processamento de materiais cerâmicos dachamir hotza universidade federal de santa catarina

Processamento de Materiais Cerâmicos

Dachamir HotzaUniversidade Federal de Santa Catarina

1 INTRODUÇÃO

1.1 Breve histórico

01/05/01 1 INTRODUÇÃO 3

Cerâmica: origem, antiguidade

Keramos = “coisa queimada” (grego)5000 A.C.: artefatos de argila (earthenware), louça de barro (pottery)3500 A.C.: torno de oleiro1000 A.C.: porcelana (China)

[Nort

on

,19

52

; R

eed

, 1

99

5]


Idade contemporânea

Séc. 18: porcelana (Alemanha), colagem, extrusão, forno túnelSéc. 19: mecanização, microscopia ótica, cones pirométricosSéc. 20: raios X, microscopia eletrônica, materiais sintéticos, automatização

[Nort

on

,19

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99

5]

1 INTRODUÇÃO

1.2 Definição de cerâmica


Cerâmica: definição tradicional

Minerais de composição inconstante e pureza duvidosa são expostos a um tratamento térmico não-mensurável, que dura o suficiente para permitir que reações desconhecidas ocorram de modo incompleto, formando produtos heterogêneos e não-estequiométricos, conhecidos com o nome de materiais cerâmicos.

[Gu

gel ap

ud

Cla

uss

en

, 1

99

5]


Cerâmica: definição moderna

Materiais cerâmicos são compostos sólidos formados pela aplicação de calor, algumas vezes calor e pressão, constituídos por ao menos um metal (M) e um sólido elementar

não-metálico (SENM) ou um não-metal (NM),

dois SENM, ou um SENM e um não-metal (NM)

[Bars

ou

m,

19

97

]


Metais e não-metais

Metais (M): Na, Mg, Ti, Cr, Fe, Ni, Zn, Al... Não-metais (NM): N, O, H, halogênios, gases nobres...Sólidos elementares não-metálicos (SENM): isolantes (B, P, S, C ) ou semicondutores (Si, Ge)

[Bars

ou

m,

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97

]


Tabela periódica dos elementos

[Sch

aff

er,

19

99

:27

]

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

55 Cs

56 Ba

* La

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

87 Fr

88 Ra

**Ac

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

89 Ac

90 Th

91 Pa

92 U

93 Np

94 Pu

95 Am

96 Cm

97 Bk

98 Cf

99 Es

100

Fm

101

Md

102

No

71 Lu

103

Lw

2 He

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

1 H

3 Li

4 Be

11 Na

12 Mg III A

II A

I A

IV A V A VI A VII A VIII A I B

III B

II B

IV B V B VI B VII B

VIII B

Líquido

GásSólido

* Lantanídeos

** Actinídeos

Metais Não-Metais


19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

55 Cs

56 Ba

* La

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

87 Fr

88 Ra

**Ac

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

89 Ac

90 Th

91 Pa

92 U

93 Np

94 Pu

95 Am

96 Cm

97 Bk

98 Cf

99 Es

100

Fm

101

Md

102

No

71 Lu

103

Lw

2 He

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

1 H

3 Li

4 Be

11 Na

12 Mg III A

II A

I A

IV A V A VI A VII A VIII A I B

III B

II B

IV B V B VI B VII B

VIII B

Líquido

GásSólido

* Lantanídeos

** Actinídeos

Tabela periódica dos elementos

[Sch

aff

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:27

]

Sólidos ElementaresMetais Não-Metálicos


Exemplos de combinações

M + NM: MgO, Al2O3, BaTiO3, YBa2Cu3O7...

M + SENM: TiC, ZrB2...

SENM + SENM: SiC, B4C

SENM + NM: SiO2, Si3N4

[Bars

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]

1 INTRODUÇÃO

1.3 Classificação e aplicações da cerâmica


Cerâmica, vidro, argamassa

TiposSeqüência de

processamento

Cerâmica pó forma calor

Vidro pó calor forma

Argamassa calor pó forma


Cerâmica tradicional x avançada

[Bars

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, 1

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5]

Cerâmica Matérias-primas

Estrutura Proprie-dades

Processa-mento

Aplicações

Tradicional(silicatos)

naturais,mineraisindustriais(<98%pureza)

não-uniforme,porosa

mecânica,estética

olaria,colagem,prensagem,extrusão,queima

construção,produtosdomésticos

Avançada(alto de-sempenho,alta tecno-logia)

produtosquímicosindustriais(>98%pureza)

homogênea,menos porosa

elétrica,magnética,nuclear, ótica,mecânica,térmica,química,biológica

prensagemisostática,moldagempor injeção,sinterização,ligação porreação

eletrônica,estrutural,química,refratários


Produtos e aplicações [B

ars

ou

m,

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; R

eed

, 1

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5]

Térmica Elétrica Magnética Ótica Nuclear Química Biológica Mecânica Estética


Funções térmicas

Funções Classes Aplicações Exemplos

condutividade trocadores de calorpara pacoteseletrônicos

AlN

Térmicas isolamento revestimentosisolantes para fornosde alta temperatura

fibras de SiO2, Al2O3,ZrO2

refratariedade revestimentosisolantes para fornosde alta temperatura(metais fundidos,escórias)

SiO2, Al2O3, ZrO2

[Bars

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, 1

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5]


Funções elétricas


condutividade elementos deaquecimento parafornos

SiC, ZrO2, MoSi2

Elétricas ferroeletricidade capacitores BaTiO3, SrTiO3

isolamento substratos de circuitoseletrônicos

Al2O3, AlN

[Bars

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5]


Funções magnéticas


magnetos duros ímãs de ferrite (Ba,Sr)O·6Fe2O3

Magnéticas esuper-condutoras

magnetos moles núcleos detransformadores

(Zn,M)·6Fe2O3, comM=Mn,Co, Mg

supercondutividade fios e magnetômetros YBa2Cu3O7

[Bars

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5]


Funções óticas


translucência materiais paralâmpadas de Na

Al2O3, MgO

Óticas transparência cabos de fibra ótica SiO2

transparência aoinfravermelho

janelas para laserinfravermelho

CaF2, SrF2, NaCl

[Bars

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Funções nucleares


fissão combustível UO3, UC

Nucleares fissão moderadores denêutrons

C, BeO

fissão, fusão revestimentos emreatores

C, SiC

[Bars

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5]


Funções químicas


catálise suporte de catalisador Mg2Al4Si5O15

Químicas condutividadesensitiva a gases

sensores de gases ZnO, ZrO2, SnO2,Fe2O3

separação filtros SiO2, Al2O3

[Bars

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m,

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5]


Funções biológicas


biocompatibilidade cimentos CaHPO4·2H2O

Biológicas biocompatibilidade próteses estruturais Al2O3

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5]


Funções mecânicas


dureza ferramentas de corte Al2O3, Si3N4, ZrO2, TiC

Mecânicas refratariedadeestrutural

estatores e lâminas deturbina

Al2O3, Si3N4, MgO, SiC

resistência a desgaste,abrasão

mancais Al2O3, Si3N4, ZrO2, SiC

[Bars

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5]


Funções estéticas


cerâmica de mesa pratos, xícaras, vasos louça, porcelana

Estéticas cerâmica derevestimento

pisos, azulejos grés, porcelanato

cerâmica sanitária vasos sanitários, pias louça, porcelana

[Bars

ou

m,

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; R

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5]

1 INTRODUÇÃO

1.4 Processamento industrial cerâmico


[Reed

, 1

99

5:1

2]

Matérias-primas

Dosagem

Aditivos Aditivos

Reciclo RecicloMoagem/mistura a seco

Moagem/mistura a úmido

Classificação

Granulação

Atomização

Filtro-prensagem

Mistura/deaeração

Prensagem

Conformação plástica

Colagem

Secagem

Secage

m

Secagem

Acabamento superficial


Tratamento térmico

Acabamento superficial final

Fluxograma genérico


[Rin

g,

19

96

:2]

Matérias-primas

Dosagem

Aditivos

RecicloMoagem/mistura a úmido

Atomização

Filtro-prensagem

Mistura/deaeração

Prensagem

Conformação plástica

Secagem

Secage

m Acabamento superficial


Tratamento térmico

Acabamento superficial final

Revestimento cerâmico


argila

feldspato

sílica

Moinho de bolas

Filtro-prensa

torta plásticabarbotina

Misturador

20-25% água

Atomisador pó com

5-6% água

Prensa Extrusora1000 t

3-5 dias a 70-80°C

Secador

EsmaltaçãoForno a

rolos

Forno túnel

60-150 min a

1300°C

40-70 h a 1300°C

Inspeção Retificação Inspeção

SeparaçãoEmpacotamento e expedição

[Rin

g,

19

96

:2]

Revestimento cerâmico

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