de soda 8409,01,7 Polietileno ,38 Poliestireno ,13 P ROPRIEDADES TÉRMICAS

8 Uso na indústria aeroespacial. Temperatura °C * Temperaturas de subida Revestimento exterior com fibra amorfas de sílica de alta pureza. Espessura: 1,27-8,89cm P ROPRIEDADES TÉRMICAS

9 Descreve a maneira com que um material se comporta quando exposto a luz. Assim, um material pode ser: Transparente Translúcido Opaco Dois mecanismos importantes da interação da luz com a partícula em um sólido são: Polarização Transição de elétrons entre diferentes níveis de energia. P ROPRIEDADES ÓTICAS

10 Polarização Distorção de uma nuvem de elétrons de um átomo por um campo elétrico. Alinhamento de dipolos. Absorção de energia (deformação elástica), resultando em aquecimento Propagação de ondas eletromagnéticas (radiação eletromagnética) P ROPRIEDADES ÓTICAS

11 Fotocondutividade Responsável pelas cores que observamos nos materiais Banda de valência Banda de condução Luz visível Faixa de energia 1,8 a 3,1eV P ROPRIEDADES ÓTICAS

12 Transparência – Janelas, lentes, artigos de laboratório etc. Conversão de luz em eletricidade – Laser, eletrônica (LEDs) Luminescência – Lâmpadas elétricas e telas de TV. Reflexão – Fibras óticas (telefonia, TV a cabo etc). P ROPRIEDADES ÓTICAS

13 Descreve a maneira como um material responde a aplicação de força, carga e impacto. Os materiais cerâmicos são: Duros Resistentes ao desgaste Resistentes à corrosão Frágeis (não sofrem deformação plástica) PROPRIEDADES MECÂNICAS

14 Componentes de motores de automóveis. Ferramentas de corte. Blindagem de veículos militares. Estruturas de aeronaves. Construções civis. Abrasivos para polimentos. PROPRIEDADES MECÂNICAS

15 As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos são muito variadas. Podendo ser: isolantes: Alumina, vidro de sílica (SiO 2 ) semicondutores: SiC, B 4 C supercondutores: (La, Sr) 2 CuO 4, TiBa 2 Ca 3 Cu 4 O 11 P ROPRIEDADES ELÉTRICAS

16 O processamento de materiais cerâmicos à base de argila é feito a partir da compactação de pós ou partículas e aquecimento à temperaturas apropriadas. Principais etapas: Preparação da matéria-prima Tamanho e pureza controlados Moldagem (conformação) Hidroplástica ou fundição por suspensão SecagemEliminação de água ou ligantes SinterizaçãoTratamento térmico P ROCESSAMENTO

17 Aquecimento das matérias-primas Conformação o Prensagem Fabricação de peças com paredes espessas o InsuflaçãoPressão através da injeção de ar o Estiramento Conformação de lâminas, tubos, fibras etc. Tratamento térmico o Recozimento o Têmpera de vidro P ROCESSAMENTO DE VIDROS

18 Prensagem do pó Fabricação de argilosos, não- argilosos. Cerâmicas eletrônicas. Cerâmicas magnéticas. Compactação através de pressão. Grau de compactação X espaço vazio (partículas) Fundição em fita Produção de substratos para circuito integrados e capacitores. Lâminas delgadas são produzidas através de fundição. O UTROS PROCESSAMENTOS

19 Três procedimentos básicos Uniaxial Compactação do pó em molde metálico. Pressão aplicada em uma única direção Isostático Material pulverizado contido em envelope de borracha. Pressão feita por fluido aplicado isostaticamente. Prensagem a quente Conformação e sinterização ao mesmo tempo. Temperatura e pressão uniaxial. P ROCESSAMENTO – PRENSAGEM DO PÓ

20 A mistura passa por uma lâmina, a qual regula a espessura do filme, sendo derramada numa esteira rolante. O filme é seco em um forno e as lâminas são posteriormente separadas. PROCESSAMENTO – FUNDIÇÃO EM FITA

21 Função eletro-eletrônica Isolante elétricoAl 2 O 3, BeO, SiCsubstrato semicondutorSnO 2, ZnO, Bi 2 O 3 Sensores de gás Condutividade elétricaSiC, MoSi 2 Gerador de calor Função térmica Refratariedade Al 2 O 3, SiC Fornos refratários Isolamento térmicoK 2 O, SiC, CaO Isolantes térmicos EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

22 Função mecânica Resistência ao desgasteAl 2 O 3, ZrO 2 Polimento e moagem Usinabilidade Ferramentas de corte LubrificaçãoMoSi 2 Lubrificante sólido Função óptica Transparência Al 2 O 3 Lâmpada de sódio CondutividadeSiO 2 Fibra ótica Al 2 O 3, ZrO 2, TiC, WC EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

23 Sistema para transmissão de informações, envolvendo um laser para gerar fótons de um sinal elétrico, fibras óticas para transmissão do feixe de fótons e um LED para a conversão dos fótons em sinal elétrico. EXEMPLO DE FOTOCONDUÇÃO

24 Exemplo de laser de estado sólido bobeado oticamente. E XEMPLO DE FUNCIONAMENTO LASER

25 Exemplo de funcionamento de uma célula solar. E XEMPLO CÉLULA SOLAR

26 Pistões e camisas Peças automotivas EXEMPLOS PROPRIEDADES MECÂNICAS

27 Lixas para polimento Construção civil Ferramentas de corte EXEMPLOS PROPRIEDADES MECÂNICAS

28 As partículas se ligam através de pontos de contato. Grande números de poros. Formação de pescoço entre as partículas, o que torna a peça mais densa. Final: poros arredondados com menor espaço entre eles. SINTERIZAÇÃO DE CERÂMICOS

29 CONFORMAÇÃO DE VIDROS

30

31 A finalidade da têmpera é estabelecer tensões elevadas de compressão nas zonas superficiais do vidro, e correspondentes altas tensões de tração no centro do mesmo. O vidro é colocado no forno, submetido a uma temperatura de aproximadamente C até atingir seu ponto ideal. Neste momento, recebe um resfriamento brusco, o que vai gera o estado de tensão citado. TÊMPERA DE VIDROS


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