7Aula_Ceramicos

8/12/2019 7Aula_Ceramicos

1/83

MATERIAIS CERMICOS

7 AT da UC INOVAO TECNOLGICA E NOVOS MATERIAIS - 2013/2014


2/83

MATERIAIS CERMICOS

A palavra cermica deriva da palavra grega (keramikos) feito de barro, ou sea, materiais i!org!icos,!"o#met$licos, duros, (fr$geis) e com bai%a co!dutividade

t&rmica e el&trica, formados pela a'"o do calor

A America! ociet* for +esti!g a!d aterials (A+)defi!e#os do segui!te modo-

an article having a glazed or unglazed body of crystalline

or partly crystalline structure, or of glass, which body is

produced from essentially inorganic, non-metallic

substances and either is formed from a molten mass which

solidifies on cooling, or is formed and simultaneously or

subsequently matured by the action of the heat.


3/83


4/83

+./010 3 +314A 5367.5A 8.9A 3 069A39+A1 6386A+:6.063;3+.39+0


5/83


6/83

FARICO !E ELEMENTOS CERMICOS

As cermicas tEm po!tos de fus"o altos, FGGGH5, !"opermiti!do a fu!di'"o e moldagem Al&m disso, falta#lBesa plasticidade Cue permite a ado'"o de processos

secu!d$rios de co!forma'"o, tais como, forame!to

=or este motivo gra!de parte das cermicas & fabricada apartir de pIs pre!sados coDidos em altas temperaturas

As cermicas vJtreas s"o difere!tes A argila BKmida &Bidropl$stica, permiti!do Cue sea co!formada por meiode t&c!icas simples >ua!do a argila seca & coDida, umdos seus compo!e!tes fu!de, espalBa!do#se em tor!odos outros compo!e!tes, liga!do#os


7/83

CONFORMAO !OS CERMICOS

ra!de parte dos cermicos & produDida a partir de pastaspl$sticas ou co!solida'"o de pIs cermicos

A co!forma'"o efetua#se por pre!sagem, tor!eame!to,moldagem, lami!a'"o, e%trus"o, i!e'"o e si!teriDa'"o Aco!solida'"o dos compo!e!tes gra!ulados pode realiDar#se em fase sIlida ou em fase sIlida e lJCuida A porosidaderesidual das pe'as & posteriorme!te reduDida porsi!teriDa'"o a altas temperaturas ou, em certos casos, aaltas temperaturas e pressLes

9o caso da barboti!a a moldagem faD#se por e!cBime!toem moldes porosos atrav&s dos Cuais a $gua & absorvida,dei%a!do a mat&ria sIlida co!formada sobre o molde


8/83

0 processo tec!olIgico das cermicas e!volve M fases

pri!cipais-

"#$%a#a&'( d( S)*+$,a N ;isa obter um sistemaBomog&!eo e reativo com co!sistE!cia adeCuada aoprocesso de co!forma'"oO

O+$.&'( da F(#,a N =roduto com propriedadesmec!icas i!cipie!tes, forma e dime!sLes apro%imadasO

C(.*()da&'( da F(#,aN +ratame!tos t&rmicos visa!do o

dese!volvime!to de micorestrurasO%$#a&$* d$ $.$))a&'( N 6etifica'Les, porme!ores,recoDime!to

9o fi!al acresce a fase de i!spe'"o e de co!trolo


9/83


10/83


11/83

"#($**(* d$ $+#*'(


12/83

M(da5$, a a+a* +$,%$#a+#a* $ %#$**$*


13/83

5o!forma'"o de materiais cermicos

Pi!Q AsBb*, icBael 8O /o!es,


14/83

LIGA6ES ATMICAS !AS CERMICAS

?ma disti!'"o i!icial deve ser feita e!tre as cermicas

iI!icas e as cermicas covale!tesC$#,)a* )8.)a*N =redomi!am as liga'Les iI!icas "otipicame!te compostos por um metal e um !"o metal com

cargas el&ctricas difere!tesC$#,)a* (9a$.+$* N =redomi!am as liga'Lescovale!tes "o compostos formados por dois !"o metais

ou, ocasio!alme!te, por eleme!tos puros ?m $tomo destetipo de cermica compartilBa electrLes


15/83

C$#,)a* I8.)a*

A atra'"o eletroest$tica e!tre ascargas difere!tes & respo!s$vel porgra!de parte da liga'"o 0s .LestEm um arra!o de!so paraco!seguir Cue o m$%imo possJvel decargas positivas e !egativas fiCuemprI%imas umas das outras, com arestri'"o de Cue iLes do mesmotipo (carga idE!tica) !"o devemtocar

0 cloreto sIdio 9a5l & umacermica iI!ica tJpica 5ada $tomode sIdio perde um electr"o para o$tomo de cloro


16/83

C$#,)a* C(9a$.+$*

8ormadas por F !"o metais (como i 0F) ou ocasio!alme!te porum K!ico eleme!to puro como 5 (diama!te) A sua estruturaaprese!ta arra!os coorde!ados de!tro de c&lulas u!it$rias

cKbicas 5ada $tomo est$ !o ce!tro de um tetraedro com Mliga'Les dirigidas aos M v&rtices do tetraedro ?m $tomo dessaclasse de cermica estabelece liga'Les compartilBa!do electrLescom os seus viDi!Bos para for!ecer um !Kmero fi%o de liga'Les

direccio!ais


17/83

MICROESTRUTURA !AS CERMICASAs cermicas tEm uma estrutura !a escala atImica, Cuepode ser cristali!a (cermica cristali!a) ou amorfa

(cermica vJtrea), mas tamb&m tEm uma estrutura aescala maior, caracteriDada por-

8orma e arra!o dos seus gr"os ou fasesO

+ama!Bo e frac'"o em volume dos poros Cue co!t&m


18/83

CERMICAS CRISTALINAS

As cermicas cristali!as formam microestruturaspolicristali!as 5ada gr"o & um cristal mais ou me!osperfeito Cue se e!co!tra com viDi!Bos em co!tor!osde gr"o uitas cermicas !"o s"o totalme!te de!sas=orosidades at& FGS s"o um aspeto comum

0s poros e!fraCuecem o material >ua!doarredo!dados, esses poros, i!duDem peCue!aco!ce!tra'"o de te!sLes

9as cermicas o moder!o processame!to comredu'"o dos poros e das tri!cas visa obter em corposcermicos resistE!cias T tra'"o t"o elevadas como asdos a'os de alta resistE!cia


19/83

CERMICAS V:TREAS

ateriais de gra!de durabilidade e resistE!cia T corros"o (tiolos,ladrilBos, telBas, lou'as sa!it$riasU) s"o feitos de argila ilicatos emlmi!as >ua!do BKmida atrai a $gua e!tre as lmi!as V isso Cuetor!a as argilas pl$sticas, f$ceis de trabalBar As lmi!as de silicato

desliDam umas sobre as outras com facilidade, lubrificadas pelacamada de $gua >ua!do secas at& ao estado verde (Cua!do perdema sua plasticidade e adCuirem resistE!cia superficial para serem

ma!ipuladas) s"o sueitas a um coDime!to (WGGH5 a XFGGH5), com oobetivo de retirar $gua 9esse processo a sJlica combi!a comimpureDas, forma!do um vidro lJCuido Cue Bumedece os sIlidosresta!tes

>ua!do coDidas as cermicas vJtreas s"o usualme!te porosas=ara impermeabiliDar a superfJcie & aplicado um esmalte vidrado Cue& coDido a uma temperatura mais bai%a Cue a a!terior0 vidrado escorre sobre a cermica pe!etra!do !os poros por te!s"osuperficial


20/83

LIGAS CERMICASAs cermicas formam ligas umas com as outras deforma idE!tica aos metais 0 obetivo das ligascermicas &, em geral, permitir a si!teriDa'"o at&de!sidade total ou melBorar a te!acidade T fratura A

co!stitui'"o de uma liga cermica & prescrita pordiagrama de eCuilJbrio adeCuado



21/83

.9+36.YAZ[0


22/83


23/83

9os processos de si!teriDa'"o ocorrem duas situa'Les-

X] 5ompo!e!tes s"o todos sIlidos N 9estes casos aporosidade & reduDida por difus"o da massa e poraltera'"o da dime!s"o e da geometria das porosidades

(meca!ismos de tra!sporte) 9estes casos a porosidade!"o pode ser i!tegralme!te suprimida

F] 5ompo!e!tes em fase sIlida e lJCuida N >ua!do !oprocesso de si!teriDa'"o est"o prese!tes a fase sIlida elJCuida, & possJvel elimi!ar as porosidades, uma veD Cue ade!sifica'"o se processa !"o sI por difus"o da massa mas

tamb&m por rearra!o das partJculas 9estes casos obtEm#se uma micro estrutura composta por uma fase sIlidacristali!a embebida !uma matriD vJtrea


24/83


25/83

0 tama!Bo dos poros e o espa'ame!to e!tre eles s"o

directame!te proporcio!ais ao tama!Bo origi!al daspartJculasO porta!to, Cua!to me!ores as partJculas,me!ores ser"o esses defeitos e melBor ser$ a

resistE!cia mec!ica


26/83


27/83


28/83

SINTERI;AO !E FASE L:


29/83

Pi!Q offatt, ^ O =earsall, ^O ^ulff, / N +Be tructure a!d =roperties of aterials, vol . /oB! _ile* ` o!s, .!c XM


30/83

1.AZ[0 =06 63AZ[0=rocesso utiliDado com cermicas T base de silJcio (maiseco!Imico e com boa precis"o)

?.5A


31/83

!ESENVOLVIMENTOS FUTUROS !A

TECNOLOGIA CERMICA

As maiores limita'Les Ts aplica'Les de e!ge!Baria dos materiaiscermicos relacio!am#se com o seu comportame!to fr$gilCua!do usados em situa'Les de solicita'"o mec!ica etermodi!mica, o Cue tem limitado o seu campo de aplica'"o !apr$tica V precisame!te !esta $rea Cue se esperam os maiores

dese!volvime!tos futuros>ua!do comparados com os metais, os materiais cermicos s"omais resiste!tes Cua!do solicitados meca!icame!te Tcompress"o, aprese!ta!do dureDas superiores, mesmo aelevadas temperaturas, resistem melBor ao desgaste e Tcorros"o e possuem uma bai%a de!sidade 0 seu pri!cipali!co!ve!ie!te relacio!a#se com a bai%a te!acidade T fratura, o

Cue origi!a um comportame!to fr$gil sob solicita'"o mec!ica


32/83

aCui!agem

8i!alme!te as opera'Les de maCui!agem para retifica'"odas dime!sLes e acabame!to superficial s"o talveD a fasemais delicada do processo produtivo dos compo!e!tes

cermicos

A maCui!agem dos cermicos realiDa#se por a'Lesabrasivas recorre!do#se a t&c!icas variadas, desde as mIs

abrasivas at& T maCui!agem ultra sI!ica +Em sidoregistados ava!'os sig!ificativos !as tec!ologias, em Cue otor!eame!to assistido por laser de 50F ou 9d#A

(neodymium-doped yttrium aluminum garnet) usa!doferrame!tas de corte em 5@9 (cubic boron nitride) ?moutro processo de maCui!agem & a eletroeros"o a frio,

aplic$vel a cermicos co!dutores


33/83

5eramic compo!e!ts bei!g macBi!ed


34/83

=).> I.+#(d+)(. +( a*$# ,a?).).5 ( $#a,)*


35/83

Bttp-___delpBi#laser#micromacBi!i!gcommaterial


36/83

A co!tratipagem r$pida poder$ tamb&m vir a co!stituirum processo A si!teriDa'"o seletiva por laser (1) e a

si!teriDa'"o reativa e seletiva por laser (16)aprese!tam pote!cialidades para o fabrico decompo!e!tes cermicos de!sos por co!tratipagem

As pe'as s"o fabricadas por deposi'"o de sucessivascamadas de pIs, com espessuras e!tre R mm e FG

mm, Cue s"o sucessivame!te si!teriDadas por laser

5o!tratipagem


37/83

UNIO !E CERMICAS

9as cermicas B$ Cue mi!imiDar as co!ce!tra'Les dete!sLes =or este motivo !"o & possJvel adotarmetodologias de liga'"o do tipo aparafusame!to ou

rebitagem 3%istem t&c!icas apropriadas Ts pe'ascermicas-

1iga'"o por ;itrifica'"o N 9a liga'"o por vitrifica'"o as

pe'as s"o revestidas com um vidro de bai%o po!to defus"o (GGH5) e e!t"o colocadas em co!tacto e aCuecidasacima do po!to de fus"o do vidroO

1iga'"o por


38/83



39/83

A liga'"o dos cermicos aos metais pode ser realiDada

por difere!tes processos-

6evestime!to com metal e brasagem N A face emco!tacto & revestida com metal refract$rio A pelJculade metal recebe uma camada de cobre e a pe'a demetal & soldada T a!terior por brasagemO

?tiliDa'"o de Adesivos N 3m geral as resi!as epI%i s"o

usadas para u!ir pe'as em bai%as temperaturasO

?tiliDa'"o de @ra'adeiras fle%Jveis mu!idas de veda'Les

macias


40/83

=60=6.3


41/83

A,a&'( d$ E$+#))dad$


42/83

")$@($$+#))dad$


43/83

"RO"RIE!A!ES MECNICAS !AS CERMICAS

As cermicas, tal como os metais, possuem um mIdulode ou!g bem defi!ido

9as cermicas os mIdulos el$sticos s"o em geralsuperiores aos dos metais 3sta caracterJstica decorreda maior rigideD da liga'"o iI!ica em I%idos simples e

da liga'"o covale!te em silicatos


44/83

As cermicas s"o os sIlidos mais duros de todos (3%-

corJ!do! AlF 0O carbo!eto de silJcio i5O diama!te 5)As liga'Les iI!icas ou covale!tes aprese!tam umae!orme resistE!cia reticular ao movime!to de uma

discord!cia 0 mesmo !"o aco!tece !os metaisO!estes a e!ergia de liga'"o vem da i!terac'"oelectroest$tica geral e!tre iLes positivos e a !uvem de

electrLes !egativos e as liga'Les !"o s"o localiDadas

;ickers 4ard!ess


45/83

0 meca!ismo de deforma'"o destes materiais est$forteme!te associado T sua estrutura 9o caso das

cermicas de estrutura cristali!a, apesar da maioria dosmateriais cermicos possuir um !Kmero reduDido depla!os de desliDame!to e aprese!tar estruturascomple%as, a capacidade de deforma'"o resulta emgra!de parte dos processos de escorregame!topl$stico 9as cermicas vJtreas a ausE!cia de CualCuerrede cristali!a impossibilita esse tipo dedeslocame!tos 3stas podem, !o e!ta!to, deformar#sepor via da viscosidade, desde Cue sueitos a te!sLes e atemperaturas elevadas

MECANISMO !E !EFORMAO


46/83

A te!s"o reCuerida para provocar movime!ta'"o das

discord!cias & uma frac'"o do mIdulo de ou!g5ermicas h 3GO etais h 3XG

1ogo as cermicas tEm em temperatura ambie!te uma

resistE!cia reticular muito gra!de


9as cermicas covale!tes a liga'"o & localiDada 0s


47/83

9as cermicas covale!tes a liga'"o & localiDada 0s

eleme!tos Cue formam a liga'"o est"o co!ce!trados!a regi"o e!tre os $tomos ligados 5omportam#secomo peCue!as escoras Cue ma!tEm os $tomosu!idos Ao movime!tar uma discord!cia ter"o de serrompidas estas liga'Les



48/83

9as cermicas iI!icas a for'a de atra'"o & iI!ica 9estes

casos B$ pla!os em Cue o corte & relativame!te f$cil eoutros em Cue & forteme!te co!trariado pela repuls"oelectroest$tica e!tre iLes iguais, Cue se opLe

forteme!te 9estes casos a resistE!cia reticular & alta,embora !"o t"o alta como !as cermicas covale!tes



49/83

RESISTNCIA B FRATURA3mbora com gra!de resistE!cia reticular, a gra!de maioria doscermicos & fr$gil As matriDes vJtreas aprese!tam elevadafragilidade e mesmo os Cue possuem uma estrutura cristali!aaprese!ta resistE!cia T fratura bai%a

9os metais a e!ergia & absorvida !a Do!a pl$stica 9as cermicas aplasticidade & muito limitada, logo a te!acidade T fratura &reduDida

9os sIlidos si!teriDados a prese!'a de porosidades fu!cio!a comoco!ce!tradores de te!s"o a partir das Cuais se dese!volvemmicrofissuras


50/83

As cermicas s"o, em gra!de parte, compostas de$tomos leves, com estruturas freCue!teme!te !"ocompacta, resulta!do de!sidades bai%as


51/83


52/83

63.+95.A >?.5A


53/83

=60=6.3


54/83

CON!UTIILI!A!E TRMICA

0s materiais cermicos aprese!tam boa capacidade deisolame!to t&rmico 3sta caraterJstica resulta do factodas suas liga'Les iI!icas e covale!tes !"o permitirem ae%istE!cia de eletrLes livres Cue assegurem aco!dutividade t&rmica eletrI!ica

A e!ergia t&rmica & co!duDida por fo!Les .!terrela'"ode vibra'Les BarmI!icas e tra!sferE!cia de e!ergia

A co!dutibilidade t&rmica pode sofrer altera'Les

devido a difere!tes factores mas, em geral, & i!ferior TCue se verifica !os eleme!tos mo!o cristali!os


55/83

8o!"o, !a fJsica da mat&ria co!de!sada, & uma Cuase#partJcula Cuedesig!a um Cua!tum de vibra'"o !uma retJcula cristali!a rJgida

FONO


56/83



57/83

+Bermal 5o!ductivit* at 6oom +emperature

TENS6ES TRMICAS


58/83

As te!sLes t&rmicas dese!volvem#se !os cermicosCua!do estes s"o submetidos a varia'Les t&rmicas esueitos a vJ!culos e%ter!os pouco deform$veis

?m outro problema de te!s"o t&rmica ocorre por cBoCuet&rmico 3stes processos de rutura fr$gil est"orelacio!ados com os segui!tes factores-

X N 5o!dutividade t&rmica reduDida impedi!do Cue osprocessos de varia'"o t&rmica seam u!iformes Cua!doocorrem varia'Les r$pidas de temperatura, da!do origema te!sLes Cue dificilme!te se dissipamO

F N As te!sLes podem igualme!te resultar de muda!'as de

volume associadas a tra!sforma'Les alotrIpicas


59/83


NOVAS TECNOLOGIAS "ARA CERMICOS


60/83

NOVAS TECNOLOGIAS "ARA CERMICOS

5om o r$pido dese!volvime!to dos materiais cermicosdese!volveram#se e si!tetiDaram#se produtos para as mais

diversas aplica'Les3stas cermicas de alta tec!ologia, tamb&m co!Becidascomo cermicas de e!ge!Baria, tEm propriedades K!icas

a !Jvel mec!ico, el&trico, t&rmico, bioCuJmico e deresistE!cia T corros"o "o materiais vocacio!ados paraaplica'Les em situa'Les muito e%ige!tes e aprese!tam,

Boe em dia, uma gama muito vasta de aplica'Les !asi!dKstrias automIvel e aero!$utica, !a saKde, !aco!stru'"o civil, !a eletrI!ica e !a produ'"o de e!ergias

re!ov$veis


61/83

!(* .(9(* $#,)(* *'( d$ d$*+aa#D


62/83


63/83


64/83

TIOLO !E CONSTRUO NEGATIVO EM CARONO@loco de co!stru'"o capaD de captar mais diI%ido de carbo!o do Cue aCuele Cue &emitido dura!te a sua produ'"o N XM jg por to!elada 0 produto foi dese!volvido pelaempresa brit!ica 1ig!acite em parceria com a 5arbo!W Aggregates e & composto pormais de GS de material recicladoBttp-gree!saverssapoptFGXGFWo#primeiro#tiolo#de#co!strucao#!egativo#em#carbo!o


65/83

C$#,)a T.)a


66/83

SU"ERF:CIES CERMICAS AUTO-LIM"ANTES6evestime!tos cermicos com fu!'Les auto#limpa!tes, atrav&s da modifica'"o da suasuperfJcie com materiais !a!o estruturados foto catalJticos 0s !ovos revestime!tospermitem a redu'"o dos custos de ma!ute!'"o de facBadas de edifJciosBttp-___ctcvpt!e_sletteru!FGXFtemaaaBtml


67/83

S$.*$T)$*6evestime!tos cermicos com fu!cio!alidades se!sitivas, usados como i!terface dastec!ologias de domItica 5om base !a se!soriDa'"o t$ctil do revestime!to cermico, esem preuJDo das suas caraterJsticas de base, prete!de#se Cue estas !ovas fu!cio!alidadestra!sformem o produto !a parte i!terativa dos edifJcios i!telige!tesBttp-___ctcvptprodise!setilesBtml


68/83

T?$#,(C$#=avime!tos cermicos com caraterJsticas t&rmicas melBoradas, por i!corpora'"o demateriais com muda!'a de fase (=5), para a gest"o passiva do co!sumo de e!ergia emedifJcios, possibilita!do a dimi!ui'"o dos custos para o utiliDador e a redu'"o dasemissLes de gases com efeito#estufa

Bttp-___ctcvptproditBermocerBtml


69/83

S(a#T)$*

istemas solares fotovoltaicos em coberturas e revestime!tos cermicos dese!volvidosem protItipos fu!cio!ais de produtos cermicos fotovoltaicos i!tegrados, de elevadaeficiE!cia, para revestime!tos de edifJcios (telBas e revestime!tos e%teriores de facBada)i!corpora!do filmes fi!os fotovoltaicosBttp-___solar#tileseu=


70/83

@361.0

5A6@3+0


71/83

5A6@3+0


72/83

Y.6509.A


73/83

U+#a-T?). C$#a,) M$,#a.$*embra!as cermicas ultra#fi!as, de alta de!sidade, alta resistE!cia mec!ica, ei!&rcia CuJmica, resiste!tes a temperaturas e%tremas


74/83

F$##)+$ Ma5.$+)@adama!es perma!e!tes em cermica

+Bis mag!etic ceramic e%Bibits BigB permeabilit*, electrical resista!ce a!d abrasio!resista!ce .t is _idel* used i! mag!etic Beads a!d mag!etic cores for BigBfreCue!c* electro!ics


75/83

M5O - CERMICA TRANS"ARENTE COM A ALTA CON!UTIVI!A!E TRMICA


76/83

ES"UMA !E CERMICA "ARA ISOLAMENTO !E ALTAS TEM"ERATURAS3spumas de cermica de c&lulas fecBadas s"o usadas em mKltiplas aplica'Les tais comomateriais de isolame!to de alta temperatura


77/83

TERRAS RARAS !O"A!AS COM FSFORO?tiliDadas em compo!e!tes de ilumi!a'"o e diodos emissores de luD (13


78/83

ALUMINA TRANSLUCI!A5ompo!e!tes cermicos semi#tra!slKcidos ou tra!spare!tes para diversas utiliDa'Les !ai!dKstria da ilumi!a'"o


79/83

MATERIAIS E SISTEMAS INTELIGENTES=ieDocermicos de alto desempe!Bo utiliDados em se!sorese atuadores eletrI!icos em compo!e!tes mo!olJticos ecompIsitos com polJmeros, metais, vidros e cermicos


80/83

TTEIS EM FIRA !E CARONOateriais leves suporta!do elevadas cargas mec!icas


81/83

ZircoFlex

aterial isola!te t&rmico fle%Jvel em cermica, com peso e espessuramJ!ima Aplica'Les usuais !a protec'"o de motores e para aabsor'"o de calor em compartime!ta'Les t&c!icas especiais

ILIOGRAFIA "RINCI"AL


82/83

AsBb*, icBael 8O /o!es,


83/83

Bttp-___biomimicr*!et Bttp-materialblogde

___raumprobede

Bttp-___!dsmufrgsbr ___!dsmufrgsbr

___desig!i!sitedk

Bttp-globalk*oceracomfc_orld Bttp-___ctcvpti!de%Btml

Bttp-___ceramicapt

Bttp-___keramverba!ddebreviere!glbestellu!gBtm ___e!rg#i!ccom

Bttp-___keramverba!ddebreviere!glbestellu!gBtm

Bttp-___ceramteccomproducts

Documents

7Aula_Ceramicos