Livro Cerâmica Traduzido

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Materiais Cermicos

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Materiais Cermicos

Processos, Propriedades e Aplicaes

Editado por

Philippe Boch

Jean-Claude Niepce

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Publicado pela primeira vez na Frana em 2001 pela Herms Cincia Publicaes em dois volumes intitulados"Matriaux et processus cramiques" e "Proprits et des aplicaes cramiques"Publicado pela primeira vez na Gr-Bretanha e nos Estados Unidos em 2007 por ISTE Ltd

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Biblioteca do Congresso Data-Catalogao na Publicao

[Materiaux et processus cramiques]Materiais cermicos: processos, propriedades e aplicaes / editado por Philippe Boch, Jean-Claude Niepce.

p. cm.Publicado pela primeira vez na Frana em 2001 por Hermes Cincia Publicaes em dois volumes intitulados"Matriaux et processus cramiques" e "Proprits et des cramiques aplicaes".Inclui referncias bibliogrficas e ndice.ISBN-13: 978-1-905209-23-11. Materiais cermicos. I. Boch, Philippe. II. Niepce, Jean-Claude.TA430.M38713 2006620,1 '4 - DC22

2006028746

Biblioteca Britnica Data-Catlogo de PublicaesUm registro CIP para este livro est disponvel na Biblioteca BritnicaISBN 13: 978-1-905209-23-1

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Prefcio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv

Parte I: Cermica: materiais e processos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

. Captulo 1 compostos de cermica: materiais cermicos. . . . . . . . . . . . . . 3

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Philippe BOCH e Jean-Franois Baumard

1.1. Cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1.1. Cermica e terracota. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1.2. Cermica: fsica, qumica e engenharia de materiais. . . . . . 41.1.3. Ps; sinterizao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.1.4. Algumas definies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.2. Compostos cermicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.1. Qumica de cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.2. Cermica de silicato e cermicas no-silicato. . . . . . . . . . . . . . 11

1.3. Cermica de silicato. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.4. Cermica no-silicato. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.4.1. Cermicas estruturais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.4.2. Cermica funcional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.5. Estruturas e microestruturas cermicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.5.1. Estruturas de cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.5.2. Polimorfismo: cristais e copos. . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.5.3. Microestruturas cermicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.6. Especificidade de cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.7. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

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vi Materiais Cermicos

Captulo 2. Histria da Cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Anne BOUQUILLON

2.1. Cermica e argilas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.2. As primeiras cermicas: ocorrncias espordicas to cedo quanto o fimdo Paleoltico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.3. O Neoltico: o verdadeiro comeo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.3.1. Formando e disparando. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.3.2. Condecoraes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.4. Grs e porcelanas chinesas: milnios frente. . . . . . . . . . 432.4.1. Grs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.4.2. Porcelanas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.5. Na busca de porcelanas no Oriente e no Ocidente. . . . . . . . . . 462.5.1. Pastas siliciosos e pastas fritas de vidro. . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.5.2. Faiana fina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.5.3. As primeiras verdadeiras porcelanas na Europa. . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.6. Concluso: os primrdios da industrializao. . . . . . . . . . . . . . 502.7. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Captulo 3. Sinterizao e microestrutura de cermica. . . . . . . . . . . . . 55Philippe BOCH e Anne LERICHE

3.1. A sinterizao e microestrutura da cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.2. Termodinmica e cintica: aspectos experimentais de sinterizao. . . . 56

3.2.1. Termodinmica de sinterizao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.2.2. Matria transporte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583.2.3. Aspectos experimentais de sinterizao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.3. Efeitos da interface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.4. Matria transporte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.4.1. Fluxo viscoso de fases vtreas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

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3.4.2. Difuso atmica em fases cristalizadas. . . . . . . . . . . . . . . . 673.4.3. Distribuio de tamanho de gros: efeitos de escala. . . . . . . . . . . . . . . . . .683.5. Sinterizao em fase slida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.5.1. As trs fases de sinterizao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.5.2. Crescimento de gros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.5.3. A concorrncia entre consolidao e crescimento de gros. . . . . . . 733.5.4. O crescimento normal de gros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.5.5. Crescimento anormal de gros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.6. Sinterizao com fase lquida: vitrificao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783.6.1. Parmetros da fase lquida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783.6.2. As fases de sinterizao da fase lquida. . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.7. Sinterizao aditivos: sinterizao mapas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823.8. Sinterizao presso e prensagem isosttica a quente. . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.8.1. Aplicando uma presso durante a sinterizao. . . . . . . . . . . . . . . . . 85

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3.8.2. Sinterizao Presso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.8.3. Pressingn isosttica a quente (HIP). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.8.4. Densificao / conformidade das formas em HIP. . . . . . . . . . . . . . 90

3.9. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Captulo 4. Silicato Cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95Jean-Pierre CAPOTA e Jean-Marie GAILLARD

4.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.2. Informaes gerais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 964.3. As principais matrias-primas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

4.3.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.3.2. Argilas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.3.3. Caulinita. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994.3.4. Feldspatos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1014.3.5. Slica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.4. Esmalte e decoraes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1034.4.1. Natureza do esmalte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1034.4.2. Esmalte combinao / caco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.4.3. As propriedades pticas do esmalte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.4.4. Condecoraes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

4.5. Produtos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1054.5.1. Classificao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1054.5.2. Produtos de terracota. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1064.5.3. Earthenwares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1084.5.4. Stonewares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1104.5.5. Porcelanas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.5.6. China vtreo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

4.6. Evoluo dos processos: o exemplo de loua. . . . . . . . . . . . . . 1184.6.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1184.6.2. O caso da loua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

4.7. Concluso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1194.8. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

Captulo 5. Processos de conformao de cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Thierry CHARTIER

5.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1235.2. Ps cermicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

5.2.1. As caractersticas qumicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1255.2.2. Propriedades fsicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

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5.2.3. Embalagem de partculas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1285.2.4. Influncia de materiais em p sobre a reologia da mistura. . . . . . . . . 1315.2.5. As modificaes nas caractersticas de um p. . . . . . . . . . . 132

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viii Materiais Cermicos

5.3. Suspenses de partculas de cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1335.3.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1335.3.2. Carga superficial de xidos em gua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1335.3.3. Interface de xido / soluo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1355.3.4. O potencial zeta (). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1365.3.5. A medio do potencial zeta (). . . . . . . . . . . . . . . . . 1375.3.6. Estabilizao eletrosttica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1385.3.7. Estricos e estabilizaes eletroestrico. . . . . . . . . . . . . . . . . 1415.3.8. Reologia de sistemas cermicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

5.4. Fundio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

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5.4.1. Deslize casting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1475.4.2. Fundio sob presso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1525.4.3. Fundio de fita. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1535.4.4. Consolidao das suspenses concentradas. . . . . . . . . . . . . . 158

5.5. Pressionando. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1595.5.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1595.5.2. Granulao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1605.5.3. Pressionando uniaxial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1645.5.4. Pressionando isostticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1685.5.5. Semi-prensagem isosttica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1685.5.6. Compresso do rolo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

5.6. Moldagem por extruso-injeo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1705.6.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1705.6.2. A escolha dos componentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1715.6.3. Mistura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1725.6.4. Dando forma mistura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1765.6.5. Falhas comuns. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1825.6.6. Outras tcnicas de modelagem de plstico de cermica tradicional. . . . . . 183

5.7. Extrao de aditivos de modelagem orgnica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1845.7.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1845.7.2. Debinding trmica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1845.7.3. Outras tcnicas de remoo de ligante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

5.8. Tcnicas de deposio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1915.8.1. Deposio a vcuo [RIC 94]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1915.8.2. Deposio de pulverizao trmica [FAU 00]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

5.9. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

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Captulo 6. Alumina, Mulita e Spinel, Zirconia. . . . . . . . . . . . . . . . 199Philippe BOCH e Thierry CHARTIER

6.1. Alumina, slica e mulita, magnsia e espinlio, zircnia. . . . . . . . 1996.2. Alumina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

6.2.1. Alfa alumina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2006.2.2. Alumina e suas inmeras variedades: o processo Bayer. . . . . . 202

6.3. Cermica de alumina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2056.3.1. As aplicaes estruturais de alumina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2056.3.2. Aplicaes funcionais de alumina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

6.4. Sinterizao de alumina densa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2116.5. Aponte defeitos e difuso em alumina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2136.6. Al2O3-SiO2mulita sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2136.7. Al2O3Sistema de MgO: magnsia e espinlio. . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

6.7.1. Magnsia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2166.7.2. Spinel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

6.8. Zirconia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2196.8.1. Polimorfismo de zircnia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2196.8.2. Ao cermico? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2206.8.3. Endurecimento Transformao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2226.8.4. ZrO2materiais base de: tratamentos e microestruturas. . . . . . . 225

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6.9. Outros xidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2276.10. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Captulo 7. Cermica no-xido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231Paul Goursat e Sylvie FOUCAUD

7.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2317.2. Sntese de no-xidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

7.2.1. Ps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2327.2.2. Fibras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2357.2.3. Monocristais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2387.2.4. Deposies-revestimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

7.3. Sinterizao e microestrutura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2437.3.1. O nitreto de silcio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2447.3.2. Nitreto de alumnio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2467.3.3. Carboneto de silcio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2467.3.4. O carboneto de boro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

7.4. A estabilidade qumica e o comportamento a alta temperatura. . . . . . . . . . . 2487.4.1. Oxidao do oxignio de Si3N4e SiC. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2497.4.2. Oxidao do vapor de gua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2527.4.3. A corroso por sais fundidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

7.5. Propriedades e aplicaes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2537.6. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

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x Materiais Cermicos

Parte II. Propriedades e Aplicaes de Cermica. . . . . . . . . . . . . . . . 261

Captulo 8. Propriedades Mecnicas de Cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . 263Tanguy ROUXEL

8.1. Fragilidade e ductilidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2648.1.1. Comportamento frgil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2648.1.2. O efeito de curva-R. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2718.1.3. Abordagem estatstica de fratura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2758.1.4. Transio frgil / dctil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2778.1.5. Tcnicas experimentais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

8.2. O atrito, desgaste e abraso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2838.2.1. Atrito e desgaste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2838.2.2. Abraso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

8.3. Deformao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2878.3.1. Elasticidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2878.3.2. Deformao irreversvel (por calor). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

8.4. Danos e comportamento em servio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3068.4.1. Comportamento elstico e crescimento lento de falhas. . . . . . . . . . . . . . 3078.4.2. Comportamento viscoplstico e danos fluncia. . . . . . . . . . . . . . . 3108.4.3. Choques trmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

8.5. Concluso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3188.6. Agradecimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3188.7. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318

Captulo 9. Materiais para corte, perfurao e Tribologia. . . . . . . . . . . 325Henri PASTOR

9.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3259.2. Materiais para o corte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

9.2.1. Usinagem e propriedades de ferramentas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3269.2.2. O processamento de materiais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

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9.2.3. Propriedades do material. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3299.2.4. Aos de alta velocidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3299.2.5. Metais duros sinterizados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3339.2.6. Cermets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3369.2.7. Cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3379.2.8. Materiais Superhard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3399.2.9. Concluso sobre materiais de corte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

9.3. Materiais para perfurao de petrleo (petrleo, gs natural), minerao, edifciose obras pblicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

9.3.1. Metais duros sinterizados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3409.3.2. Diamantes e PCD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344

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9.4. Materiais para ferramentas e componentes resistentes ao desgaste, fadiga

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e corroso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3469.4.1. Ferramentas de trabalho a frio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3479.4.2. Ferramentas de trabalho a quente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3479.4.3. Componentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

9.5. Concluso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3499.6. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

Captulo 10. Materiais refratrios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357Jacques POIRIER

10.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35710.2. Caractersticas e propriedades dos materiais refractrios de servio. . . . . 358

10.2.1. Definio de um produto refractrio. . . . . . . . . . . . . . . . . . 35810.2.2. Papel ea funo de produtos refratrios. . . . . . . . . . . . . . 35910.2.3 Classificao de produtos refratrios. . . . . . . . . . . . . . . . . 36010.2.4. Projeto e componentes de produtos refratrios eletrofundidos. . 36110.2.5. Projeto e componentes de "partculas coesas"produtos refratrios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36310.2.6. Princpios de Fabricao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37210.2.7. Propriedades do servio de produtos refratrios. . . . . . . . . . . . . . 374

10.3. Desgaste e fatores de degradao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37510.3.1. Comportamento termoqumica de refratrios. . . . . . . . . . . . . . 37610.3.2. Comportamento termomecnico de refratrios. . . . . . . . . . . . 381

10.4. Concluso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38610.5. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

Captulo 11. Cermica para Electronics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389Pierre Abelard

11.1. Condutores e isoladores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38911.1.1. Isoladores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39111.1.2. Semi-condutores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39211.1.3. Condutores metlicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40111.1.4. xidos de metais de transio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40211.1.5. Localizao ou deslocalizao? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40411.1.6. Contribuio de ons de condutividade. . . . . . . . . . . . . . . . . 407

11.2. Dieltricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41411.2.1. Conceitos bsicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41411.2.2. Materiais ferroeltricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42311.2.3. Relaxors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

11.3. Os materiais magnticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43311.3.1. Paramagnetismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

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11.3.2. Antiferromagnetismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

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11.3.3. Ferrimagnetismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43511.4. Propriedades eletrnicas de superfcies e interfacessemi-condutores de materiais cermicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

11.4.1. Surface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44011.4.2. Metal interface de semi-condutores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44411.4.3. Materiais policristalinos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445

11.5. Influncia da microestrutura em propriedades elctricas. . . . . . . . . . . 44711.5.1. Modelagem de condutividade aparente. . . . . . . . . . . . . . . . . . 44711.5.2. Os materiais compsitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45311.5.3. Medidas de impedncia complexos: uma tcnica para estudarsistemas heterogneos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457

11.6. Componentes cermicos em eletrnica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459

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11.6.1. Substratos, circuitos de interligao e circuitos hbridos. . . . . . 45911.6.2. Capacitores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46311.6.3. Transdutores eletromecnicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46911.6.4. Ressonadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47311.6.5. Elementos de aquecimento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47511.6.6. Os sensores de temperatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47511.6.7. Varistores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48311.6.8. ms cermicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48511.6.9. Sensores de gs e baterias de combustvel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487

11,7. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490

Captulo 12. Biocermicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493Christle COMBES e Christian REY

12.1. Introduo e histria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49312.2. Cermica Biomdicas e seu campo de utilizao. . . . . . . . . . . . . . . . 494

12.2.1. Propriedades de utilizao de cermica biomdicas. . . . . . . . . . . . . . 49412.2.2. Cermica multiuso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49412.2.3. Cermica para usos especficos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497

12.3. Propriedades biolgicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50312.3.1. Interaes tecido-cermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50312.3.2. Interaes celulares de cermica pura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50512.3.3. Biodegradao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50812.3.4. Padres e os ensaios biolgicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512

12.4. Processamento de biocermica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51312.4.1. Cermica macia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51312.4.2. Revestimentos finos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51412.4.3. Cimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51512.4.4. Composites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516

12.5. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517

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ndice analtico xiii

Captulo 13: Cermica nucleares. Combustveis, absorventes e inertes Matrizes. . . 523Clment LEMAIGNAN e Jean-Claude Niepce

13.1. Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52313.2. Elemento combustvel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524

13.2.1. Fabricao de combustvel (UO2ou MOX). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52513.2.2. Comportamento de combustvel nuclear sob irradiao. . . . . . . . . . . . . . 528

13.3. Cermica de absoro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53413.3.1. A fabricao de materiais de absoro de cermica. . . . . . . . . . . . . . 53613.3.2. Comportamento de B4C no reactor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536

13.4. "matriz inerte" cermica do combustvel e outras cermicas nucleares. . . . 53713.5. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538

Captulo 14. Mtodos Sol-Gel e propriedades pticas. . . . . . . . . . . . . . 539Jean-Pierre e Jacques BOILOT MUGNIER

14.1. Fsico-qumica do gel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53914.1.1. Sols e gis de slica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53914.1.2. Crescimento e estrutura de polmeros de sol-gel. . . . . . . . . . . . . . 54214.1.3. A partir de gel de materiais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548

14.2. Processo sol-gel para os xidos de multi-elementares. . . . . . . . . . . . . . . . 55014.2.1. Precursores moleculares metalo-orgnicas. . . . . . . . . . . . . . . . 55014.2.2. Diferentes mtodos de sntese. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55214.2.3. Problema de cristalizao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553

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14.3. Propriedades pticas de sol-gel camadas finas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 55414.3.1. Sol-gel de camadas finas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55414.3.2. Guias de onda pticos planar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55514.3.3. Desenvolvimento e mtodo de anlise do plano de sol-gelguias de onda. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55614.3.4. Outras aplicaes de revestimentos de sol-gel fina. . . . . . . . . . . . . 559

14.4. Concluses e perspectivas futuras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56014.5. Bibliografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561

Lista de Autores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565

Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567

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Prefcio

Seria uma distoro a alegao de que este ttulo fornece uma "exaustividade"cobertura do mundo de materiais cermicos, mesmo porque este assunto abrange taisuma vasta rea que apenas um livro no seria capaz de fazer justia - mesmo que sejacomplementado por um livro dedicado ao compsitos cermicos e por vrios volumesdedicado aos primos de cermica, ou seja, culos, cimentos e concretos, egeomateriais. No entanto, acreditamos que esse problema tambm pode ser uma vantagem,porque resultou na produo de um trabalho conciso que fornece a essncia deo assunto. Na verdade, inicialmente, este livro foi escrito para os no-ceramistas - estudantes eengenheiros - interessadas em uma introduo ao conhecimento desta grande famlia demateriais, ou seja, para os leitores cujos interesses no se limitam apenas aocermica, mas para aqueles que esto cientes de que a cermica pode atuar como um suporte (muitas vezes) ou comoum rival (s vezes) com outros materiais.

A necessidade de conciso levou a algumas restries. Ns eliminamosrecapitulaes, por exemplo, termodinmica ou cristalografia; no temosmateriais discutidos que pareciam longe dos interesses de nossos leitores em potencial, taiscomo monocristais (bijutaria e usa tcnicas), cermica para a qumica (catlise efiltrao), ou xidos supercondutores; finalmente, no tm lidado com "pretocermica "(grafite e carbono), ou com depsitos de diamante ou carvo duro.

Quanto diviso do livro em duas partes, a nossa escolha foi para se dedicar aprimeira parte para os fundamentos de materiais e processos e dedicar o segundo apropriedades e aplicaes. Uma diferena essencial entre metais e cermicasreside no facto de que, para o primeiro, h geralmente uma separao entre oindstria que produz o material (por exemplo, sob a forma de folhas) e oindstria que fabrica a pea (por exemplo, a estrutura do corpo do carro), enquanto que, paraeste ltimo, que o mesmo ceramista que est no comando da produo, quasesimultaneamente, tanto o material como o da pea.

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xvi Materiais Cermicos

Isso explica por que, na Parte 1, ns demos um lugar importante para a produoprocessos: matrias-primas, o processamento de ps, moldagem e, finalmente, a sinterizao(captulos 1, 3 e 5).

Sendo materiais mais velho do que metais e materiais que tinham experimentado inigualvelsucessos estticas e tcnicas antes de metais (as porcelanas da China), cermicatornar-se mais interessante, mesmo em suas formas mais recentes, quando observados do ponto de vistaque no exclui a histria. Temos, portanto, apresentado cermicas antigas(Captulo 2), bem como cermicas de silicato - cermica que so descritos como indevidamente"Tradicional", um termo que poderia esconder as inovaes permanentes quesubmeter (Captulo 4).

"Cermica Tcnica" (para usar outro termo comumente usado) so principalmente xidos(Captulo 6), mas no-xidos (captulo 7) ter experimentado recentemente uma srie de

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desenvolvimentos. A apresentao dos principais compostos - xidos e no-xidos -lana luz sobre as caractersticas e, portanto, os usos potenciais damateriais correspondentes, o que abre o caminho para a segunda parte dedicadapropriedades e aplicaes.

Na Parte 2, Captulo 8 descreve as propriedades mecnicas da cermica pelaenfatizando as especificidades destes materiais. Os campos de abraso, corte etribologia destacar a importncia das propriedades mecnicas, cermets (Captulo 9)aqui fazendo a ponte entre o mundo da cermica e do mundo dos metais.Refratrios (Captulo 10) alargar os requisitos atravs da combinao de esforos mecnicos,os efeitos da temperatura elevada e agresses qumicas severas.

No so apenas os materiais estruturais que exigem satisfatria mecnicapropriedades; materiais funcionais tambm esto exigindo: culos quebrados j noviso correta e, doravante, os fabricantes de culos trabalhar principalmente para obtermelhores resistncias arranhes em vez de fine-tuning performances pticas! Temosportanto, dada cermicas funcionais que lhes devido e, particularmente, para a cermicaeletrnica (captulo 11), que representam a maior parte da "cermica tcnica".

Biocermicas (Captulo 12) tambm ilustram a natureza complementar da estruturalespectculos e performances funcionais: altas propriedades mecnicas so necessriasmas estes no devem entrar em conflito com a biocompatibilidade. Se necessrio, estesdeve mesmo desaparecer do pedestal de reconstruo ssea; esta riqueza ecomplexidade de comportamento no pode ser ignorada.

A Frana um dos maiores pases do mundo e Eletronuclear nuclear oexemplo perfeito para o entrelaamento de perguntas e respostas que um ceramista poderiaencontro: isso forma o assunto do Captulo 13.

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Prefcio xvii

Por fim, a qumica constitui uma disciplina fundamental para ceramistas, especialmente quando serequer a realizao de materiais to exigente como materiais em aplicaes pticas: Captulo14 descreve a contribuio de "qumica suave" com a ajuda de mtodos de sol-gel.

Cermica mostram que a diversidade ea unidade no so contraditrias. Os compostosso mltiplas, as aplicaes so variadas, as propriedades postas em jogo sodiferentes, mesmo contraditrias - xidos cermicos supercondutores que vo desde omelhores isolantes eltricos. No entanto, a qumica dos sistemas colocados em jogo,a natureza das ligaes interatmicas e, do ponto vista do engenheiro, oprocessos de produo servir como o ponto de conexo. Os pessimistas poderia sugerir queh um outro ponto comum (e que, pior, um ponto fraco): fragilidade. verdadeiro (exceto em altas temperaturas onde fluncia que representa problema), mas eu acreditonossos leitores so informados o suficiente para entender que o termo "frgil" (nosignificado de "no-dctil") uma qualidade ruim apenas para aqueles que no entendem a suaprofundo significado. Como o Captulo 8 mostra, fragilidade uma hidra, que pode sercontrolado e, alm disso, o preo a ser pago em alta respectivos mdulos de elasticidade ealta dureza. A viso horizontal (cincia e engenharia de materiais-primas)dos anglo-saxes oferece a vantagem de incluir dentro de uma nica vasta paisagemmetais, polmeros e cermicas - termo ento entendida no seu sentido mais amplo de"slidos inorgnicos no-metlicos". Nesta viso, as caractersticas variadas de materiaisso menos vistas como "pontos fortes" ou "pontos fracos" do que como dados, certo que muitas vezesexclusiva do outro, mas a comparao de especificaes de utilizao torna possvelpara selecion-los de forma to eficaz quanto possvel.

Tendo comeado a minha carreira cientfica com o estudo dos metais e continuando a

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cooperar com os metalrgicos, rodeado por colegas polymerist, em seguida, tertornar-se um ceramista e agora particularmente interessado em cimentar materiais, cheiocom admirao para os minerais - eles so lindos e eficiente e mostrar tudo o que pudermosconseguir se tivssemos tempo suficiente e se pudssemos trabalhar mais facilmente sob altapresses - Estou convencido de que atravs da comparao com os outros materiais quepodemos melhor compreend-los. Espero que este livro em cermica torna-se a rvoreque no esconde a floresta.

Philippe Boch

Na poca em que a verso francesa deste trabalho teria de se tornar oVerso em Ingls, Philippe teve de nos deixar no lado ruim da floresta. Tornei-me emcarga da rvore.

Philippe, a verso em Ingls do seu livro em cermica est pronto; Espero que sejafiis ao que voc desejou e que a rvore est agora no lado direito da floresta.

Jean-Claude Niepce

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PARTE I

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Cermica: Materiais e Processos

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Captulo 1 1

Compostos de cermica:

Materiais Cermicos

1.1. Cermica

Definir o que o termo "cermica" significa no simples, pois no existe um nicodefinio sobre a qual todos concordam; existem, de facto, vrias definies, dependendosobre o ponto de vista adotado. Assim, podemos considerar os pontos de vista de um historiador,um cientista (fsico, qumico, etc), um engenheiro ou um fabricante.

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1.1.1. Cermica e terracota

O conceito de cermica historicamente relacionada com o conceito de terracota ecermica, a partir da qual o termo grego deriva. Isto refere-se a viso dos solos,os fragmentos de rocha, ou seja, os materiais geolgicos e ele tambm destaca disparo:arte cermica a arte de fogo, mesmo que o ceramista tem os ps no barro ...

O oleiro escolhe solos adequados, principalmente solos argilosos, que no estado midooferecer a plasticidade requerida para model-los na forma desejada: copo, vaso ou estatueta.Em seguida, a pea seca e perda de gua faz com que perca a sua plasticidade, mas a reidrataorestauraria propriedades iniciais do barro. Na verdade, a argila seca no ainda uma cermica,embora seja utilizada para a produo de tijolos rudimentares utilizados em muito secopases - como a frica Subsaariana. , de facto, o que faz com que a queima irreversvel

Captulo escrito por Philippe BOCH e Jean-Franois Baumard.

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4 Materiais Cermicos

transformaes fsico-qumicas, resultando em um material que tenha perdido a sua plasticidadee no mais capaz de reidratao: cermica. Tijolos de terracota ou vasos de floresso exemplos destes produtos, cuja aparncia visual no muito diferenteargilas secas, mas cuja resistncia mecnica muito maior e, para que a gua-insensibilidade constitui uma propriedade essencial.

A identificao entre "cermica" e "terracota" rene o bsicoconceitos que vamos continuar a encontrar ao longo deste livro: minerais em pmatrias primas [RIN 96], a conformao que tornado possvel pela plasticidade molhadoargila, os tratamentos trmicos que comeam por secagem (desidratao reversvel) e continuamcom acendimento (desidratao irreversvel e modificaes fsico-qumicas permanentes).Ns ainda no mencionado na descrio de uma caracterstica importante que as condiesa tcnicas de preparao, bem como as utilizaes de cermica fragilidade. A florpote difcil (ele pode riscar uma folha de metal), mas vulnervel ao impacto. Esta fragilidade uma hidra com muitas cabeas, j que implica:

i) falta de ductilidade e plasticidade;

ii) baixa resistncia e, portanto, uma grande sensibilidade para o efeito de entalhe;

iii) fraca resistncia ao impacto mecnico, ou seja, pobre resilincia;

iv) a vulnerabilidade diferencial expanses, portanto, a vulnerabilidade ao trmicachoques;

v) resistncia mecnica trao significativamente menor do que a fora de compresso;

vi) disperso significativa das resistncias mecnicas em amostras que se acredita seridntico.

Mas a hidra pode ser domado e estes inconvenientes vm com um conjunto de qualidades quefazer cermica insubstituvel para inmeras aplicaes.

Devemos tambm ressaltar que artistas, historiadores ou muselogos frequentemente usam o termo"Branco" como um substantivo e no como um adjetivo: "uma cermica grega ...", que significa "umVaso de cermica grega ... ".

1.1.2 Cermica: fsica, qumica, cincia e engenharia de materiais.

As definies dependem do ponto de vista adotado:

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- Fsicos de estado slido esto particularmente interessados na estrutura eletrnica deslidos e suas propriedades de conduo [98] KIT. Por conseguinte, natural que elesclassificar slidos - como eles raramente falam sobre os materiais - em uma diviso ternria: i)isoladores ii) semicondutores e iii) condutores e supercondutores. O termocermico raramente usado, mas quando , refere-se xidos, sejam eles isoladores

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ou condutores, mesmo supercondutores como cuprates, que ganhou Bednorz eMller Prmio Nobel [BED 86];

- Qumicos em estado slido atribuem especial importncia natureza do vnculoforas, ao distinguir trs tipos de laos fortes (ligao metlica, ligao inica eligao covalente) e vrias variantes de ligaes fracas (como o der Waals vnculo Van)[JAF 88, WEL 84, WES 90]. Cermicas so, portanto, os slidos com ttulos essenciais.No entanto, os qumicos em estado slido geralmente reservar as cermicas prazo para policristalino

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materiais, ao contrrio dos cristais (monocristalino) e vidros. Assim, um cristalizadopolicristalino de slica (SiO 2) - Por exemplo, na forma de quartzo - obtido pelasinterizao (vamos explicar o significado deste termo um pouco mais adiante) [GER 86] considerado como uma cermica, mas no o Si monocristalino correspondente (que um cristal), ouquartzo vidro - cuja estrutura amorfa torna indigno de ser qualificado como umcermica;

- Cincia dos materiais adota uma classificao ternrio que distingue i) orgnicomateriais, ii) os materiais inorgnicos e metlicos e iii) inorgnico e no-metlicomateriais. O conceito de compostos de cermica extremamente largo aqui, como sinnimo da terceira categoria de materiais inorgnicos e no metlicos.Portanto, compostos cermicos incluem a maioria dos minerais e rochas, ou seja, quase otoda a crosta de nosso planeta. Deve notar-se que esta definio de cermica desloca oproblema para outras definies, incluindo o significado exato que deve ser dada aometlico prazo. Carboneto de tungstnio (WC), por exemplo, podem ser classificados entre oscermica, mas um condutor eletrnico que os fsicos classificar dentro do grupo deslidos metlicos;

- Engenharia de materiais cincia 'uma engenheiros e, portanto, considera no s acomposio qumica, estrutura e propriedades de slidos, mas tambm o seu mtodo depreparao. Assim, conveniente dividir em duas partes cada uma das trs categorias de colocarencaminhar por cincia de materiais e materiais naturais separadas de materiais sintticos.Os materiais orgnicos so, ento, diferenciar-se em produtos naturais (como a madeira) eprodutos sintticos (como a maioria dos polmeros) - mas sob o que podemos classificar de compensado?Materiais metlicos distinguir os metais raros nativos (ouro, cobre, s vezes) detodos os metais e ligas que so derivados a partir de processos industriais. Finalmente, inorgnicoe materiais no-metlicos, classificar em um minerais secundrios e nas outras rochas ecermica ou, mais exatamente, o trio: cermica + culos + ligantes hidrulicos(Cimento e gesso so exemplos de ligantes hidrulicos).

Todas essas definies so teis e no so mutuamente exclusivas. vantajosa, dependendo do assunto tratado, a adotar um ponto de vista particular -a viso do fsico sendo, sem dvida, prefervel quando consideramos opropriedades de conduo eletrnicas de cermicas e da viso dos materiaisengenheiros de ser, sem dvida, mais relevante quando temos preocupaes industriais. Agoravamos discutir as tcnicas de fabricao mais utilizados, pois eles nos ajudam alocalizar e definir o que vai dizer com cermica neste livro.

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1.1.3 Os ps.; sinterizao

Dissemos que a fragilidade uma caracterstica predominante de cermica - pelo menostemperaturas normais, devido a temperaturas muito elevadas (normalmente acima de 1000 C), umacerta plasticidade pode ser observada. Brittleness provoca limitaes no uso decermica (aconselhvel evitar touros em uma loja de porcelana ...), mas tambm induzrestries nas tcnicas de produo aplicveis cermica. Esta oposio mais evidente entre metais e cermicas:

- Um objecto metlico tipicamente obtido em duas fases: a produo do materialsob a forma de um produto semi-acabado (barras, placas, fios, etc), e, em seguida, de produodo objeto (o corpo de um carro ou um parafuso, etc.) Os mtodos de processamento de aproveitaro facto de que a maioria dos metais so suficientemente dctil e malevel para laminar eles,para deformar plasticamente eles, a along-los, etc, e que so suficientemente suaves paracort-los, transform-los, moinho eles, deu-lhes, etc;

- A produo de um objecto cermico no dissociada do processamento doMaterial: o oleiro no cortar o vaso em uma cermica j consolidadapr-forma! O disparo da argila forma spera molhado solidifica o objeto em sua forma final

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enquanto permitindo simultaneamente reaces fsico-qumicas, transformando a matriamateriais em fases cermicas. Na maioria dos casos, o ceramista cria o objecto enquantotrabalhar com o material que a constitui.

verdade que algumas partes de metal so produzidos por fundio, um processo em que oprocessamento do material e preparao do objecto so concomitantes. Masfundio raramente aplicada cermica em virtude das elevadas temperaturas queser necessrio - tal como os pontos de fuso de cermica so geralmente mais elevados do que os dosmetais comuns - e tambm por causa da sua fragilidade, o que faz com que seja necessrioevitar choques trmicos e expanses diferenciais. Todas estas limitaes sobre opossveis processos de fabricao explicar por que a tcnica bsica para apreparao de peas de cermica a sinterizao, ou seja, a transformao, utilizando-se omecanismos de difuso atmica, de uma substncia em p - uma granulares no coesomdia composta de partculas livremente aglomerados, portanto, sem qualquer marcadopropriedades mecnicas - em uma substncia consolidada - um meio granular coesivacujos gros esto fortemente ligados uns aos outros, portanto, com forte mecnicopropriedades de um slido e no o mau desempenho de um p. Podemos dar oexemplo de uma bola de neve, um material no-coeso que podemos jogar na cara de algum, sem qualquer risco de ferir a pessoa, mas que pode ser transformado em um bloco degelo, um material coeso, que pode machucar quando jogado como uma pedra. Os movimentosda matria (difuso atmica) que permitem sinterizao so ativados termicamente e somentequando a temperatura suficientemente elevada (tipicamente de 0,5 tf a 0,8 t f, Onde T f oponto de fuso expressa em graus Kelvin) que a sinterizao ocorre a uma velocidade utilizvel. A neve transformado facilmente em gelo, porque, mesmo em reas muito frias, as temperaturas permanecemalta em relao fuso, a 273 K. Mas para cermica, onde T f geralmente excede

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1.300 K e 2.500 K pode exceder, sinterizao requer alta temperatura de queima: a de que por que a cermica uma arte de fogo. Podemos notar que a sinterizao o processo bsico para apreparao de peas de cermica, mas tambm cada vez mais utilizado para o fabrico deobjectos metlicos (metalurgia do p).

O que verdade para a cermica pode ser transposto, em parte, para culos e hidrulicaligantes: esses trs tipos de materiais esto inter-relacionados e, podemos dizer que todos os trspr em jogo compostos cermicos. Mas se considerarmos que um objeto de cermica feitade compostos cermicos processados por cermicas tcnicas, podemos diferenci-lasmateriais por ordem na qual as trs etapas fundamentais do processo de tomarcolocar: ps (P), formando do objecto (F) e os tratamentos trmicos de secagem esinterizao (HT):

- HT PF: o fabrico de um componente cermico iniciado a partir de um pmdio (P), continua com a sua conformao (F), e, em seguida, termina com os tratamentos trmicos(HT). A consolidao do material feito durante a sinterizao, por conseguinte, durante otratamento a alta temperatura;

- P HT F: o fabrico de um elemento de vidro tambm se inicia com o pmdio (P), mas isso seguido por tratamento trmico (HT), os quais devem resultar emponto de fuso, enquanto que a consolidao ocorre no final do processo, no momento daa solidificao do magma em arrefecimento, por conseguinte, ao mesmo tempo que a formaodo objecto (F);

- HT PF: o uso de ligantes hidrulicos comea com tratamentos trmicos (HT) - paraexemplo a cozedura, a cerca de 1450 C, de uma mistura de calcrio e de argila naspreparao de clnquer - em seguida, os ps reativos (P) assim produzidos soformado (F) e consolidados a temperaturas normais, devido a reaces qumicas.

Esta diferenciao das cermicas, vidros e ligantes hidrulicos com base na ordemdas operaes de P / F / HT bastante simplista, uma vez que refere-se apenas aos casos mais comuns.

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Na verdade, algumas cermicas so preparados por outras seqncias que o trio PF HT,alguns vidros so formados por sinterizao, e h outras excees, alguns dosque ser discutido em detalhes neste livro. No entanto, a classificao sugerida suficientemente relevante para ser retido aqui, o que implica que este volumecermica no considera tanto culos [ZAR 82] ou ligantes hidrulicos [BAR 96,TAY 97], estes materiais que esto sendo estudadas em livros separados. Uma lgica enfatizando "oaspectos cientficos "em vez de" os aspectos tcnicos e industriais "poderia ter, emPor outro lado, justifica combinando as trs categorias de materiais.

A distino feita aqui entre cermica industrial e culos reside nomtodo de preparao, no na diferena entre os slidos cristalinos eslidos amorfos. Na verdade, algumas cermicas so compostas principalmente de vtreofases (amorfo), ao passo que vitrocermicos so obtidos atravs da cristalizao de um copo(Desvitrificao).

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1.1.4. Algumas definies

Na obra de referncia em cermica [KIN 76], os autores colocam "a arte eacincia de cermica na produo e utilizao de objectos formados de slidos, cujocomponentes essenciais so materiais inorgnicos e no metlicos ". Esta definioinclui no apenas cermicas, porcelanas, refratrios, produtos em barro,abrasivos, esmaltes folha, cimentos e culos, mas tambm no metlico magnticoprimas, materiais ferroeltricos, mono cristais sintticos e vitrocermicas, no paramencionar "uma variedade de outros produtos que no existiam h alguns anos e os muitosoutros que ainda no existem ... ". Kingery et al . estresse que essa definio largamenteexcede produtos de terracota consolidadas pelo disparo, a que o termo grego

refere-se, da mesma forma que ultrapassa as definies dadas pela maioria dos dicionrios -, masnosso Petit Larousse est apto, definindo o adjetivo "branco" como "relativo fabricao de cermicas e outros objetos de terracota (incluindo cermica,grs, porcelana) ", mas tambm" material cermico ou cermica: material fabricadoque no nem um metal ou um material orgnico ". Kingery et al . adotar uma cientficaabordagem, que considera compostos ao invs de materiais e, portanto, incluiVidros e cimentos entre cermica, mas no fazer o salto para naturaismateriais, uma vez que eles mencionam apenas monocristais sintticos, e ainda o quartzo quehomem sintetizou para cortar pequenos ressonadores piezoeltricos que formam o corao derelgios moderno um irmo gmeo do cristal de rocha natural.

No Dicionrio de Cermica Cincia e Engenharia [OBA 84], encontramos umadefinio bastante restritiva de cermica: "Qualquer produto inorgnico e no-metlicospreparado por tratamento a temperaturas superiores a 540 C (1000 F) ou utilizado sobcondies implicando estas temperaturas, o que inclui os xidos metlicos e os boretos,carbonetos, nitretos e misturas destes compostos. "

Veremos que a caulinita Al2(Si2O5) (OH)4 - Que o principal mineral de argila,da o nome de caulim dado a alguns argilas ricas em caulinita - sofre irreversvelreaes que transformam em metacaulinite quando ele acionado acima de aproximadamente500 C, o que pode justificar a temperatura de 540 C seleccionado na definio utilizadafazer a distino entre a terra seca e terracota.

Na enciclopdia concisa de Materiais Avanados de cermica [BRO 91], queapresenta o ponto de vista comum realizada na Europa, podemos distinguir materiais eprocessos:

- Os materiais cermicos so base de compostos inorgnicos no metlicos, principalmentexidos, mas tambm nitretos, carbonetos, silicietos; devem conter pelo menos 30% de

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fases cristalizadas em volume; eles exibem um comportamento frgil, com uma tenso-deformaocurva que obedece lei de Hooke da elasticidade linear;

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- Processos de cermica trazer de sinterizao principalmente em jogo, a temperaturas superioresde 800 C.

Vamos agora fazer uma pausa no estudo sobre as definies da palavra "cermica", queera necessrio para trazer luz algumas das palavras-chave que vamos encontrar ao longoeste livro (compostos inorgnicos no metlicos, ps minerais, e tratamentos trmicossinterizao, fragilidade, etc) e tambm para justificar as diferenas que surgem a partir davariedade de possveis pontos de vista. Se nos propomos a nossa prpria definio, que poderia ser oseguinte: materiais cermicos so materiais sintticos, composta principalmente de iono-

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covalentes fases inorgnicas, no totalmente amorfo, e geralmente consolidadas pelasinterizao a altas temperaturas, de um p "compactos" formados na forma doobjeto desejado, os ps de partida sendo freqentemente preparadas a partir de fragmentos de rocha .Ns no pensamos que necessrio definir um limite para a temperatura de sinterizao; importante, com o desenvolvimento de compostos, para alm de sugerir que inorgnicofases, fases orgnicas minoritrios podem ocorrer; a existncia de cermica interessantemateriais com conduo eletrnica significa que a referncia ao iono covalentecarter das obrigaes no exclui a natureza parcialmente metlico; Por fim, necessrio insistir na proximidade entre o mundo da cermica e deminerais e rochas. Se fssemos para expandir esta idia, podemos afirmar que a "cermicaso rochas sintticas ".

1.2. Compostos cermicos

A definio de um composto de cermica como um composto inorgnico no-metlico umescolha paradoxal, porque supe que o conceito de metal suficientementeinequvoco para servir como base para esclarecer seu antnimo. No entanto, as confuses sofrequente aqui, e so agravados pelo facto de os compostos de cermica so metlicocompostos no-metlicos, que vamos agora estudar em detalhe.

1.2.1. Qumica de cermica

Elementos metlicos formam a maioria entre os elementos da tabela peridica. Nssabe que estes elementos esto localizados no lado esquerdo desta tabela, e so, portanto,elementos eletropositivos - que tendem a perder eltrons para produzir com carga positivactions. Os elementos no-metlicos, por vezes, indicados por seus nomes antigos metalides,est localizado no lado direito do quadro: eles so electronegativo e tendem a captareltrons. A ligao inica ilustrado pelas atraes que se desenvolvem entre ade metal, de sdio, e de um no-metal, de cloro, para criar de cloreto de sdio NaCl - tambmescrito como Na+Cl-.

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Oxygen, um no-metal, o elemento mais abundante no 45 km de espessura da Terracrosta (aproximadamente 47% em massa) [EMS 95]; em seguida, trata de um elemento na fronteiraentre metais e no-metais, silcio (28%), e em seguida, elementos metlicos,particularmente de alumnio (8%) e de ferro (4%).

Alumnio e ferro so os metais mais comuns - se raciocinar em termos deelementos, mas em um mundo rico em oxignio, quase todos os metais tendem a oxidar, de modo quesomente metais nobres permanecer no estado nativo, mais estvel do que os seus xidos: podemosencontrar no solo de algumas pepitas de ouro e um pouco de cobre nativo, mas nunca bloqueia dealumnio ou ferro; em outras palavras, no encontramos em um estado isolado cujos materiaiselementos constitutivos so to abundantes. Lembremo-nos que samos da PedraAge apenas alguns milhares de anos para chegar Idade do Bronze e da Idade do Ferro;que foi s em 1824 que Berzelius isolado silcio e, em 1825, que Oerstedalumnio isolado. Em suma, evidente que a reduo para o constitutivade metal de xidos metlicos muito estveis - suas entalpias de formao so vriascentena de quilojoules por mole - um processo difcil.

Os compostos essencialmente iono-covalentes e no-metlicos que constituem a cermicaso compostos formados entre os metais e no-metais. A oposio - a palavrano muito forte - entre um material metlico e um xido metlico pode ser ilustrado

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por a comparao entre um metal, de alumnio, e o seu xido, Al 2O3 (AluminaIngls, onde os xidos so nomeados adicionando o final "a" para o nome do metal:alumnio / alumina, silcio / slica, magnsio / magnsia, urnio / urania, etc):

- Alumnio funde a baixa temperatura (660 C); um excelente condutor deelectricidade e calor, opaco luz visvel, suave e muito dctil, o seu mdulo deelasticidade baixa (um tero do ao) e vulnervel s agresses dovrios reagentes qumicos;

- Alumina funde a temperaturas elevadas (2050 C); um dos mais conhecidos eltricaisoladores e um condutor de calor pobres; transparente luz visvel, muito difcil, masquebradias, o seu mdulo de elasticidade elevado (o dobro do ao) e mais resisteagresses do reagente qumico: em particular, perfeitamente estvel em um oxidantemdio, uma vez que "j est oxidado".

Esta comparao traz tona o fato de que metais e xidos metlicos exposiodiferente, mesmo oposto, caractersticas.

Considerado como compostos formados entre metais e no-metais, cermica podepor conseguinte, ser classificada com referncia no-metal que est envolvido na ligao.A abundncia de oxignio seja tal que a maior parte pertence a xidos, enquantodentro desses xidos, a abundncia de privilgios de silcio silicatos - que combinamoxignio e silcio. Alm de xidos, encontramos carbonetos e nitretos (os no-metaissendo, respectivamente, de carbono e de azoto), bem como os boretos, silicietos (no estar

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confundida com silicatos), mesmo halogenetos (cloretos, fluoretos, iodetos, etc), sulfuretos,etc No entanto, outra separao distingue cermica silicato e no-silicatocermica [CER 99].

1.2.2. cermica de silicato e cermicas no-silicato

A abundncia de oxignio, silcio e alumnio implica que a crosta da Terraconstituda predominantemente (mais de 97%) de silicatos minerais, em especialaluminossilicatos. Granito, por exemplo, uma rocha composta de quartzo (a habitualforma cristalizada de slica SiO2), Feldspatos (feldspato potssico, por exemplo KAlSi3O8)e vrios alumino-micas que contenham ferro, magnsio ou sdio; argila umpedra que sempre contm uma alta proporo da caulinita mineralAl2(Si2O5) (OH)4, Etc Podemos citar aqui uma prtica de ceramistas que podem levar aconfuso: escrevem frmulas qumicas de compostos de xido como se fossemmisturas de xidos elementares e no compostos: KAlSi 3O8 escrito comoK2S-Al2O3-6SiO2 e Al 2(Si2O5) (OH)4 escrito como Al2O3-2SiO2-2H2O. Estano, obviamente, significa que feldspato potssico um aglomerado de xido dede potssio, de alumnio e de silcio, e que a caulinite uma mistura de alumina, slicae gua. Um erro comum pensar que a alta proporo dealumnio no solo, que a razo por trs da ocorrncia freqente de"Alumina" na redao da Constituio de minerais, torna esta uma aluminamineral comum: este no o caso, como pode ser testemunhado pela sorte, mas raradonos da principal jia cuja composio qumica Al 2O3: Safira!

Desde a crosta da Terra essencialmente constituda de silicatos, podemos entender por quetodas as cermicas que se aproximam, por perto ou de longe, a terracota so materiais de silicato.Cermica silicato formar, em tonelagem, a maioria do mundo da cermica. Eles somuitas vezes descrita como cermicas tradicionais, um termo que ns no aprovamos, porquepode ser entendido como oposio ao progresso e melhorias tcnicas - enquantomuitos cermica de silicato so materiais sofisticados - mas que se justifica pela histria:

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foi apenas no final do 19 sculo que a cermica no-silicato chegou cena, com usos especficos que explicam o seu outro nome, cermica tcnica. Nossoescolha aqui a utilizao de "cermica de silicato" e "cermica no-silicato", ao invs deopondo-se tradio e tecnologia avanada. Podemos notar que quase todas as atividades industriaisvidros e cimentos tambm so compostos de silicato.

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1.3. Cermica de silicato

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Se considerarmos os produtos industriais, e esquecer-se dos culos momento e cimentoso mundo da cermica de silicato (ver Captulo 4) constituda pelos produtos habituais:

- produtos de terracota, o mais importante destes que so tijolos e telhas,s vezes conhecidos como produtos vermelhos por causa da cor que eles devem para o ferroxidos que contm;

- telhas de cermica;

- cermica sanitria;

- Mesa: arenito colorido, opaco e prova d'gua, muitas vezes colorido, opacoe barro poroso, mas geralmente coberto com um esmalte de impermeabilizao -s vezes bem, s vezes mal quando se est rachado, mas a qualidade esttica , ento,reforada - porcelana branca, translcida e impermevel; branco, opaco eobjetos vtreos impermeveis;

- Cermica tcnica, por exemplo porcelanas para o isolamento eltrico ou porcelanaspara resistncia a ataques qumicos;

- biocermica (prteses dentrias, etc);

- certos materiais refratrios, que servem como proteo ou elementos de isolamentodentro de dispositivos que devem funcionar em altas temperaturas (revestimento de fornos de chamins,etc);

- folhas de esmalte, para cobrir e proteger as chapas de ao que fazem parte dos nossos frigorficose mquinas de lavar. Estas folhas de esmalte so muitas vezes esquecidos em trabalhos que tratamcom cermicas e vidros - mas como estes esmaltes so essencialmente amorfo epreparado por fuso, melhor classific-los entre os culos do que entrecermica;

- Produtos de slica -, mas comum a prtica de classific-los entre os tcnicoscermica, portanto, paradoxalmente, para exclu-los da cermica de silicato.

Embora no exaustiva, esta lista mostra a variedade dos produtos envolvidos. Comorespeita a composio, por um lado, e as matrias-primas postas em jogo emos outros, uma cermica de silicatos pode ser localizada principalmente em um diagrama ternrio:

- Adotando a escrita convencional em forma de "misturas" de elementarxidos, a composio da maior parte das cermicas de silicato est no diagrama de pseudo ternrioSiO2-Al2O3-MxOy, Onde M xOy um xido como Fe2O3, K2S, Na2O, MgO, TiO2,etc A abundncia natural do elemento ferro explica, como vimos, o vermelho,corante amarelo e castanho, de um nmero de cermica de silicatos, em que o grau deoxidao do ferro (Fe3 +:-Ferro frrico ou Fe2 +:-Ferro ferroso) modifica a colorao, pois

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bem conhecido por produtores de telhas e tijolos que modificam os ambientes -oxidao ou reduo - os fornos;

- Considerando agora as matrias-primas, podemos encontrar uma composio ternria,porque os trs componentes de cermica de silicatos so os seguintes: i) argilas, ii) e iii areia)fluxos - compostos ou seja, que contribuem para a queima, graas ao desenvolvimento defases com baixos pontos de fuso. Argila como a caulinita pode ser escrita: Al2O3-2SiO2-2H2O, areia de quartzo: SiO2E feldspato potssico, que frequentemente utilizado como um fluxo:K2S-Al2O3-6SiO2, Mais uma vez encontrar o SiO ternrio2-Al2O3-MxOy (Se MxOy= K2).A Figura 1.1 mostra o diagrama de equilbrio Al2O3-SiO2-MgO e localiza um pouco daprincipais compostos que esto sob ela [KEI 52, KIN 76]. Magnsia MgO til paramateriais refratrios na siderurgia; mulita 3Al 2O3-2SiO2, Um composto nico

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definido no diagrama binrio Al 2O3-SiO2, uma fase cristalizada presente em muitoscermica; cordierite 2MgO-2AL2O3-5SiO2 caracteriza-se por muito pobre trmicaexpanso: ela usada, por exemplo, como suporte de catalisador nos tubos de escape, etc

Hidroxilas OH - esto presentes em muitas matrias-primas hidratados e gua H2Opermite a plasticidade de argilas, mas porque os ies e as molculas correspondentesso eliminados nos tratamentos de calor (isto chamado de perda de massa), que no so tomadosem conta na composio da cermica, aps a queima.

importante distinguir entre a gua de impregnao (que ocorre como ummistura com partculas de rocha e cuja reversvel partida causada pela simplessecagem, com possibilidade de re-hidratao em um ambiente mido) e combinado gua(Que corresponde aos hidroxilos das fases hidratadas, por exemplo, para os quatroOH- na frmula de caulinite Al 2(Si2O5) (OH)4). A partida desta "gua" acompanhada por perturbao da estrutura cristalogrfica, por conseguinte, otransformao irreversvel no final do disparo para alm de cerca de 500 C.

Cermica silicato aproveitar ao mximo a versatilidade de slica (ver seco 1.5.2),que pode existir sob a forma cristalizada (particularmente quartzo) ou na forma amorfa(Vidro de slica) e, como resultado, conter ambas as fases cristalizadas e as fases vtreas.

As ligaes interatmicas postas em jogo em cermica de silicato so tipicamente iono-covalente (SiO2exibindo um belo compromisso, porque seus ttulos so considerados como 50%inica e 50% covalente), portanto, essas cermicas so quase sempre eltricaisoladores. A acentuao da natureza inica produz compostos hidrolisveis:halogenetos podem ser considerados como compostos de cermica, mas os trabalhadores sapal no soclassificado entre os produtores de ps cermicos!

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Alumina1925 2050

Corndon

2030

Dois lquidosMagnsia

2800

2135

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1713SiliciaMagnsiamateriais refratrios

Figura 1.1. compostos principais no diagrama Al2O3-SiO2-MgO [KIN 76]

1.4. Cermica no-silicato

Para classificar qualquer material, o usurio pode considerar duas categorias principais: i) estruturaismateriais, cujas performances operacional so essencialmente mecnica, trmica, mesmona natureza, e ii) os materiais funcionais, cujos desempenhos so principalmente operacionaleltrico, magntico, ptico, etc Dissemos "principalmente", porque ns devemossublinhar, especialmente em um livro desta natureza, que nenhuma aplicao pode ser isento depropriedades mecnicas. Por exemplo, os culos em nossos espetculos so funcionaismateriais, concebidos de tal maneira que as suas caractersticas pticas corrigir odefeitos em nossa viso, mas a sua resistncia ao impacto ou a sua resistncia a riscos sovariveis que so mais difceis para melhorar as propriedades pticas do que. Alm desuas funcionalidades, materiais funcionais devem, em geral, apresentam um nvel suficiente depropriedades mecnicas.

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1.4.1. cermica estrutural

Os usos dessas cermicas variam de acordo com as suas caractersticas:

- Para cermica com performances mecnicas altas, os mercados estabelecidosincluem abrasivos, ferramentas de corte e aplicaes tribolgicas: resistncia ao desgaste eresistncia de frico (ver Captulos 6, 7, 8 e 9);

- Para cermica usados em altas temperaturas, os mercados estabelecidos incluemmateriais refratrios, essencial para equipamentos de ferro e ao, vidro, cimento ouindstrias de incinerao (ver Captulo 10);

- Para a cermica que devem combinar altas performances mecnicas e altatemperaturas mercados so mais recentes, mas esto crescendo rapidamente. Somente estescermicas so muitas vezes referidos como cermica estrutural, mas melhor cham-loscermica termomecnica [CHE 89] (ver Captulo 7). Compsitos Thermostructuralformar a vanguarda da cermica termomecnica: no vamos discutir estescompsitos aqui.

As duas primeiras subdivises que temos aqui classificados entre cermica estrutural(abrasivos, ferramentas de corte e peas de desgaste, de um lado, refratrio industrialmateriais, por outro) so geralmente classificados fora do campo da cermica. Isto lgico para abrasivos, porque se os gros abrasivos so compostos de cermica (principalmentealumina Al 2O3 ou carboneto de silcio SiC), abrasivos so eles prprios multimaterialsistemas, por exemplo, pedras de moagem cuja matriz pode ser um vidro ou uma cermica, masmuitas vezes tambm uma resina polimrica ou um metal, ou tecidos e papis (lixa)cuja base orgnica. O mais usado ferramentas de corte e peas de desgaste so feitasde carboneto de tungstnio (WC) gros unidas por uma matriz de metal, geralmente decobalto. Estes carbonetos cimentados se enquadram na categoria de ceramais (para "cermicametal "), que so materiais preparados por metalurgia do p, e isso explica por queeles so reivindicados por ceramistas e metalrgicos. A nossa escolha foi a de incluircermets entre cermica estrutural e para cobri-los no Captulo 9.

Finalmente, no que diz respeito materiais refratrios industriais, a sua importncia, por vezes,

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justifica serem considerados como uma categoria distinta quando falamos de "cermica emateriais refratrios ". Aqui, novamente, a nossa escolha foi a de incluir materiais refratriosentre cermica (veja o Captulo 10), que atualmente o ponto de vista comumente aceito,mas isso no implica, porm, que os materiais refratrios so sempre classificadosentre cermica estrutural. Estas observaes so essenciais para decifrar os dados econmicos:repartidos entre as trs categorias que estamos considerando aqui, cermica estruturalrepresentam um mercado maior do que o de cermica funcionais sobre o qual falaremosmais tarde, mas se reduziu cermica termomecnica e thermostructuralcompsitos, eles representam apenas um pequeno mercado em comparao com funcionalcermicas.

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1.4.2. cermica Funcionais

Cermicas funcionais so caracterizadas por sua:

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- Propriedades eltricas: isoladores (muito frequentemente), semicondutores (muitas vezes),condutores (menos freqentemente) e supercondutores (um campo cientificamente interessante, mascujas aplicaes industriais esto ainda a ser explorado no momento da escrita);

- propriedades magnticas: ms duros (ms permanentes) ou ms macios(Enrolamento ncleos); o campo de gravao magntica entre um dos maisavanos cientficos e tcnicos espectaculares com enormes desafios industriais;

- Propriedades pticas;

- Propriedades qumicas: catlise, sensores;

- propriedades "nucleares": combustveis, moderadores;

- propriedades biolgicas: biomateriais e prteses;

- monocristais para usos variados, por exemplo, para detectores de radiao ionizante.

Ao contrrio de cermica de silicatos, de matrias-primas utilizadas para a preparao de no-silicatoas cermicas so geralmente ps sintticos e no misturas de fragmentos de rocha. Masestes ps sintticos pode resultar a partir de produtos naturais, que o Inglsterminologia torna fcil entender por distinguir entre "a partirmateriais "(por exemplo, ps de alumina) e" matrias-primas "(bauxita rochas, emNeste caso, cujo tratamento pelo processo Bayer produz os ps de alumina) [CAS90].

Composies de cermica oferecem, em geral, uma qumica simples, mas microestruturalparmetros so complexos.

1.4.2.1. cermica de xido

Alumina Al 2O3 de longe o composto bsico mais importante para "cermica tcnica",porque exposies de alumina versatilidade excepcional: abraso, corte, atrito e desgaste,usos refratrios, eletricidade e eletrnica, tica, biomdica, jias e uma listapode ir sobre e sobre [CAS 90].

Slica SiO 2 tambm um composto de base tanto para ceramists e fabricantes de vidro; odiagrama de alumina-slica tem para ceramistas a mesma importncia que o ferro-carbonodiagrama tem para metalrgicos.

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Magnsia (MgO) e espinlio (MgAl 2O4) So utilizados principalmente como refractriomateriais na indstria de ferro e ao.

Zirconia ZrO2(No ser confundido com o silicato de zircnio, zirco chamado, ZrSiO4) usado nas cores de cermica, mas tambm para a conduo inica, efeitos mecnicos ouem jias.

O xido de urnio UO2 o componente bsico de combustvel nuclear, se necessrio, como umamistura com um pouco de xido de plutnio pu2 (A mistura d MOXs, ou "mistoxido de combustveis nucleares ").

Titanato de brio BaTiO3 dielctrico ou semicondutor, de acordo com a sua dopageme a sua estequiometria. o material bsico na indstria de capacitores de cermicae tambm utilizado para o fabrico de vrios tipos de sondas e sensores.

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Ferritas moles e ferrites rgidos ou hexaferrites so materiais importantes para magnticausa. ferrites "soft" so cristais com uma estrutura espinlio cuja referncia magnetitaFe3O4; hexaferrites "duras" so cristais com uma estrutura hexagonal, cujo tipo BaFe12O19.

Quase todos os xidos metlicos tm usos em cermica, por exemplo, xido de trioY2O3, BeO xido de berlio, o xido de zinco ZnO, xido de estanho SnO2, Supercondutorescuprates como YBa2Cu3O7, e outros.

A maioria dos xidos cermicos so isolantes eltricos, cuja conduo eletrnica muito fraco (grande exceo: os supercondutores), mas cuja conduo inica pode sernotvel (por exemplo, dixido de zircnio); aqueles xidos que so semicondutores sosemicondutores freqentemente extrnsecos, cujos desempenhos variam consideravelmente com onatureza dos agentes de dopagem e sua concentrao.

1.4.2.2. cermica no-xido

Carbonetos formam a principal categoria de no-xidos [MCC 83], a mais importante dasque so de carboneto de silcio SiC, que um semicondutor, mas cuja qumica essencialmente covalentes, e tungstnio carbonetos, cujo nome vem de um tipicamenteestrutura de banda metlica, que, portanto, apresenta uma alta condutividade eletrnica:carboneto de tungstnio WC o principal material industrial nesta classe, que incluimuitos outros compostos, por exemplo, carboneto de titnio TiC.

Nitretos incluem, principalmente, de nitreto de silcio Si3N4 e alumnio e silciooxinitretos, tambm chamados de sialons, nitreto de alumnio AlN, e vrios nitretos metlicos,incluindo TiN.

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Alguns boretos tem aplicaes industriais, por exemplo diboreto de titnio TiB2oulantnio hexaboreto LaB 6, E alguns compostos de boro so convencionalmenteclassificada entre boretos, incluindo o carboneto de boro B4C e o nitreto de boro BN, ummaterial que tem trs polimorfos, incluindo dois tomos de carbono isoestruturalpolimorfos: grafite e diamante.

Silicietos so numerosos, mas apenas um deles apresenta grande interesse industrial:molibdnio disilicide MoSi 2 (No ser confundido com o dissulfureto de molibdnioAdM2), O qual utilizado para o fabrico dos elementos de aquecimento de altafornos eltricos de temperatura (1750 C), no ar.

Halogenetos, finalmente, so mais materiais modelo na qumica dos slidos que utilizvelcermica, mesmo que alguns deles so utilizados pelas suas propriedades pticas; algunscalcogenetos tambm pode entrar no campo da cermica.

Esta lista omite uma classe de materiais que ainda no tenha sido mencionado, a despeito da suaimportncia: materiais carbonceos - diamante, grafite, e mais ou menoscarbonos cristalizados que so obtidos por tratamentos trmicos de alcatro e de afinao, nomencionar fulerenos e nanotubos de carbono, que ainda no atingiram a verdadefase de produtos industriais. Embora alguns materiais carbonceos so preparadasa partir de matrias-primas orgnicas, a tendncia para classificar os materiais se sobprodutos inorgnicos: apoiamos cermicas pretas do prazo [92] LEN.

Considerando xidos so principalmente isoladores eltricos, os no-xidos incluem igualmenteisoladores (por exemplo, Si N e AlN), semicondutores (por exemplo, SiC) e

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3 4condutores (por exemplo, carbonetos e boretos e outros produtos de carbono "metlicos"do que o diamante, de que o grafite mais importante).

1.5. Estruturas de cermica e microestruturas

1.5.1. estruturas cermicas

Esta discusso sobre a estrutura cristalina da cermica pressupe que oleitor est familiarizado com os conceitos bsicos de cristalografia [BUR 90, GIA 85, HAH 89].

A maioria dos xidos e silicatos tm estruturas cristalinas obedecendo regras de Pauling paracristais inicos, onde os ons de pequeno tamanho (geralmente ctions) entram nos interstcios dagrandes ons (geralmente nions). As trs regras principais referem-se ao nmero de coordenaode caties, o nmero de coordenao de anies e o nmero de coordenaopoliedros.

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O nmero de coordenao de ctions (Nc): A geometria do poliedro de aniesem torno de um catio depende da relao R = rcao/ Rnion. O cao deve estar em contatocom os anies. O raio inico varia, para um determinado elemento, com a carga daon e seu nmero de coordenao.

O nmero de coordenao de anies (Numa): A geometria do poliedro de catiesem torno de um anio tal que a soma das atraces electrostticas, resultando naanio igual carga (p) deste anio.

Para Mq +X p-: S = atrao eletrosttica do link = q / N umas = p

A fora da ligao obtida dividindo-se a carga do ction pelo seunmero de coordenao:

EXEMPLO 1 - NaCl:. NaVIClVI: Cada um de Na+ no centro de um octaedro de 6 Cl -

contribui 1/VI + = 1/6, por conseguinte, Numa(Cl-) = 6.

EXEMPLO 2 -. SiO2: SiIVOII2: Cada um de Si

4 +no centro de um tetraedro, de 4 2 -

contribui 4/IV + = 1, portanto, N uma(2 -) = 2.

A ligao de poliedros: a estabilidade do cristal diminui se os caties somuito perto, ela diminui; portanto, uma ligao do poliedros de coordenao nocantos mais favorvel do que em suas bordas e, mais ainda do que em seus rostos.

Muitos compostos de cermica tm estruturas que pem em jogo uma aprecivelempilhamento compacto de nions com ctions em tetraedros (quatro vizinhos) ou octadrico(Seis vizinhos) coordenao (ver Tabela 1.1).

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Frmula Cation: nioncoordenao

Digite enmero deinterstciosocupado

Compact cbicoempilhamento

Hexagonal compactaempilhamento

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MX 06:06

04:04

Todo o octa.

Metade do tetra.

NaCl, FeO, MnS,TiCZnS blende, CuCl,

Agi-

Nias, Fes, NIS

ZnS wurtzite,Agi-

MX2 08:04

06:03

Todo o tetra.

Metade do octa.Camadas alternadas

com toda alocais ocupados

CaF2flor,ThO2, ZrO2, UO2

CdCl2

-

CdI2, TiS2

MX3 06:02 1/3 do octa.

Alternando paresde camadas com 2/3

do octa.ocupado

BII3, FeCl3, TiCl3,

VCl3

M2X3 06:04 2/3 do octa. Al2O3corindo,Fe2O3, V2O3, Ti2O3,

Cr2O3

ABO3 2/3 do octa. FeTiO3ilmenite

AB2O4 1/8 do tetra.e 1/2 do

octa.

MgAl2O4espinlio,MgFe2O4inverso

espinela

Mg2SiO4olivina

Tabela 1.1. Coordenao e empilhamento em algumas estruturas tpicas

As estruturas so variadas e vamos citar apenas cinco dos mais importantesones (MgO, ZrO2, BaTiO3, Al2O3e diamante), antes de discutir os rudimentos daa estrutura de silicatos:

- MgO o exemplo de xidos com estrutura de NaCl (grupo espacial Fm 3m) comMg em local 4a (0, 0, 0) e S em 4b (1/2, 1/2, 1/2);

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- CaF2 (Flor) e K 2O (antifluorine) cristalizam no grupo de espaoFm 3m, com Ca em 4a e F em 8c (1/4, 1/4, 1/4); zircnia ZrO 2 e urania UO 2adotar este tipo de estrutura;

- BaTiO3 adota uma estrutura perovskita, com o octaedro de oxignio no centrodos quais so titnios, ligados em seus cantos e em torno de uma gaiola perovskitaocupado pelo grande brio. Uma representao "contas em varas" desta estruturacoloca titnio nos oito cantos do cubo, oxignio aos doze centros dobordas e brio no centro do cubo (ou brio a oito cantos docubo, oxignio aos seis centros das faces e de titnio no centro do cubo).Supercondutores cuprate frequentemente tm estruturas com base na perovskitaestrutura;

- Alumina define a estrutura corindo onde oxignios formam um compactoempilhamento com os ies de alumnio hexagonais colocados em dois teros do octadricalocais, o que diminui a simetria geral para o grupo espacial rhombohedricR 3c;

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- Se verdade que a maioria das cermicas tm ligaes iono-covalentes que conduzem aestruturas que razoavelmente obedecem as regras de Pauling, outros so marcadamente covalentes. Isto o caso com carboneto de silcio, cuja estrutura semelhante do diamante (ousilcio). Podemos pensar em uma molcula covalente gigante, estendido para a escala de umcristal: a rede cbico, cara centrado e o padro composto por doistomos de carbono, um localizado em 0, 0, 0 e o outro localizado na 1/4, 1/4, 1/4;

- No que diz respeito aos vrios silicatos, a descrio da estrutura depende daforma em que a ligao Si-O modelado. O modelo inico prev um compactoO empilhamento de2-, Com o Si4 +e os outros caties que ocorrem nos vrios interstcios.No entanto, a maioria dos silicatos no tm um empilhamento compacto de O2- e a coordenaonmeros observados frequentemente violam as regras deduzidas da rcao/ Rnionrelao: omodelo inico imperfeito. O modelo covalente descreve as ligaes Si-O por ligaoorbitais, o que explica a coordenao tetradrica de silcio e os ngulosentre os laos esto perto do valor terico de 109,5 . Mas o covalenteModelo tropea em alguns obstculos e explica bem menos do que o modelo inico afrmulas qumicas da maioria dos silicatos e a substituio de silcio por alumnio,que correspondem a acusaes formais: Si4 +, Al3 +, O2 -, Etc Na verdade, a ligao Si-O 50% inico e 50% covalente, a estrutura de silicatos tendo sido descrita com baseem tetraedros [SiO4]

4 -lig

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