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Diagramas de equilíbrio entre cerâmicas. Introdução: Como os materiais cerâmicos não são fabricados por fusão, nem sofrem deformação a altas temperaturas.

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1 Diagramas de equilíbrio entre cerâmicas

2 Introdução: Como os materiais cerâmicos não são fabricados por fusão, nem sofrem deformação a altas temperaturas a importância dos diagramas é limitada quando comparada aos metais, no entanto para os cerâmicos refratários e em alguns casos específicos como em misturas de materiais cerâmicos podem ser importantes Assim como os metais a maioria dos materiais cerâmicos não são puros contém impurezas ou adições que resultam em soluções sólidas fases não cristalinas ou fases multi- cristalinas. Pode-se determinar: T fusão de cada composto puro. Influência na T fusão quando dois compostos são misturados A presença ou não e o grau de soluções sólidas Interações de dois compostos formando outros compostos (SiO 2 + Al 2 O 3 formando a mulita 3 Al 2 O 3. 2 SiO 2 ) T onde ocorre troca de estrutura cristalina – polimorfismo A quantidade e a composição das fases para determinada temperatura e composição Determinar parâmetros e variáveis para a sinterização.

3 Diagrama de equilíbrio isomorfo Cr 2 O 3 + Al 2 O 3 Forma uma solução sólida completa pois: Os 2 íons são semelhantes no tamanho (0,53 Å Al +3 e 0,62 Å o Cr +3 ) Possuem mesma valência (não causa desbalanço da eletroneutralidade do composto) Possuem mesma estrutura atômica Oxigênio Hexagonal compacto com cátions ocupando 2/3 dos vazios octaédricos

4 MgO e NiO tem o mesmo tipo de diagrama pelas mesmas razões apresentadas no slide anterior

5 Diagrama de equilíbrio MgO + Al 2 O 3 Solubilidade parcial no estado sólido Possui um composto intermediário(fase) chamado espinel MgAl 2 O 4 que apesar de ser um composto não é representado por uma reta pois ele é estável sem ser estequiométrico por uma faixa de composições (estequiometria 73% em peso de Al 2 O 3, 27% de MgO 50% em mol de cada um) Espinel é utilizado como refratário funde a 2100ºC. Esse diagrama apresenta dois pontos eutéticos

6 Diagrama de equilíbrio ZrO 2 + CaO Diagrama vai até 31% em peso de CaO (50% mol) que corresponde a composição do ZrCaO 3. O ZrO 2 apresenta 3 estruturas cristalinas Tetragonal Monoclínica e cúbica A transformação de tetragonal para monoclínica, que ocorre a 1150ºC vem acompanhada de uma variação volumétrica de 5% (expansão) que causa fissuras no processamento Esse problema é superado pela adição de 3 a 7% de CaO, pois nas velocidades normais de resfriamento a sol. Sólida monoclínica e o composto CaZr 4 O 9 preditos pelo diagrama não se formam, sendo as fases cúbicas e tetragonal do ZrO 2 retidas (PSZ partially stabilized Zirconia) Maiores teores de CaO (7% a 12%) somente a fase cúbica da Zirconia é retida e ela é chamada de zirconia completamente estabilizada. A ítria (Y 2 O 3 ) e a magnésia (MgO) também são usadas como estabilizantes da ZrO 2.

7 Diagrama de equilíbrio SiO 2 e Al 2 O 3 Grande importância comercial pois são os principais constituintes de muitos refratários Forma estável da sílica nessas temperaturas é o cristobalita Formação de um composto intermediário chamado mulita 3Al 2 O 3 2SiO 2 72% em peso de Al 2 O 3 e funde a 1890ºC Tem um eutético a 1587ºC e 7,7% em peso de Al 2 O 3.

8 Noções de refratários Propriedades dos refratários: Resistir a altas temperaturas sem fundir ou decompor Permanecer não reativo e inerte em presença de meios e temperaturas severas Promover isolamento térmico Aplicações: Revestimento de fornos Revestimento de cadinhos Revestimento de panelas para refino de metais Fabricação de vidros Tratamentos térmicos

9 Tipos de refratários: Argila refratária sílico-aluminosos: de 25 a 40% de Al 2 O 3. + SiO 2 T máx. 1587ºC sem líquido em equilíbrio, mas admite-se pequena quantidade de líquido presente durante seu uso sem comprometer a integridade mecânica. Logo a Tmáx dependerá do % de Al 2 O 3 presente, pois quanto mais Al 2 O 3 presente menor a quantidade de líquido pra mesma T.

10 Tipos de refratários: Base de sílica (refratários ácidos) Tmáx de uso, 1650ºC sendo que pequeno percentual do tijolo estará na forma líquida. Nesses refratários o teor de Al 2 O 3. é considerado uma impureza pois aumenta o percentual de líquido presente reduzindo a temperatura máx de emprego. Faz a mistura cerâmica se aproximar do ponto eutético.

11 Tipos de refratários: Básicos São ricos em MgO (magnésia ou periclásio) A presença de sílica é prejudicial em altas temperaturas.por razões semelhantes à presença de alumina nos a base de sílica. Substitui o refratário ácido (a base de sílica) quando a escória do aço é básica.

12 Refratários especiais Maior temperatura de utilização,mais resistentes à ataque químico, mas mais caros Alumina: Al 2 O 3 Berília: BeO Zircônia: ZrO 2 Carbeto de silício: SiC Grafite

13 Características dos refratários T máx em serviço é inferior à temperatura de sinterização São empregadas partículas maiores e menores na mistura sendo que as menores funcionam como um ligante das maiores durante a sinterização sendo portanto responsáveis pela resistência mecânica do refratário. Porosidade deve ser controlada: Grande porosidade maior isolamento térmico e maior resistência ao choque térmico mas menor resistência mecânica e menor resistência ao ataque químico. A porosidade ótima dependerá das condições do serviço. É comum se utilizar o mesmo refratário mas com teores de porosidade diferentes no mesmo equipamento.

14 Composição de alguns refratários

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