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Cerâmicas a base de Silicato. CERÂMICOS CRISTALINOS A BASE DE SILICATOS Composição (% em peso) SiO 2 Al 2 O 3 K2OK2OMgOCaO Outro s Sílica refractária964.

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1 Cerâmicas a base de Silicato

2 CERÂMICOS CRISTALINOS A BASE DE SILICATOS Composição (% em peso) SiO 2 Al 2 O 3 K2OK2OMgOCaO Outro s Sílica refractária964 Tijolo refractário Mulite refractária Porcelana eléctrica Porcelana steatite Cimento Portland Os cerâmicos cristalinos à base de Silicatos não são usados como materiais estruturais (não são considerados cerâmicos avançados)

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 SiO 4 -4 no qual um átomo de silício é cercado por quatro oxigênios ( r Si / r O =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 Ligações entre os tetraedros formando estruturas

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: Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2 principal componente da pedra sabão Asbesto (amianto): Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 Conhecido material resistente ao calor, mas cancerígeno e por isso proibido em muitos países. Ligações secundárias mantém essas cadeias unidas

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: KAl 3 Si 3 O 10 (OH) 2 clivagem Argila Al 2 (Si 2 O 5 )(OH) 4 caulin plasticidade Talco: Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 lubrificante

7 Estrutura em camada nos silicatos

8 Aspecto da mica: Silicato com estrutura em camadas

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 Estruturas tridimensionais de silicato (sílica- SiO 2 ) 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 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 Na 2 O. 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 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 10 3 Pa-s O vidro é facilmente deformável nessa temperatura 3-Ponto de amolecimento 4 x 10 6 Pa-s Mínima temperatura de manuseio do vidro 4-Ponto de recozimento Pa-s T na qual a difusão atômica é suficiente para remover as tensões residuais 5-Ponto de deformação 3 x 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 VIDROS (CERÂMICOS AMORFOS) Tipos de vidros SiO 2 B2O3B2O3 Al 2 O 3 Na 2 OCaOMgOK2OK2OZnOPbO Utilização Sílica vítrea 100 Vidro alta pureza(*) Borosilicato Vidro p/ química Vidro (janelas) Vidro (conten.) Fibra vidro E Fibras p/ compósitos Verniz Enamel Revestimento p/ metais

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16 PROCESSAMENTO DE VIDROS

17 Processo para fabricação de chapa de vidro

18 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.

19 NOÇÕES DE CERÂMICAS TRADICIONAIS A COMPOSIÇÃO GERAL DAS CERÂMICAS TRADICIONAIS: Argila: Caulim ou caulinita Al 2 (Si 2 O 5 )(OH) 4 Sílica (quartzo SiO 2 ): 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: KAlSi 3 O 8 sódico: NaAlSi 3 O 8 cálcico: CaAl 2 Si 2 O 8

20 Aspecto micrográfico de uma porcelana

21 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

22 Preparação da barbotina pesagem dos pós e mistura com água

23 Moldes de gesso

24 Peças de cerâmica tradicional após a colagem

25 Processo de secagem da argila antes da queima (sinterização)

26 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

27 Equipamentos empregados para extrusão de cerâmicos argilosos

28 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.

29 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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