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ica
do
s M
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ria
is–
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T0
50
2 (
43
00
50
2)
1º
Se
me
stre
de
20
10
Inst
itu
tod
e F
ísic
a
Un
ive
rsid
ad
ed
e S
ão
Pa
ulo
Pro
fess
or:
A
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Do
min
gu
es
do
s S
an
tos
E-m
ail
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nto
s@if
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Fo
ne
: 3
09
1.6
88
6
htt
p:/
/pla
to.i
f.u
sp.b
r/~
fmt0
50
2n
/
30 de abril e 04 de maio
Cerâmicas
Cerâm
icas são
materiais in
orgân
icos e não
-metálicos.
São
form
adas por elem
entos quím
icos metálicos e não
-metálicos, onde
as ligações são
iônicas ou preponderan
temen
te iô
nicas.
Cerâm
icas tradicionais (à
base de argila): lo
uça, p
orcelan
a, tijo
los,
telhas, azulejos, vidros e cerâmicas de altas temperaturas.
Hoje, . . .
. . . Óxidos, nitretos, carbetos e muito m
ais !
(sen
do os óxidos as cerâm
icas m
ais freq
uen
tes)
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Se
me
stre
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20
10
Carater iônico ou covalente ?
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43
00
50
2)
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Se
me
stre
de
20
10
()
{}
21exp
0,25
100
ab
XX
x
=
−−
−
%Carater iônico
Onde Xa e Xb são as eletronegatividades dos componentes
Cerâmicas
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43
00
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Se
me
stre
de
20
10
cos
cos30
A
AC
AP
r
AO
rr
α=
°=
=+
Cerâmicas
Mesmas estruturas cristalinas dos metais
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20
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Cerâmicas
Estrutura do NaC
l
0,102/0,181
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50
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Se
me
stre
de
20
10
Estrutura CFC
Com 2 sub-redes
Número de coordenação 6
Outros exemplos: FeO, LiF, MgO, MnS
Cerâmicas
Estrutura do tipo AX
Estrutura do CsC
l
0,170/0,181
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43
00
50
2)
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Se
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de
20
10
Estrutura CS
Com 2 sub-redes
Número de coordenação 8
Cerâmicas
Estrutura do ZnS
Blenda de Zinco
Estrutura CFC
Com 2 sub-redes
Número de coordenação 4
Outros: ZnTe, SiC
Estrutura do tipo AX
Estrutura do CaF
2
Fluorita
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43
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Estrutura CS
Célula unitária com 8 cubos
Número de coordenação 8(4)
Ânions e cátions co
m cargas diferen
tes
Mesma estrutura do CsC
l
Cerâmicas
Estrutura do tipo A
mXp
Estrutura do BaT
iO3
Titan
ato de bário
Estrutura CFC
Estrutura do tipo A
mB
nXp
Conhecida co
mo Perovskita
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Se
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p/ Estrutura CFC ou HC
Planos de alta compactação
Cerâmicas
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Se
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20
10
Cálculo de densidade em cerâmicas
Cerâmicas
()
CA
cA
nA
A
VN
ρ+
=∑
∑
número de unidades da fórm
ula
em uma célula unitária
Soma das m
assas atômicas
de cátions e ânions na
unidade da fórm
ula
Volume da célula unitária
e número de Avogadro
Qual a den
sidad
e do NaC
l ?
Cerâmicas
Materiais baseados no carbono
Diaman
teGrafite
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Se
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Fulereno
Grafeno
Ligações covalentes ! ! !
Cerâmicas
Materiais baseados no carbono
Diaman
teGrafite
Fís
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2 (
43
00
50
2)
1º
Se
me
stre
de
20
10
Grafeno
Nan
otubos
Cerâmicas à
base de silicatos
Vidros
SiO
2cristalino SiO
2não
cristalino (am
orfo)
(quartzo) (vidro)
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43
00
50
2)
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Se
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de
20
10
cristobalita
Silicatos
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43
00
50
2)
1º
Se
me
stre
de
20
10
Cinco
estruturas do íon silicato
form
adas a partir dos
tetraedros básico
s
Lâm
ina de silicato
bidim
ensional (Si 2O
5)2-
Argila caolinita
Física dos Materiais
Cerâmicas
Vidros
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2)
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20
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Imperfeições em cerâmicas
Outros m
ecanismos de
compensação de cargas
(para FeO)
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50
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Se
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20
10
Impurezas (devem ser
semelhantes)
Carga deve se m
anter
neutra no sólido
Defeitos aparecem aos pares
Diagramas de fases em cerâmicas
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43
00
50
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Se
me
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de
20
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Sistema Al 2O
3–Cr 2O
3Sistema M
gO –
Al 2O
3
Diagramas de fases em cerâmicas
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43
00
50
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Se
me
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de
20
10
Sistema ZrO
2–CaO
Diagramas de fases em cerâmicas
Vitrocerâmica
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Sistema SiO
2–Al 2O
3
Propriedades m
ecânicas de cerâmicas
Mecanicamente, as cerâmicas são m
uito
rígidas e portanto frágeis !!!
Elas possuem
micro-trincas ou fissu
ras, que
se propag
am facilm
ente.
Em geral as fraturas acontecem in
ternam
ente
aos grãos, ao lo
ngo de planos
cristalográfico
s de alta den
sidad
e atômica.
A presença de umidad
e no m
eio circu
ndan
te é
especialm
ente dan
oso
e potencializa a
propag
ação
das trincas (em um aparen
te
processo de co
rrosão).
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Comportamento tensão-deform
ação
Em geral ensaios de tração são
difíceis de serem aplicados em
cerâmicas (elas não resistem às
garras de fixação).
Ensaios de flexão:
Resistência àflexão ou
resistência àfratura
Propriedades m
ecânicas de cerâmicas
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Comportamento tensão-deform
ação
Ensaios de flexão:
Inclinação
Lim
ite de ruptura
Propriedades m
ecânicas de cerâmicas
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Se
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10
Mecanismos de deform
ação plástica
Em geral em cerâmicas, a fratura acontece
antes da deformação plástica.
Cerâmicas cristalinas
Deform
ação plástica = m
ovimento de
discordâncias
Em cerâmicas iônicas, não é
possível
se m
over todo um plano devido à
distribuição de cargas.
Em cerâmicas covalentes, as ligações
são m
uito fortes e direcionais o que
dificulta o deslocamen
to de planos
atômicos.
Cerâmicas não-cristalinas
Não existe uma estrutura atômica
regular, portanto não é
possível se
considerar movimento de discordâncias.
Existe um m
ovimento viscoso (como em
um líquido), onde os átomos (ou íons) se
deslocam individualm
ente através da
quebra e reconstrução
das ligações
interatômicas.
Este processo é
isotrópico e a
viscosidade éextrem
amente elevada à
temperatura ambiente.
Propriedades m
ecânicas de cerâmicas
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Influência da porosidade
Frequentemente as cerâmicas são
produzidas a partir de pós
(metalurgia do pó).
Os pós são conform
ados ou
compactados e posteriorm
ente tratados
term
icamente.
O tratamento térm
ico reduz a
porosidade, mas não o elimina
totalm
ente. M
ódulo de Young (E)
2
0(11,9
0,9
)E
EP
P=
−+
0exp(
)rf
nP
σσ
=−
Resistência àflexão
Onde, σ σσσ0e n são constantes
Propriedades m
ecânicas de cerâmicas
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Se
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Dureza
Esta éuma das propriedades mais
marcantes das cerâmicas.
Devido à
esta característica as cerâm
icas
são usadas como abrasivos.
Processamento das cerâmicas
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Se
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de
20
10
Tipos de cerâmicas
Técnicas de fabricação de cerâmicas
Processamento das cerâmicas
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1º
Se
me
stre
de
20
10
Características dos m
ateriais vitreos
Conform
ação
do vidro por prensagem
e insu
flação
Produção de lâminas de vidro
Processamento das cerâmicas
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10
Argilas
Conform
ação hidroplástica
Extrusão (tijolos,, tubos, blocos, azulejos, ...)
Possuem
alta hidroplasticidad
e, o
que éútil p
ara a su
a co
nform
ação
Ex.: Argila ca
olinita
Fundição por suspensão
Molde de gesso
Processamento das cerâmicas
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1º
Se
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20
10
Argilas
Secag
em
Cozimento (900 a 1400°C
)
Alguns componentes se tornam
vitreos e
preenchem
os poros da cerâmica
(vitrificação)
Quartzo
material vitreo
Processamento das cerâmicas
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10
Refratários