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Sistema ZrO2 - CaOSeminário de Físico-Química II
Conhecendo os componentes
•ZrO2 – chamada de zircônia ou dióxido de zircônio
Barra de zi
rcônio
O Zr metálico: metal duro estrutura cristalina hexagonal resistente à corrosão principalmente utilizado no revestimento de reatores nuclearesEstrutura hexagonal
Conhecendo os componentesO ZrO2 (dióxido de zircônio):
é encontrado na natureza cristalizado no sistema monoclínico, no mineral baddeleyíta.
a gema cúbica é produzida em laboratório como imitação do diamante, e ainda não foi encontrada na natureza.
Brilhante de zircônia cúbica
Conhecendo os componentes
O ZrO2 impuro é utilizado:
•em utensílios de laboratório resistentes a mudanças bruscas de temperatura;
•revestimentos de fornos;•material refratário em cerâmicas e vidros;• importante na indústria bélica.
Material bélico
Conhecendo os componentes
•CaO – chamada de cálcia ou óxido de cálcio
Cálcio em atmosfera de argônio
O Ca metálico:
metal mole estrutura cristalina cúbica deface centrada metal mais abundante no corpohumano (1200g em adultos) Estrutura cúbica
Conhecendo os componentes
O CaO (óxido de cálcio):
Cálcia em pó
Estrutura cúbica
sólido branco higroscópico ponto de ebulição: 2850°C ponto de fusão: 2572°C densidade: 3,5 g/cm3
Conhecendo os componentes A CaO é utilizada:
•na indústria de construção civil em argamassas e pintura;
• indústria cerâmica, siderúrgica (obtenção do ferro);
• indústria farmacêutica como agente branqueador e desodorizador;
•na agricultura em produção de hidróxido de cálcio no controle da acidez dos solos.
Pintura com CaO no combate à erosão
Estruturas cristalinas
monoclínica cúbicatetragonal hexagonal
Regra das fases
Um diagrama de fase mostra de um relance as propriedades da substância: ponto de fusão, ponto de ebulição, pontos de transição e pontos triplos.
As linhas que aparecem no diagrama de fase dividem-no em três regiões denominadas sólida, líquida e gás.
Regra das fases
A coexistência de duas fases em equilíbrio implica que:
(T, p) = (T, p)
Devido a esta relação, necessitamos de apenas uma das variáveis intensivas, a temperatura ou a pressão, para a descrição do estado do sistema.
Regra das fases Regra das fases de J. Willard Gibbs :
F = C – P + 2
Onde C é o número de componentes e P é o número de fases.
Diagrama de fases ZrO2
Principais aditivos estabilizadores
MgO Y2O3
CaO
Diagrama de fases ZrO2 - CaO
Zircônia pura (ZrO2)
monoclínica (1170°C)
tetragonal (1170°C – 2370°C)
Cúbica (2370°C – 2680°C)
Diagrama de fases ZrO2 - CaO
zircônia tetragonal policristalina (TZP);
zircônia totalmente estabilizada (FSZ), geralmente fase cúbica;
zircônia parcialmente estabilizada (PSZ), que pode conter duas ou três fases polimórficas.
Tipos de cerâmicas de zircônia:
Diagrama de equilíbrio ZrO2 - CaO
Diagrama de fases ZrO2 - CaO
Regiões de interesse:
Primeira: uma solução sólida com estrutura tetragonal (até ~ 5,5% mol CaO),
sendo termodinamicamente estável entre ~ 1200 ºC e ~ 2300 ºC.
Segunda: campo de fases misto cúbico + tetragonal (se estende ~ 6 a
~ 12,5% mol CaO), para temperaturas superiores a 1140 ºC.
Terceira: compreende a fase cúbica termodinamicamente estável em composições
acima de 12,5% mol de CaO, a temperaturas superiores a 1140 ºC.
Diagrama de fases ZrO2 - CaO
Aspectos importantes
extensos campos de estabilidade das fases tetragonal + cúbica, e cúbica.
cerâmicas parcialmente ou totalmente estabilizadas podem ser obtidas em amplas faixas de composição.
o extenso campo de fase tetragonal permite a preparação de cerâmicas de zircônia tetragonal policristalina (TZP) dopada com cálcia.
Diagrama de fases ZrO2 - CaO
Variando o teor de CaO
e as condições deprocessamento e dos
tratamentos térmicos
é possível obter a zircônia:
parcialmente estabilizada (Ca-PSZ);
ou totalmente estabilizada na
fase cúbica (Ca-FSZ);
ou a tetragonal policristalina
contendo cálcia (Ca-TZP) .
Diagrama de fases ZrO2 - CaO
A zircônia totalmente estabilizada com cálcia (Ca-FSZ) tem sido muito estudada porque é a que apresenta maior condutividade iônica para este tipo de estabilizante.
A zircônia tetragonal policristalina com cálcia (Ca-TZP) foi muito pouco estudada. Isto está relacionado com a dificuldade de sua obtenção.
Diagrama de fases ZrO2 - CaO
o tamanho mínimo de grãos necessário para reter a
estrutura tetragonal na zircônia, denominado tamanho
crítico, depende do tipo e do teor do dopante.
Influência das dimensões das partículas na estabilização das
estruturas
Cerâmicas sinterizadas de zircônia contendo 4% mol cálcia, o tamanho crítico é 150 nm.
Aplicações Cerâmicas de zircônia (ZrO2)
apresentam elevada resistência química e refratariedade e podem apresentar elevadas propriedades mecânicas e condutividade iônica.
Indústrias:química, petroquímica,
metalúrgica e mecânica.
Cerâmicas de zircônia
Aplicações como elementos estruturais
componentes de bombas; válvulas mecânicas; cutelaria; matrizes de conformação de metais; próteses ortopédicas e dentárias
(biomaterial); refratários eletrólitos sólidos em sensores de oxigênio; baterias e células a combustível.
Próteses dentárias
Componentes variados
Aplicações tecnológicas
células eletroquímicas;
bocais para escoamento de metais fundidos.
A zircônia dopada com cálcia é o material preferido para a confecção de tubos que
são amplamente utilizados em:
Referências bibliográficas
Preparação, sinterização e espectroscopia de impedância da zircônia parcialmente estabilizada com cálcia.
http://www.scielo.br/pdf/ce/v52n323/32091.pdf
Zircônia parcialmente estabilizada de baixo custo produzida por meio de mistura de pós com aditivos do sistema MgO-Y2O3-CaO.
http://www.scielo.br/pdf/ce/v53n326/03.pdf
Seminário apresentado por:
Fabiano dos Santos Silva
Jean César Rodrigues
Letícia Janegitz Pereira
Mariana Saad Sansão
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