PRODUO E MATERIAIS I

MATERIAIS E DESIGN: Uma anlise focada em processos e cermicos

ANDIARA EMA ZATTI BRUNO PIEROSAN

FILIPE CONCER VIERO GUILHERME BROLIATO INDIAMARA BARIZON

VINCIUS CIOATO RIZZON

Caxias do Sul, maio de 2014

ANDIARA EMA ZATTI

BRUNO PIEROSAN

FILIPE CONCER VIERO

GUILHERME BROLIATO

INDIAMARA BARIZON

VINCIUS CIOATO RIZZON

MATERIAIS E DESIGN: Uma anlise focada em processos e cermicos

Docente: Rodolfo Rolim Dalla Costa

Curso: Design

Semestre: 2014/02

Escola: Universidade de Caxias do Sul

CAXIAS DO SUL

MAIO DE 2014

RESUMO

Este relatrio abordar brevemente os captulos iniciais do livro de Michael Ashby

Materiais e Design Arte e Cincia da Seleo de Materiais no Design de Produto,

buscando extrair informaes sobre reas de materiais e processos, explorando tais dados

inseridos num contexto de Design. No presente trabalho est contido, tambm, uma pesquisa

sobre materiais cermicos, examinando, brevemente, caractersticas e informaes tcnicas

focadas no universo do design, trazendo aplicaes e propriedades de cada tipo de cermico,

bem como suas respectivas limitaes tcnicas, a fim de tornar a aplicao desse tipo de

material em projetos de produto inovadores mais clara para designers.

Palavras-chave: Materiais, design, aplicao, projeto, cermica, propriedades, inovao.

ASTRACT

This report briefly treat the opening chapters of the book of Michael Ashby "Materials

and Design - The Art and Science of Material Selection in Product Design", seeking to extract

information about the areas of materials and processes, exploring such data inserted in a

context of Design. This paper also contains a research of ceramic materials, briefly examining

features and technical information, focused on the design world and, also, bringing

applications and properties of each type of ceramic, as well as their respective technical

limitations in order to make the application of this kind of material in innovative product

projects easier for designers.

Keywords: Materials, design, application, project, ceramic, properties, innovation.

NDICE

INTRODUO ........................................................................................................................ 5 1. MATERIAL E DESIGN .................................................................................................. 6

1.1 FUNO E PERSONALIDADE ........................................................................................... 6 1.2 O QUE INFLUENCIA O DESIGN DE PRODUTO .............................................................. 6

1.2.1 As foras externas ao processo de design ....................................................................... 7 1.2.2 Evoluo dos materiais .................................................................................................... 7 1.2.3 Materiais e sociedade ...................................................................................................... 8

1.3 DESIGN E PLANEJAMENTO .............................................................................................. 8 2. CERMICAS ................................................................................................................. 10

2.1 Estruturas ............................................................................................................................... 10 2.2 Propriedades .......................................................................................................................... 11

2.2.1. Cermicas tradicionais .................................................................................................. 12 2.2.2. Abrasivos ....................................................................................................................... 12 2.2.3. Cimentos........................................................................................................................ 12 2.2.4. Vidros ............................................................................................................................ 13 2.2.5. Cermicas Avanadas ................................................................................................... 13

2.3. Processos de obteno e fabricao das cermicas ............................................................... 13 2.3.1. Obteno de matrias-primas ........................................................................................ 13

2.3.1.1. Argilas ................................................................................................................... 14 2.3.1.2. Feldspatos .............................................................................................................. 14 2.3.1.3. Talcos .................................................................................................................... 14 2.3.1.4. Quartzo .................................................................................................................. 15 2.3.1.5. Filitos ..................................................................................................................... 15 2.3.1.6. Alumina ................................................................................................................. 15 2.3.1.7. Slica ...................................................................................................................... 15

2.3.2. Fabricao ..................................................................................................................... 16 2.3.2.1. Cermicas tradicionais .......................................................................................... 16 2.3.2.2. Abrasivos ............................................................................................................... 17 2.3.2.3. Cimentos ................................................................................................................ 18 2.3.2.4. Vidro...................................................................................................................... 18 2.3.2.5. Cermicas avanadas ............................................................................................. 19

2.4. Cermicas e o Design ............................................................................................................ 19 2.4.1. Cermicas tradicionais .................................................................................................. 20 2.4.2. Abrasivos ....................................................................................................................... 20 2.4.3. Cimento ......................................................................................................................... 21 2.4.4. Vidro ............................................................................................................................. 21 2.4.5. Cermicas Avanadas ................................................................................................... 22

CONCLUSO ......................................................................................................................... 23 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................. 24

NDICE DE IMAGENS

Figura 1 Wedgwood perfects fine bone China ...................................................................... 20

Figura 2 Faca Kyocera ........................................................................................................... 20

Figura 3 Changsha meixihu international culture & art centre ............................................. 21

Figura 4 Aplicao do Gorilla Glass ..................................................................................... 22

Figura 5 Prtese que substitui a cabea do fmur ................................................................. 22

5

INTRODUO

Devido saturao no mercado, produtos no so mais consumidos por cumprirem

suas funes, mas sim por sua personalidade inserida em contextos sociais distintos. Como

observa Ashby (2011), claro que, para ser bem-sucedido, um produto tem de funcionar de

maneira adequada, mas isso no basta: tem de ser fcil e conveniente de usar, e deve ter uma

personalidade que satisfaa, inspire e d prazer. De acordo com o autor, em um mercado

repleto de similares, o que garante a um produto se sobressair so seus atributos estticos e

tteis, explorando o emocional do consumidor. Desta forma, os materiais atuam em dois

aspectos que se justapem: o de garantir a funcionalidade e o de criar personalidade para o

produto. Assim, torna-se claro que o estudo e o domnio de materiais pelo designer pode ser a

questo definitiva no sucesso do trabalho por ele desempenhado.

A evoluo na pesquisa sobre materiais tem impulsionado novas reas e possibilidades

no Design, enquanto a evoluo do Design conceitual abre lacunas sobre materiais com

propriedades ainda no descobertas, incentivando sua busca. Ashby (2011) afirma que Um

bom designer est sempre alerta ao desenvolvimento da tecnologia, derivado da pesquisa

cientfica adjacente. Desta forma, buscou-se entender o desenvolvimento e a evoluo dos

cermicos em projetos de design, material que possua um campo de aplicao limitado por

suas caractersticas, agora vem ganhando espao em pesquisas, se tornando um dos materiais

mais cotados para inovar o design de produto. o material que mais tem evoludo em

pesquisas, prometendo um futuro de economia e eficincia.

O presente trabalho tem como objetivo, ento, buscar e analisar informaes sobre

materiais, aproximando-as da realidade do Design, explorando caractersticas dos processos

de design e relacionando-os com os processos de seleo de materiais, trazendo, tambm, um

campo de estudo pouco conhecido pelos designers: os cermicos. A pesquisa sobre esse tipo

de material se desenvolveu de forma a trazer informaes tcnicas e propriedades, de uma

forma sucinta e com foco na aplicao em projetos de design. Processos de fabricao e

empregos mais frequentes das cermicas tambm sero abordados.

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1. MATERIAL E DESIGN

1.1 FUNO E PERSONALIDADE

O mundo atual repleto de objetos, cada um projetado para uma determinada funo e

com um significado prprio, despertando no usurio emoes que vo alm da sua utilidade.

Dessa forma, o designer de produtos busca mesclar o conceito esttico com a tcnica,

combinando a prtica com o prazer emocional. O primeiro contato do usurio com o produto

se d, inicialmente, pela busca de suprir alguma necessidade, mas o senso esttico final criado

pelo design o principal fator de escolha do produto. Produtos de sucesso no mercado

possuem um grande apelo conceitual e a combinao equilibrada entre funo, simbolismo e

esttica.

Os materiais fazem parte de tudo o que vivenciamos, desde nossa experincia

sensorial e simblica at o raciocnio lgico de uma cultura. Portanto, fundamental a seleo

adequada dos materiais que sero utilizados na construo do objeto, para que o mesmo seja

passvel de ser fabricado com as caractersticas estticas desejadas e com a qualidade

funcional para qual ser submetido.

1.2 O QUE INFLUENCIA O DESIGN DE PRODUTO

O mercado a principal influncia direta no design de produto, motivando o

desenvolvimento de ideias e novas tecnologias que induzem o usurio compra cada vez

mais pelo desejo e no pela necessidade. Quando produtos inovadores so lanados, o

designer no oferece apenas a soluo de um determinado problema, mas tambm gera no

usurio o desejo de possu-lo.

O designer procura, ao desenvolver um projeto, atender s necessidades do mercado,

mas muitas so as foras que influenciam nas decises do mesmo, sejam elas para mudar ou

para direcion-lo. As principais influncias sero analisadas a seguir.

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1.2.1 As foras externas ao processo de design Ashby (2011) sugere cinco foras externas ao processo de design: o mercado, a

tecnologia, o clima de investimento, o meio ambiente e o design industrial.

O mercado se faz um grande motivador para o design de produto, visto que vivemos

num mundo onde as pessoas compram motivadas pelo querer e no mais pelo precisar.

Assim, a competio mercadolgica influencia no processo de design, uma vez em que o

profissional tem que estar sempre atualizado e preparado para a concorrncia, se valendo do

prprio mercado ou da inovao na cincia a fim de traz-la para dentro do design.

A cincia e a tecnologia, por sua vez, a fora menos previsvel na questo de

mudanas, mas de extrema influncia, uma vez em que atravs dela que novos materiais e

processos so descobertos, servindo de fonte de inovao para o design.

Segundo Ashby (2011), as atividades humanas causam grande impacto sobre a

natureza, aes essas que atualmente ameaam o cotidiano das futuras geraes. Desta forma,

o meio ambiente torna-se um fator de suma importncia, devendo ser considerado ao criar um

produto. O impacto que causar no meio ambiente, seja na sua utilidade, seja pelos materiais

utilizados em sua fabricao, bem como seu processo de desintegrao.

Alm das foras citadas, o clima econmico e de investimento outro forte elemento.

Todo projeto requer investimentos e para tanto, tal projeto deve possuir viabilidade financeira

e de produo, bem como estudos que gerem confiana no mesmo.

Hoje, h muitos produtos no mercado, muitos dos quais so slidos em sua utilidade, ou

seja, populao necessita deles para viver, seja para conforto, seja por necessidade. Desta

forma, o que diferencia de um produto de outro a esttica, como j citado anteriormente,

fator este que , muitas vezes, decisivo na escolha da compra.

1.2.2 Evoluo dos materiais A influncia dos materiais sobre o design de produto resultado de uma evoluo no

uso dos materiais empregados, ou nos materiais que poderiam ser empregados em

determinado produto. Para melhor entender esse processo analisaremos a partir de uma

mquina fotogrfica.

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Desde aproximadamente 140 anos, quando a mquina fotogrfica foi inventada muito

desse objeto evoluiu. As primeiras mquinas eram feitas de madeira, bronze, couro, vidro e

etc. Hoje, evoluiu de forma que a tecnologia se faz presente na funcionalidade da mesma.

Os materiais utilizados nas primeiras mquinas como substratos para a foto eram, em

grande parte, metais, os quais deram lugar s pelculas fotogrficas (filmes), at chegarem

para a imagem digital. Essa evoluo influencia o mercado existente, ou seja, pode destruir os

mercados existentes, caso no acompanhem as mudanas e as novas tecnologias.

1.2.3 Materiais e sociedade Muitos produtos evoluem com as necessidades de cada sociedade, porm sua finalidade

permanece a mesma de quando criados. Os materiais empregados tambm evoluem, como

pode ser visto em, por exemplo, carrinhos de bebs durante os tempos.

A finalidade dos carrinhos a mesma desde 1877, quando o primeiro foi criado, mas

as necessidades da sociedade mudaram, ou seja, pais e mes, cada um inseridos em uma

sociedade diferente ou em um modo diferente de vida, acaba por necessitar de um carrinho de

bebs com caractersticas distintas, e que seja pratico com o modo de vida dos pais.

1.3 DESIGN E PLANEJAMENTO

A viso dos seres humanos para um determinado objeto varia, uma vez que cada ser

carrega suas individualidades, cultura, bagagem social, econmica, entre outros. Nesse

sentido, ao observar determinado produto, a percepo pode ser bem variada, visto que alguns

levam em conta atributos estticos ou faz associaes emocionais, de contexto e experincia.

A partir disso, o profissional de design parte de uma ideia ou princpio de funcionamento

genuinamente novo, ou de um j pr-estabelecido, para elaborar seu projeto.

Para melhor compreenso, exemplificando, o design de uma caneta. Produto de

utilidade e tambm de desejo, uma vez em que se pode comprar uma por um preo muito

baixo, como uma de preo exorbitante. Assim, o designer, ao criar um projeto de caneta, deve

entender todos os materiais utilizados, bem como sua esttica, para poder fixar o preo final.

O design de produtos do sculo XXI deve apresentar um misto de funo, utilidade e

personalidade. A primeira necessita de um bom projeto tcnico, onde os produtos devem

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funcionar adequadamente. Enquanto a segunda, uma questo de fatores humanos ou

ergonmicos, que deve combinar o produto com as capacidades fsica e mental do usurio. J

a terceira, composta de ambas e, tambm, o prazer oferecido pelo bom design industrial.

Porm, para que o designer possa efetuar seu projeto e atender as perspectivas que

envolvem o mesmo, esse profissional procura em diversas fontes uma inspirao para sua

criatividade. Entre as mais utilizadas so revistas de design, relatrios, anuais, exposies,

feiras, entre outros.

Muitos designers criam colees de amostras de materiais, para facilitar seu trabalho,

agilizando-o. Antes da criao final, muitos criam esboos de seus projetos, outros

desenvolvem atravs de modelos e prottipos, que so um meio de comunicao entre o

design industrial e os projetistas tcnicos. Existem, tambm, aqueles que buscam inspirao

na natureza.

Portanto, a imagem do produto resultado de um mar de ideias, relaes, materiais,

formas, texturas, cores, rearranjando-as e recombinando-as para encontrar uma soluo que

satisfaa as diretrizes iniciais do projeto e uma viso particular para cumpri-las. Enfim,

indexar fundamental para ordenar materiais e processar informaes de maneira a obter uma

ferramenta de projeto.

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2. CERMICAS

Materiais cermicos so, geralmente, uma combinao entre elementos metlicos com

no-metlicos, sendo compostos de xidos (ligao com oxignio), nitretos (ligao com

nitrognio) e carbetos (ligao com carbono). Apresentam ligaes atmicas do tipo inica ou

covalente. Os materiais compostos por minerais argilosos, cimentos e vidros, so os mais

comuns. Suas principais caractersticas so a baixa condutividade trmica e eltrica,

resistncia mecnica a altas temperaturas e comportamento frgil quando submetidos a

tenses.

2.1 Estruturas

Segundo Callister (2008), os materiais cermicos so compostos por pelo menos dois

elementos, sendo sua estrutura cristalina mais complexa que os demais tipos de materiais. Sua

ligao atmica varia desde puramente inica at totalmente covalente ou at mesmo a

combinao dessas duas ligaes. Vlack (2000) diz que existem diversas combinaes de

tomos metlicos e no-metlicos com vrios arranjos estruturais diferentes nas fases

cermicas. Embora cada fase seja composta por mais de um tomo, o autor afirma que a

estrutura cristalina de cada fase pode acomodar diferentes espcies de tomos onde, em cada

caso, o balanceamento das cargas eltricas um requisito fundamental, alm das

consideraes com relao ao empacotamento atmico e a covalncia. Conforme Vlack

(2000), as estruturas cristalinas das cermicas no contm um grande nmero de eltrons

livres, pois so compartilhados por covalncia ou so transferidos de um tomo para outro,

formando uma ligao inica e transportando carga eltrica. As ligaes inicas

proporcionam aos materiais cermicos alta estabilidade, com temperatura de fuso (em

mdia) superiores a dos metais e materiais orgnicos, maior resistncia alteraes qumicas

e caracterstica isolante. Algumas cermicas, em altas temperaturas, conduzem eletricidade, e

a maioria delas em menor intensidade que os metais, devido ausncia de eltrons livres. Boa

parte dos cermicos so transparentes e de baixa conduo trmica.

As diferentes estruturas cristalinas proporcionam aos cermicos diferentes

propriedades, como, por exemplo, a mica, que por apresentar planos de clivagem (se

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fragmentar em planos paralelos), permite seu enfolhamento com maior facilidade. Em cristais

mais simples, como o MgO, pode haver o escorregamento plstico (deformao plstica)

assim como presente nos metais. Durante o crescimento, podem surgir cristais limitados por

faces planas, como o caso do Nasceu. No amianto, os cristais seguem uma linearidade, mas

nas cermicas argilosas obedecem a uma formao bidimensional em camadas. Os materiais

cermicos mais fortes e estveis possuem geralmente estruturas tridimensionais, com fortes

ligaes nas trs direes.

Devido estrutura cristalina dos cermicos ser mais complexa e ter maior resistncia

das ligaes, as reaes cermicas so mais lentas. Em condies normais de resfriamento, o

vidro no possui tempo suficiente para conformar uma estrutura cristalina complexa,

permanecendo como um lquido super-resfriado temperatura ambiente.

Os compostos, como os carbetos e os nitretos refratrios, contm elementos

semimetlicos cuja combinao resulta em ligaes metlicas e covalentes. Por no possurem

eltrons livres, no so bons condutores de eletricidade e calor, mas a organizao de seus

tomos pode ser orientada dentro da estrutura cristalina, produzindo caractersticas e

propriedades magnticas.

2.2 Propriedades

As cermicas apresentam composies qumicas e estruturas muito variadas e, por

conseguinte, uma grande diversidade de propriedades fsicas, qumicas e mecnicas.

possvel, por exemplo, encontrar de cermicas que agem como timos isolantes eltricos a

supercondutores.

Devido ao arranjo de suas estruturas, alm de defeitos onipresentes no material, que

atuam como pontos de convergncia de tenso, onde, segundo Clister (2008), a magnitude de

uma tenso de trao aplicada amplificada [...] Esses concentradores de tenso podem ser

[...] poros internos ou vrtices dos gros, os quais so virtualmente impossveis de serem

eliminados..., as cermicas tem um campo de aplicao limitado. Esses materiais possuem

uma predisposio a gerar fraturas catastrficas (antes mesmo de dar incio deformao

plstica) por sua fragilidade, alm de apresentarem baixa absoro de energia. De acordo com

Zanotto e Migliore Jr. (1991), os cermicos sofrem, ainda, de fadiga esttica, fenmeno que

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diminui a resistncia fratura do material de acordo com o tempo sob aplicao de cargas, e

no possuem consistncia em relao a corpos-de-prova ou mesmo entre peas de um mesmo

quandolote se trata de suas propriedades mecnicas.

Em contrapartida a sua fragilidade, a dureza um fator positivo dos cermicos. So

eles que compem a lista dos materiais mais duros conhecidos, sendo utilizados em operaes

de abrasamento, corte e polimento. Ainda sob uma tica abrangente, as cermicas apresentam

um alto ponto de fuso e so quimicamente estveis sob condies ambientais severas, uma

vez que suas ligaes qumicas so estveis e muito fortes.

A fim de verificar as qualidades mais relevantes para o design, as cermicas sero

divididas em cinco grupos principais: as cermicas tradicionais, os abrasivos, os cimentos, os

vidros e as cermicas avanadas.

2.2.1. Cermicas tradicionaisUtilizam argilas minerais de alto ponto de fuso, como Al, Si, Ca, Mg, etc., capazes de

suportar temperaturas elevadas. As propriedades mais interessantes ao designer so a

refratariedade, estabilidade mecnica, trmica, qumica e dimensional, baixa condutividade

trmica e eltrica.

2.2.2. Abrasivos

Esses materiais so utilizados para desgastar, esmerilhar ou cortar materiais que sejam

mais moles que eles prprios. Devido do seu uso, como observa Callister (2008), as principais

caractersticas desejadas nesse grupo a sua dureza, para conseguir cortar ou abrasar os mais

diversos materiais, e sua tenacidade, para que as partculas abrasivas no sejam fraturadas

com facilidade. Caractersticas refratrias podem ser teis, uma vez que os processos de corte

e abraso podem gerar grandes quantidades de calor.

2.2.3. Cimentos

O cimento Portland, o mais utilizado dessa categoria, so materiais cermicos

geralmente utilizados em forma inicial de p, que, em contato com a gua, produzem uma

reao que resulta na liberao de calor e na cristalizao de produtos hidratados, tornando-se

um material aglutinador que pode ser trabalhado e moldado por um tempo pr-determinado

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pelo tipo de cimento utilizado. Aps o processo de hidratao, o cimento passa pelo estgio de

pega, que d incio ao processo de endurecimento tornando-o imprprio para o trabalho, at o

seu endurecimento final, ganhando assim resistncia mecnica.

2.2.4. Vidros Segundo Ashby (2004), esses materiais so amplamente utilizados por apresentarem

propriedades ticas particulares de serem transparentes, alm de apresentarem boa resistncia

ao desgaste e corroso. Tem alto potencial de reciclagem e possuem baixo custo de

obteno de matria-prima.

2.2.5. Cermicas Avanadas As cermicas avanadas possuem aplicaes e caractersticas muito diferentes ou

aperfeioadas em relao s demais classes vistas, com propriedades eltricas, magnticas,

ticas, mecnicas, trmicas, qumicas e biolgicas.

As cermicas com propriedades eltricas e magnticas avanadas podem transformar

esses materiais em semicondutores, condutores ou, at mesmo, em supercondutores. O

Bismuth strontium calcium copper oxide, por exemplo, torna-se um supercondutor a

temperaturas prximas ao zero absoluto, enquanto o silcio dopado um dos mais avanados

semicondutores conhecidos temperatura ambiente.

Existem ainda cermicas superplsticas, de baixa condutividade trmica, como a

zircnia (ZrO2) estabilizada com xido de trio (Y2O3), que oferecem uma extrema fora,

alm de serem brancas e terem uma tima biocompatibilidade, o que as torna ideias para

prteses de alta tecnologia (tanto dentrias como sseas).

2.3. Processos de obteno e fabricao das cermicas

2.3.1. Obteno de matrias-primas Quase toda a matria-prima que extrada para a fabricao de materiais cermicos

natural ou obtida sinteticamente. As matrias-primas naturais so encontradas em depsitos

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da crosta terrestre e aps sua extrao geralmente passam por processos para a retirada de

impurezas e controle da granulometria. As matrias-primas sintticas so submetidas a

tratamentos trmicos, tais como calcinao, sinterizao, fuso e a processos qumicos. de

total importncia a seleo cuidadosa e detalhada das matrias-primas, a fim de obter

produtos finais com as caractersticas desejadas e que atendam s exigncias do mercado.

2.3.1.1. Argilas Segundo Callister (2000), a principal matria-prima dos revestimentos cermicos

composta por partculas de alta plasticidade (em contato com a gua) e quando secas tornam-

se um material denso e resistente. Segundo Vlack (1973), existem outros materiais utilizados

na fabricao de cermicos para revestimento, como o calcrio, quartzo, feldspatos, talcos e

filitos. Sua seleo baseada principalmente na economia de minerao e transporte do

material e do seu percentual de pureza. Para uma argila ser considerada de boa qualidade e ser

usada para uma determinada funo, necessrio que a mesma apresente uma composio

qumica apropriada e que sejam conhecidas suas quantidades de SiO2, Al2O3, K2O, Na2O,

MgO, CaO e mais alguns xidos que podem estar presentes em menores quantidades. As

argilas podem ser definidas na sua forma mais pura como silicatos de alumnio hidratados,

2SiO2.Al2O3.2H2O. Impurezas encontradas na sua estrutura, como xidos de elementos de

potssio, ferro, sdio, magnsio, clcio e outros, determinam suas caractersticas.

2.3.1.2. Feldspatos So materiais responsveis pela diminuio da porosidade das peas cermicas,

principalmente para produtos de grs e grs porcelanato, baixando os ndices de absoro de

gua e consequentemente aumentando os valores de resistncia mecnica (carga de ruptura)

dos revestimentos cermicos. So encontrados e retirados de formaes rochosas que cobrem

cerca de 60% da crosta terrestre, principalmente de rochas sedimentares.

2.3.1.3. Talcos So constitudos principalmente por silicato hidratado de magnsio. Oferecem aos

materiais cermicos o aumento de resistncia ao choque trmico e resistncia mecnica,

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diminuio da retrao de queima e menor temperatura de fuso. So extradas atravs da

minerao de rochas moles de estrutura lamelar ou em camadas.

2.3.1.4. Quartzo

Forma pura de dixido de silcio, um material que ao ser misturado junto s massas

cermicas, diminui a plasticidade das mesmas e aumenta a resistncia das peas. Possui

propriedades piezoeltricas, isto , quando submetido a uma presso, gera um campo eltrico

(em um eixo transversal quele onde foi aplicada a presso) que pode ser coletado como

tenso eltrica. o mineral mais comum encontrado na natureza, sendo extrado de granitos e

rochas metamrficas, misturados geralmente com feldspato, mica e outros minerais.

2.3.1.5. Filitos

So rochas metamrficas, constitudas por caulinita, quartzo e mica. So utilizados em

determinadas situaes para substitur o feldspato devido ao seu alto teor de potssio e

possibilita a sua aplicao em diversas finalidades, devido ser um material que praticamente

no necessita de nenhum beneficiamento prvio para ser utilizado. Na natureza encontrado

como um material rochoso, duro e em cores variadas.

2.3.1.6. Alumina

A alumina (Al2O3) uma matria-prima criada sinteticamente para ser aplicada nos

materiais cermicos. Dentro das cermicas avanadas, a mais utilizada por oferecer uma

ampla gama de aplicaes, possuir boa resistncia corroso e proporcionar alta dureza a um

bom custo-benefcio. Alm disso, pode ser produzido em diferentes percentuais de pureza

e/ou formar outros compsitos cermicos, aprimorando suas propriedades. extrada atravs

da bauxita pelo processo Bayer e depois o xido submetido ao processo de Hall-Hrooult

para a retirada de impurezas.

2.3.1.7. Slica

Callister (2008) afirma que a slica (SiO2) um dos principais materiais que formam

as argilas aluminossilicatos, as quais contm gua quimicamente ligada. Possuem uma ampla

faixa de caractersticas fsicas, e suas principais impurezas presentes so geralmente xidos de

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brio, clcio, sdio e ferro. A slica o xido mais abundante na crosta terrestre e obtida

atravs de diversas formas no seu estado natural, aparecendo na forma de pedra, areia,

quartzo, entre outros.

2.3.2. Fabricao Os processos de fabricao de diversos tipos de cermica assemelham-se parcial ou

totalmente, tornando possvel, de acordo com Callister (2008), o agrupamento desses

processos em alguns grupos principais: as cermicas tradicionais, os abrasivos, os cimentos,

os vidros e as cermicas avanadas. Dentro de cada uma dessas categorias encontram-se

diferentes processos empregados para obteno de diferentes produtos cermicos. De uma

forma geral, depois da extrao ou fabricao da matria-prima e seu devido beneficiamento,

os cermicos so fabricados atravs da formao de peas, de um tratamento trmico e um

acabamento.

2.3.2.1. Cermicas tradicionais A maioria das matrias-primas utilizadas para fabricao das cermicas tradicionais

so de origem natural, ou seja, aps a extrao, os materiais precisam ser beneficiados

(desagregados ou modos), classificados e purificados. Em contrapartida, as matrias-primas

sintticas so, geralmente, fornecidas prontas para uso. Os materiais cermicos so

frequentemente fabricados a partir de duas ou mais matrias-primas, o que significa que a

preparao da massa inicial e a dosagem correta essencial.

Os processos de fabricao das cermicas variam de acordo com o produto a ser

produzido, questes econmicas e da geometria das peas. Os processos mais utilizados so:

colagem, prensagem e extruso. A colagem consiste em colocar, dentro de um molde de

gesso, uma soluo contendo as matrias-primas em uma suspenso de gua. O gesso absorve

a gua enquanto as partculas slidas acumulam-se nas laterais, formando as paredes da pea.

J na prensagem, utiliza-se matria-prima granulada com nveis de humidade prximos ao

zero, que , ento, colocada num molde de material polimrico, o qual fechado

hermeticamente e induzido em uma cmara contendo um fludo que comprimido, exercendo

uma forte presso por igual no molde. Por fim, a extruso consiste em levar uma massa

plstica de material cermico atravs de um bocal com o formato desejado, obtendo-se, ento,

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uma coluna extrudada com a seo transversal pr-definida. Em seguida, a coluna dividida a

fim de conseguir produtos com formas e tamanhos regulares.

Aps esses processos, os produtos adquiridos possuem resistncia insuficiente para a

maioria das aplicaes prticas, alm de uma porosidade significativa e da possibilidade de

conter lquidos utilizados em sua conformao. necessrio, ento, que haja um processo de

secagem e cozimento desses materiais, s ento um material considerado cermico. O

processo de secagem acarreta numa diminuio de volume da pea, j que a gua contida em

sua composio evaporada. A velocidade de evaporao da gua deve ser controlada, uma

vez que, se a gua evaporar mais rpido em um ponto da pea do que em outro, pode gerar

defeitos e tenses na superfcie ou no interior dela. Esse processo pode ser feito atravs de

fornos ou micro-ondas. O processo de cozimento, por sua vez, consiste em deixar a pea a

temperaturas que variam de 900C a 1650C. Durante esse processo a densidade aumentada,

ou seja, diminui-se a porosidade, e a resistncia mecnica e a durabilidade melhorada. Isso

ocorre atravs da vitrificao, processo que, segundo Callister (2008), h a formao gradual

de um vidro lquido que flui para dentro e preenche parte do volume dos poros.

2.3.2.2. Abrasivos Os abrasivos podem ser naturais, constitudos de pedra de arenito ou slex, quartzo,

esmeril natural, corndon natural, pedra pome, granada, diamantes, trpoli, de qualidades

muito diversificadas e com altas porcentagens de impurezas, ou abrasivos artificiais ou

sintticos, produzidos com xido de alumnio Al2O3 cristalino, carboneto de silcio SiC,

carboneto de boro B4C, nitreto cbico de boro CBN e diamantes PCD e MCD (SOUZA,

2007).

Os materiais abrasivos so usualmente encontrados colados sob-rodas de

esmerilhamento e na forma de abrasivos revestidos. Na primeira situao, os materiais

abrasivos so unidos atravs de uma resina cermica vtrea ou orgnica. Nos abrasivos

revestidos so encontrados os materiais abrasivos na forma de revestimento de papis ou

tecidos.

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2.3.2.3. Cimentos Dentro dessa classe de materiais, os mais comuns so o cimento, gesso e cal. Dentre

eles, segundo Callister (2008), o cimento Portland o consumido em maiores quantidades.

Ele produzido atravs da moagem e mistura de argila, cal e outros minerais. Aps esse

processo, a mistura aquecida a uma temperatura de mdia de 1400C em um forno rotativo,

resultando em alteraes fsicas e qumicas nas matrias-primas. O resultante desse processo

chama-se clnquer e ele , ento, modo em um p muito fino, ao qual acrescentado gesso

(CaSO4-2H2O) (material que retarda o processo de pega do cimento). Ao cimento Portland

resultante, possvel acrescentar diversos outros aditivos, a fim de modificar as caractersticas

no processo de pega ou, ento, nas propriedades fsicas e mecnicas do material depois de

hidratado.

2.3.2.4. Vidro O vidro produzido pelo aquecimento das matrias-primas at uma temperatura

elevada, acima da qual ocorre a fuso (CALLISTER, 2008). As matrias-primas mais

utilizadas na fabricao de vidros so a SiO2, Na2O, CaO, Al2O3 e B2O3. De acordo com

Ashby (2002), o vidro de cal de soda, um dos mais comuns na indstria, formado por 13

17% Na2O (a soda), 510% CaO (o cal) e 7075% SiO2 (o vidro), custa cerca de

US$0,68 a US$1,00 por quilograma para ser produzido, sendo um material relativamente

barato e de fcil fabricao.

Para a produo do vidro, so geralmente utilizados quatro processos: a prensagem, a

insuflao, o estiramento e a conformao de fibras. A prensagem o processo onde o vidro

conformado atravs da aplicao de uma presso em um molde com a forma final desejada do

produto, utilizado na fabricao de pratos e louas. A insuflao o processo onde o vidro

depositado dentro de um molde, assumindo sua forma final atravs da injeo de ar, que fora

o material a ficar uniformemente distribudo pelas paredes da matriz, utilizado na obteno de

jarras, garrafas e lmpadas de vidro. O estiramento, por sua vez, utilizado para conformar

longas de peas de vidro, como barras, lminas ou tubos e consiste em extrair o vidro fundido

de seu recipiente e criar uma tira de material que se resfria ao longo de uma esteira, ganhando

sua forma final. Por fim, as fibras de vidro so conformadas segundo uma operao de

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estiramento onde o material passa atravs de muitos orifcios e ento resfriado, obtendo as

tiras.

O vidro pode, ainda, ser recozido e/ou temperado, processos que melhoram suas

caractersticas mecnicas. O recozimento um processo onde a pea, depois de resfriada,

novamente aquecida ao ponto de recozimento e, ento, lentamente esfriada, para melhorar sua

resistncia a choques trmicos (tenses internas do material causadas pela diferena de

expanso ou contrao em relao a sua temperatura). J a tmpera, processo pelo qual o

exterior de um material vtreo resfriado mais rapidamente que seu interior, d ao vidro uma

resistncia maior fratura por causa da tenso residual do processo de resfriamento.

2.3.2.5. Cermicas avanadas As cermicas avanadas um grupo de materiais dentro dos cermicos que foi

formulado no por suas semelhanas, mas por terem caractersticas muito superiores e

aprimoradas em relao s demais cermicas. Diversos so os processos de fabricao

utilizados na obteno desses materiais, muitos dos quais, so apenas processos semelhantes

ou idnticos aos utilizados para produzir outros tipos de cermicas, porm executados com

mais preciso e/ou com matrias-primas com uma ordem de pureza maior que 98%.

Processos utilizados na produo de processadores de computador, por exemplo, com

base em silcio, utilizam processos diferenciados dos demais mtodos, como tecnologia de

fotolitografia, de implantao de ons, de ataques qumicos e de deposio (CALLISTER,

2008).

2.4. Cermicas e o Design

Diversas so as aplicaes de materiais cermicos em produtos de design. Seguindo as

mesmas subcategorias vistas anteriormente, cada tipo de cermica aplicada em diferentes

tipos de produtos conforme suas propriedades, englobando desde objetos de nosso uso

cotidiano construo de artefatos de alta preciso.

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2.4.1. Cermicas tradicionais

Utilizadas em refratrios, louas sanitrias e de mesa, cermica estrutural e

revestimentos cermicos. Um cone de design que utiliza esse tipo de cermica so as louas

criadas por Josiah Wedgwood, no sculo XVIII. Wedgwood foi pioneiro em utilizar o uso da

cermica branca (jasper), passvel de ser produzida em diversas cores.

Figura 1 Wedgwood perfects fine bone China.

(Fonte: www.wedgwood.co.uk)

2.4.2. Abrasivos

Utilizadas em ferramentas para corte e usinagem, brocas, lixas, lminas de serra e

revestimento de facas. A Kyocera produz, dentre muitos outros produtos, utenslios de

cozinha com base em cermicas de alta tecnologia. De acordo com o fabricante, suas facas

tem um tempo de vida quinze vezes maior quando comparado com lminas tradicionais de

metal. A utilizao de cermica na construo de lminas diminui o peso do objeto e a

contaminao dos alimentos, uma vez que a faca livre de ons de ferro, que alteram o gosto

e a aparncia das comidas, alm de no contaminar os alimentos por causa de impurezas.

Figura 2 Faca Kyocera.

(Fonte: kyoceraadvancedceramics.com).

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2.4.3. Cimento

Utilizados em acabamentos feitos de gesso, pela construo civil nas estruturas de

prdios, casas, pontes e obras em geral.

Figura 3 Changsha meixihu international culture & art centre.

(Fonte: www.zaha-hadid.com)

2.4.4. Vidro

Utilizadas na construo de janelas de carros, trens e avies, revestimento de telas de

equipamentos eletrnicos, lentes ticas, garrafas e recipientes em geral. Com caractersticas

bem refinadas, o Gorilla Glass, um tipo de supervidro, vem sendo aplicado em muitos

projetos de design. fabricado de um material cermico chamado lcali-aluminosilicato, onde

sua composio permite que a troca de ons atinja camadas muito mais profundas

(substituio de ons de sdio por ons de potssio), resultando em um material extremamente

resistente mesmo em lminas muito finas, na ordem de 0,4mm a 2 mm de espessura. Esse tipo

de vidro vem sendo aplicado em diversos dispositivos mveis, como smartphones, tablets,

notebooks, entre outros.

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Figura 4 Aplicao do Gorilla Glass.

(Fonte: www.corninggorillaglass.com)

2.4.5. Cermicas Avanadas

Possuem aplicaes e propriedades muito diferentes e especficas em relao s

demais classes; so construdas conforme a necessidade e ao tipo de trabalho que sero

submetidas. Como exemplos, temos a aplicao no revestimento de determinadas reas da

carcaa de veculos espaciais, prteses, implantes dentrios, instrumentos cirrgicos,

componentes de motores, sensores e componentes eletrnicos.

Figura 5 Prtese que substitui a cabea do fmur. (Fonte: stpetehipandknee.com)

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CONCLUSO

Com um mercado saturado de similares, a diferenciao atravs do design se torna

no somente essencial, como algo bsico, necessitando que essa relao v ainda mais fundo,

a fim de garantir o sucesso de um produto. Uma das formas de explorar o mercado atravs

da alocao de diferentes materiais, a fim de criar um design inovador, com uma

personalidade inovadora. Como observa Ashby (2011) Hoje os consumidores esperam

prazer, alm de funcionalidade, de tudo que compram. Cri-lo parte fundamental do

design.

Dar a um produto essas caractersticas no um processo simples, pois existem

foras externas ao processo de design, que acabem por servir como diretrizes no

desenvolvimento, como foras econmicas, sociais e culturais, ambientes, entre outras. Essas

foras, por sua vez, podem ser controladas atravs da indexao de informaes e

metodologias empregadas no processo de design. Esses procedimentos devem ser

acompanhados, tambm, por uma seleo de materiais, os quais sero refinados e definidos

com preciso ao longo do trajeto, at seu resultado final.

O conhecimento sobre materiais torna-se, ento, essencial num projeto de design.

Desta forma, o resultado final de um projeto pode ser mais certeiro, em relao ao mercado

para o qual ele foi desenvolvido. Com foco neste pensamento, o estudo sobre materiais

cermicos trouxe uma srie de caractersticas, propriedades e aplicaes desses materiais,

aproximando-os do universo do design e tornando suas possibilidades de aplicaes mais

claras e objetivas.

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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ASHBY, Michael; JOHNSON, Kara. Materiais e Design: A arte da seleo de materiais no projeto do produto. Rio de Janeiro: Elsevier, 2011.

CALLISTER, William D. Cincia e Engenharia de Materiais: Uma introduo. 7. ed. Rio

de Janeiro: Ltc, 2008.

CARMIN JUNIOR, Ademir Cavalcante et al. Cimento Portland. Marab: Universidade

Federal do Par, 2011.

CASTRANOVA, V., Signaling pathways controlling the production of inflammatory

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species. Free Radical Biology and Medicine, pp. 916-925, 2004.

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. Acesso em: 02 maio 2014.

CULTURA, Brasil. Materiais Cermicos. 2009. Disponvel em:

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2014.

GUILHERME, Paulo. Como funciona o Gorilla Glass, vidro inquebrvel para celulares e

tablets. 2012. Disponvel em: . Acesso em: 02 maio

2014.

JORDO, Fabio. Veja como so produzidos os processadores. 2011. Disponvel em:

.

Acesso em: 22 abr. 2014.

25

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Disponvel em: .

Acesso em: 02 maio 2014.

MORIMOTO, Carlos E. Como so fabricados os processadores. 2007. Disponvel em:

.

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SOUZA, Andr Joo de. Fundamentos da Usinagem de Acabamento Por Abraso

Mecnica. Santo ngelo: Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Misses,

2007.

VAN VLACK, Lawrence H. Propriedades dos materiais cermicos. Traduo: Cid Silveira

e Shiroyuki Oniki. So Paulo: Edgard Blucher, 1973.

VAN VLACK, Lawrence H. Princpios de Cincia dos Materiais. 13. ed. So Paulo: Edgard

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WEDGWOOD. The Story of Wedgwood. 2014. Disponvel em:

. Acesso em: 02 maio 2014.

ZANOTTO, Edgar Dutra; MIGLIORE JUNIOR, Angelo Rubens. Propriedades mecnicas de

materiais cermicos: Uma introduo. Cermica, So Carlos, v. 247, n. 37, p.7-16, fev. 1991.

INTRODUO1. MATERIAL E DESIGN1.1 FUNO E PERSONALIDADE1.2 O QUE INFLUENCIA O DESIGN DE PRODUTO1.2.1 As foras externas ao processo de design1.2.2 Evoluo dos materiais1.2.3 Materiais e sociedade

1.3 DESIGN E PLANEJAMENTO

2. CERMICAS2.1 Estruturas2.2 Propriedades2.2.1. Cermicas tradicionais2.2.2. Abrasivos2.2.3. Cimentos2.2.4. Vidros2.2.5. Cermicas Avanadas

2.3. Processos de obteno e fabricao das cermicas2.3.1. Obteno de matrias-primas2.3.1.1. Argilas2.3.1.2. Feldspatos2.3.1.3. Talcos2.3.1.4. Quartzo2.3.1.5. Filitos2.3.1.6. Alumina2.3.1.7. Slica

2.3.2. Fabricao2.3.2.1. Cermicas tradicionais2.3.2.2. Abrasivos2.3.2.3. Cimentos2.3.2.4. Vidro2.3.2.5. Cermicas avanadas

2.4. Cermicas e o Design2.4.1. Cermicas tradicionais2.4.2. Abrasivos2.4.3. Cimento2.4.4. Vidro2.4.5. Cermicas Avanadas

CONCLUSOREFERNCIAS BIBLIOGRFICAS