2.5 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: ACABAMENTO 2.5.2 …felipeb.com/unipampa/aulas/im/CAP02-11.pdf · 2.5 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: ACABAMENTO ... temperatura de grês porcelanato mate,

Introdução aos Materiais Cerâmicos- PPGEM-DEMAT-EE-UFRGS

2.2.1 Íons solúveis corantes em vidros

ÓXIDO DE COBRE CuO

Fundente muito energético usado como óxido negro e como carbonato

Se solubiliza em uma matriz vítrea entre 3 e 8% este intervalo pode aumentar com

aumento da acidez

Em altas temperaturas, em vidros com Pb, pode vaporizar-se

Cu tem dois NC com o oxigênio: 4 e 6 origina diversas cores

Cor azul NC mais alto em T média vidrados sódico-cálcicos ricos em sílica

azul egípcio

em presença Sn azul turquesa

Cor verde NC 4 estável em T altas em vidros enriquecidos com Pb e B

Verde, azul, turquesa

2.2 CORANTES NOS VIDROS

2.5.2 ESMALTAÇÃO2.5 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: ACABAMENTO

PIGMENTOS



ÓXIDO DE COBALTO CoO

Proporciona cores azuis Co2+condições especiais desenvolve cores do azul ao rosa

Co: NC 4 e 6 NC 4 formador da rede cor azul

NC 6 modificador do retículo coloração rosa

Pode apresentar-se de forma composta, com NC 4, mas ↑T faz com que o íon passe a um estado

de menor NC e desta forma a cor rosa fica mascarada pela cor azul

Possibilidade de maior NC - vidrados de B

- esmaltes de alta T

- origina uma cor esverdeada

Álcalis, especialmente Na, tendem a aumentar a tonalidade da cor azul.

Azul



PIGMENTOS



ÓXIDO DE MAGNÉSIO MnO2, Mn2O3

Mn apresenta-se como Mn2+ e Mn3+ conferem, geralmente, a cor marrom

se em composição alcalina: violeta

tonalidades dependentes equilíbrio entre Mn2O3: violeta

MnO2: marrom

Mn2+ cor marrom sob forma normal de oxidação em esmaltes queimados em

atmosfera aberta ao ar

mudando as condições de queima aparece em > ou < quantidade Mn3+ e o tom

muda para violeta

Violeta, marrom, preto



PIGMENTOS



ÓXIDO DE NÍQUEL NiO

Na Tqueima dos vidrados o NiO tem apenas um estado de oxidação estável: Ni2+

Íon Ni dissociado produz diferentes cores devido a polarização, e é determinado pelos fatores:

- número de íons O que o rodeiam;

- distância em que se encontram;

- influência de outros cátions nestes fatores.

Pode dar uma ampla gama de colorações devido a concentração e a natureza do vidro

colorações variada e incertas pouco usado.

Maior estabilidade vidrados de Pb, introduzindo pouco: 0,3%

forma silicato de chumbo cor: amarelo alaranjado

Cores NC 4 coloração amarelo

NC 6 coloração púrpura

azul introduzir Ni em vidrado rico em óxido de zinco

Óxido muito usado em composições pra vidrados transparentes.

Amarelo, preto, azul, violeta



PIGMENTOS



ÓXIDO DE URANIO UO2, UO3, U3O8

Todos óxidos de urânio ambiente redutor tons cinzas e pretos

ambiente oxidante tons amarelos

Amarelo resistente a altas temperaturas, em ambiente oxidante;

utilização limitada devido ao alto custo;

pode apresentar radioatividade.

Amarelo, preto



PIGMENTOS



ÓXIDO DE VANÁDIO VO2, V2O3, V2O5

Cada óxido apresenta diferentes tonalidades

- óxido divalente colore o vidro de azul

- óxido trivalente colore o vidro de verde

- óxido pentavalente colore o vidro de verde-amarelo

Composições com álcalis anulam o efeito cromóforo do óxido de vanádio

Verde, azul, amarelo



PIGMENTOS


2.2.2 Colorações coloidais nos vidros Metais como: Cu, Au, Ag, Pt dispersos na suspensão coloidal da matriz vítrea

desenvolvem coloração causada pela difusão seletiva da luz

o tamanho das partículas devem ser muito menores que λ incidente

Solubilidade do metal no vidro aumentada com agentes redutores: Sn, Bi, Pb

Partícula de cobre: Cu2+ Cu+ Cumetálico vidrado de cor vermelha

- característicos: vidrado sangue de boi e vermelho vivo com álcalis e Sn

Au metálico vidrado de Sn e Bi tonalidades vermelho rubi e violeta

- característico: púrpura de Cassius: preparado na reação do AuCl e SnCl originando

o Au metálico quanto + Sn + violeta

Vidrado de Pb + vidrado alcalino de Ag solubilidade favorecida com óxido de Sn

- ambiente redutor: íon prata prata metálica vidrado: amarelo



PIGMENTOS


2.3 PIGMENTOS CERÂMICOS

Óxidos corantes pouco estáveis em Taltas e no meio imerso

geram cores pouco constantes ou reproduzíveis

Pigmentos cerâmicos estruturas inorgânicas - desenvolvem a cor e estabilizam

- mantém a cor em Taltas

- mantém a cor: agentes químicos

- resistem ao ataque agressivo dos

vidrados devido a ação fundente

- são compostos insolúveis

Condição de insolubilidade deve ser mantida mesmo o pigmento tendo tamanho de partículas

pequeno: 1-10 μm

2. CORANTES CERÂMICOS


PIGMENTOS


Os pigmentos podem encontrar-se sob forma das seguintes estruturas: 1. ESPINÉLIOS

2. ZIRCÔNIOS

2.3.1 Estrutura dos pigmentos

1. ESPINÉLIOS

Estudo da estrutura espinélia em óxidos usos diferenciados: - materiais magnéticos

- semicondutores

- pigmentos

- refratários

estudo da estabilidade de íons em coordenações

tetraédricas e octaédricas

Estrutura mais utilizada como pigmento variedade de tonalidades que apresenta

Pode ser dividida em duas classes: - compostos minerais coloridos por componentes

que fazem parte da estrutura

- serve como rede hospedeira pela inclusão de outro

cátion dos metais de transição ou lantânios



PIGMENTOS



1. ESPINÉLIOS

Fórmula geral: AB2O4 A: cátion divalente ocupam 8 posições tetrtraédricas

B: cátion trivalente ocupam 16 posições octaédricas



PIGMENTOS


2.3.1 Estrutura dos pigmentos1. ESPINÉLIOS

Pigmento azul de Cobalto-alumínio

- Co2+: posições tetraédricas

- Al3+: posições octaédricas

- Pode haver substituição de íons

para maior estabilidade: Ex Zn

substituindo parte de Co, obtém-se

novas matizes de cor dentro de

uma mesma cor.

Isto ocorre se o átomo que está

sendo incluído na estrtutura tem

ou não refração na região visível

(a) Pigmento azul de espinélio Co-Al, (b )incorporado em um

esmalte branco, (c) em um esmalte cristalino; (d) revestimentos

monocromáticos: pigmentos incorporados em esmaltes para

temperatura de grês porcelanato mate, (e) mate cal e (f) cristalina.



PIGMENTOS



1. ESPINÉLIOS

Pigmento espinela preta

- Formado por Co, Cr, Fe, Mn, Ni

(Co, Fe, Mn, Ni)(Cr, Fe, Mn)2O4

- Complexo na utilização: a

estequiometria deve controlar a

existência de três cátions que

apresentam mais de um estado

de oxidação (Cr, Fe e Mn).

(a) Pigmento preto de espinélio Cr, Co, Fe, Mn e Ni, (b) incorporado em um esmalte

branco, (c) em um esmalte cristalino; (d) revestimentos monocromáticos: pigmentos

incorporados em esmaltes para temperatura de grês porcelanato mate-cal, (e)

cristalino e (f) mate.



PIGMENTOS



2. ZIRCONITA

Estrutura da zirconita camadas alternadas tetraedros ΙSiOΙ4 compartilham

dodecaedro ΙZrOΙ8 arestas no eixo c

O

Si

Zr

a = b = 6,604 Å

c = 5,979 Å

Três categorias de pigmentos:

- amarelo de praseodímio

- azul de vanádio

- coral de ferro (pequenas

partículas de óxido de ferro –

hematita – estão encapsuladas

pela rede do zircão.



PIGMENTOS


2.3.1 Estrutura dos pigmentos2. ZIRCONITA

(a) Pigmento rosa pink de Fe-ZrSiO4 (b) incorporado

em um esmalte branco, (c) em um esmalte cristalino;

(d) revestimentos monocromáticos: pigmentos

incorporados em esmaltes para temperatura de grês

porcelanato cristalino, (e) branco e (f) mate.

(a) Pigmento amarelo de praseodímio-zircão, (b)

incorporado em um esmalte branco, (c) em um

esmalte cristalino; (d) revestimentos

monocromáticos: pigmentos incorporados em

esmaltes para temperatura de grês porcelanato

cristalino, (e) mate-cal e (f) branco.



PIGMENTOS


2.4 CLASSIFICAÇÃO DOS PIGMENTOS CERÂMICOSDificuldade de classificar segundo um único critério!

CLASSIFICAÇÃO DOS PIGMENTOS CERÂMICOS SEGUNDO A COR

PIGMENTOS INORGÂNICOS

PRETOS

SINTÉTICO

ÓXIDOS METÁLICOS

COLORIDOS BRANCOS

NATURAL OPACO TRANSPARENTE

MISTURA DE ÓXIDOS METÁLICOS COMPOSTOS NÃO ÓXIDOS OUTROS

Hematita OcreÂmbar

TiO2ZrSiO4ZnOZnSPbO

BaCO3CaCO3CaolinsSílica

Fe2O3Cr2O3

EspinéliosRutilosZircônios

CdSeSMetaisUltramarinasMetais coloidais


PIGMENTOS


Classificação de Evans leva em consideração a estrutura cristalina

forma física de produção da cor no esmalte solúveis e insolúveis

CLASSIFICAÇÃO DOS PIGMENTOS CERÂMICOS SEGUNDO EVANS DAS CORES INSOLÚVEIS

PIGMENTOS INORGÂNICOS

METAIS

Compostos minerais

coloridos (CoAl2O4)

ÓXIDOS NÃO ÓXIDOS

Pigmentos mordientes

Amarelo Pb, V, Sn

Amarelo ZrO2/V/Sn

Soluções sólidas de

compostos coloridos

Compostos incolores

coloridos por óxidos coloridos

Soluções sólidas de

compostos coloridos e

incolores

2.4 CLASSIFICAÇÃO DOS PIGMENTOS CERÂMICOS


PIGMENTOS


Classificação da Associação das Cores Secas dos EUA (DCMA) atende legislação sanitária

separação em 14 estruturas

cristalinas

1 – 14 identifica o grupo estrutural ou mineralógico

IDENTIFICAÇÃO NUMÉRICA: 01 – 44 especifica os elementos químicos da estrutura

1 – 9 indica a cor que produz este corante

COR CÓDIGO

Violeta e vermelho púrpura 1

Azul e turquesa 2

Verde 3

Amarelo e amarelo esverdeado 4

Vermelho, rosa e orquídea 5

Bege 6

Marrom 7

Cinza 8

Preto 9

DCMA: classificação mais completa

apresentada até os dias atuais

deixa de fora a classificação dos

pigmentos cerâmicos., óxidos

simples, sistemas não-óxidos e

pigmentos protegidos.

2.4 CLASSIFICAÇÃO DOS PIGMENTOS CERÂMICOS


PIGMENTOS


CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL DOS PIGMENTOS CERÂMICOS DA DCMA

NÚMERO DCMA NOME E ESTRUTURA CRISTALINA

I. BADEÍLITA

1-01-4 Badeílita amarela de zircônio-vanádio (Zr, V)O2

II. BORATO

2-02-1 Borato púrura de cobalto-magnésio (Co, Mg)B2O3

III. CÓRINDON – HEMATITA

3-03-5 Coríndon rosa de cromo alumina (Al, Cr)2O3

3-04-5 Coríndon rosa de magnésio-alumina (Al, Mn)2O3

3-05-3 Hematita verde escura de chumbo

3-06-7 Hematita marrom de ferro

IV. GRANADA

4-07-3 Granada verde vitória Ca3Cr2(SiO4)3

V. OLIVINA

5-08-2 Olivino azul de silicato de cobalto CoSiO4

5-45-3 Olivino verde de silicato de níquel Ni2SiO4


PIGMENTOS




VI. PERICLASE

6-09-8 Periclase cinza de cobalto-níquel (Co, Ni)O

VII. FENANCITA

7-10-2 Fenancita azul de silicato de cobalto-zinco (Co,Zn)2SiO4

VIII. FOSFATO

8-11-1 Fosfato violeta de cobalto Co3(PO4)2

8-12-1 Fosfato violeta de cobalto-lítio LiCoPO4

IX. PRIDERITA

9-13-4 Priderita amarelo-esverdeada Ba3Ni2Ti17O39

X. PIROCLORO

10-14-4 Pirocloro amarelo de antimoniato de chumbo Pb2Sb2O7

XI. RUTILO CASSITERITA

11-15-4 Rutilo amarelo de níquel, titânio e antimônio (Ni, Ti, Sb)O2

11-16-4 Rutilo amarelo de níquel, titânio e nióbio (Ni, Ti, Nb)O2


PIGMENTOS




11-17-6 Rutilo bege de titânio, cromo e antimônio (Ti, Cr, Sb)O2

11-18-6 Rutilo bege de titânio, cromo e nióbio (Ti, Cr, Nb)O2

11-19-6 Rutilo bege de titânio, cromo e wolframio (Ti, Cr, W)O2

11-20-6 Rutilo bege de titânio, magnésio e antimônio (Ti, Mg, Sb)O2

11-21-8 Rutilo cinza de titânio, vanádio e antimônio (Ti, V, Sb)O2

11-22-4 Cassiterita amarela de estanho-vanádio (Sn, V)O2

11-23-4 Cassiterita vermelha de cromo-estanho (Sn, Cr)O2

11-24-8 Cassiterita cinza de estanho-antimônio (Sn, Sb)O2

11-46-7 Rutilo marrom de Ti-Sb-Cr-Mn (Ti-Sb-Cr-Mn)O2

11-47-7 Rutilo marrom de titânio, nióbio e magnésio (Ti, Nb, Mn)O2

XII. ESFENO

12-25-5 Esfeno carmim de estanho-cromo CaSnSiO5:Cr2O7

XIII. ESPINÉLIO

13-26-2 Espinélio azul ded aluminato de cobalto CoAl2O4


PIGMENTOS




13-27-2 Espinélio cinza-azul de estanato de cobalto Co2SnO4

13-28-2 Espinélio azul de aluminato de cobalto e zinco (Co, Zn)Al2O4

13-29-2 Espinélio verde-azul de cromo aluminato de cobalto Co(Al, Cr)2O4

13-30-3 Espinélio verde de cromato de cobalto CoCr2O4

13-31-3 Espinélio verde de titanato de cobalto CoTiO4

13-32-5 Espinélio rosa de cromo aluminato de zinco Zn(Al, Cr)2O4

13-33-7 Espinélio marrom de ferro e cromo Fe(FeCr)2O4

13-34-7 Espinélio marrom titanato de ferro Fe2TiO4

13-35-7 Espinélio marrom de ferrita de níquel NiFe2TiO4

13-36-7 Espinélio marrom de ferrita de zinco (Zn, Fe)Fe2O4

13-37-7 Espinélio preto de cromita de zinco-ferro (Zn, Fe)(Fe, Cr)2O4

13-38-9 Espinélio preto de cromita de cobre CuCr2O4

13-39-9 Espinélio preto de ferro e cobalto (Fe, Co) Fe2O4

13-40-9 Espinélio preto de cromita de cobalto e ferro (Fe, Co)(Fe, Cr)2O4


PIGMENTOS




13-41-9 Espinélio preta de ferrita e magnésio (Fe, Mn)(Fe, Mn)2O4

13-48-7 Espinélio marrom de magnésio, ferro e cromo (Fe, Mn)(Fe, Mn, Cr)2O4

13-49-2 Espinélio azul de alumínio, estanho e cobalto (Sn, Co) (Al, Co)2O4

13-50-9 Espinélio preto de níquel, ferro e cromo (Ni, Fe)(Fe, Cr)2O4

13-51-7 Espinélio marrom de zinco, cromo e magnésio (Zn, Mn)(MnCr)2O4

XIV ZIRCÃO

14-42-2 Zircão azul vanádio-zircônio (Zr, V)SiO4

14-43-4 Zircão amarelo de praseodimio-zircônio (Zr, Pr)SiO4

14-44-5 Zircão rosa de ferro-zircônio (Zr, Fe)SiO4


PIGMENTOS


APLICAÇÃO:

-BIOMATERIAIS

2.5.1 USINAGEMINTRODUÇÃO

2.5 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: ACABAMENTO


1. Cite duas diferenças entre a matéria-prima para a cerâmica tradicional e avançada

2. Dê cinco exemplos de cerâmica tradicional e cerâmica avançada.

3. Explique o diagrama triaxial para cerâmicas brancas.

4. Como classificam-se os processos de fabricação segundo a pressão versus a quantidade de água para

conformação?

5. Explique o pseudopolimorfismo da alumina.

6. Que tipo de ligações estão presentes nas argilas e que propriedades conferem a mesma?

7. Cite os critérios de caracterização de matérias-primas.

8. A composição química de uma matéria-prima pode ser determinada por três diferentes técnicas, qual o

critério para selecionar a técnica mais adequada?

9. Quais informações são obtidas através de uma análise de DTA/TG?

10. Cite as cinco diferentes técnicas para análise da granulometria de um material.

11. Quais as técnicas utilizadas para determinar o polimorfismo de um material? Justifique.

12. Para que serve a moagem no processamento de pós?

13. Cite cinco vantagens da moagem a úmido e cinco da moagem a seco.

14. Cite três tipos de moinhos.

15. De que depende a distribuição do tamanho de partículas em um material após a moagem?

16. Compare os processos de moagem: moinho de bolas e turbomill, segundo o tempo de moagem e a

área superficial obtida.

17. Preencha a Tabela 1 diferenciando os processos de separação sólido-líquido.

2.5 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: EXERCÍCIOS


Processos separação sólido-líquido

Definição Características do processo

Vantagens Desvantagens Usos

Filtração

Espessamento

Flotação

Atomização sob pressão

Atomização Spray de dois fluidos

Atomização Spray Centrífugo

Tabela 1



18. Quais as vantagens de atomizar uma mistura sólido-líquido segundo as características área superficial,

controle do tamanho de partícula, resfriamento por evaporação, tempo de residência e custo de

equipamento?

19. Explique cada tipo de grão gerado na Figura 1 após a atomização.

Figura 1

20. Cite quatro formas de aglomerar partículas.

21. Defina calcinação e cite quatro fatores de influência.

22. Desenhe o fluxograma e explique o processamento de pós por sol-gel.

23. Cite quatro vantagens no uso de sol-gel.

24. Explique o processo Pechini.

25. Explique o processo SHS e dê dois exemplos de utilização deste.

26. Por que deve-se utilizar aditivos no processamento de pós?

27. Relacione o tipo de aditivo e a função deste no processamento de pós (escolha ao menos sete

aditivos).

28. Cite cinco ligantes orgânicos e cinco inorgânicos.



29. Quais são os principais tipos de aditivos e com que objetivos são empregados na compactação de massas

cerâmicas?

30. Identifique e explique sucintamente os gráficos abaixo.

31. Como pode-se classificar os processos de secagem quanto a umidade?

32. Quais são alguns problemas que podem ocorrer na prensagem axial de uma massa cerâmica?

33. Qual a vantagem da prensagem a quente em relação à prensagem a frio?

34. Descreva sucintamente os processos de prensagem isostática a frio wet bag e dry bag?

35. Quais são algumas vantagens e desvantagens da colagem por barbotina?

36. Quais são os principais fatores de influência na colagem por barbotina?

37. Faça um fluxograma do processo de tape casting. Qual seu principal campo de aplicação?



38. Qual a influência do ar na massa cerâmica no processo de extrusão de massas cerãmicas?

39. Quais são as principais vantagens e desvantagens do processo de moldagem por injeção.

40. Qual é a microestrutura típica de revestimentos cerâmicos obtidos por aspersão térmica?

41. Que fatores interferem na aderência do revestimento sobre o substrato?

42. Cite alguns sistemas cerâmicos processados por cimentação.

43. Cite produtos cerâmicos processados por fusão. Porque é usada essa técnica para essas aplicações?

44. O que é deposição a vapor? Quais são as variantes mais importantes desta técnica?

45. Quais são os fenômenos de transporte envolvidos durante a secagem?

46. Quais são os fatores (ambientais e do corpo a ser seco) que influem na secagem? E como é esta influência?

47. Como varia a umidade com a taxa de secagem de um material, durante sua secagem?

48. Quais são os tipos de água presentes em um material?

49. Quais são os principais defeitos de secagem e sua causa?

50. Explique o gráfico abaixo. Qual sua importância na definição da curva de secagem?



51. O que é o índice de Piltz.

52. O que é sinterização. O que ocorre no corpo cerâmico durante o processo?

53. Defina sinterização por difusão e por fase líquida.

54. Quais são os mecanismos preponderantes num e noutro caso?

55. Cite quais são as principais reações e em que intervalo de temperatura ocorrem durante a queima de uma argila?

56 Cite quais são as principais reações e em que intervalo de temperatura ocorrem durante a queima de uma

porcelana?

57. Bi-queima e monoqueima: o que é e dê exemplos de aplicação de cada caso.

58. Quais são os fatores de influência no processo de sinterização?

59. Quais são os principais defeitos de queima e qual sua origem?

60. Como pode ser avaliada a queima de um corpo cerâmico em laboratório?

61. Que fatores determinam a qualidade da usinagem de materiais cerâmicos?

62. Como varia a resistência mecânica do material cerâmico usinado em função da granulometria do disco abrasivo?

63. Como varia a rugosidade superficial do material cerâmico usinado em função da granulometria do abrasivo no corte

a ultra-som?

64. O que é esmaltação de produtos cerâmicos?

65. Com que finalidade os produtos cerâmicos são esmaltados?

66. O que é frita?

67. O que é esmalte?

68. O que é corante?

69. O que é engobe e qual a finalidade de seu emprego?

70. O que é acordo entre o esmalte e o suporte cerâmico?

71. Cite 7 cátions e sua influência nas propriedades do esmalte?

72. Quais os principais defeitos que um esmalte cerâmico pode apresentar?


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