Cerâmicas a base de Silicato

1. Cerâmicas a base de Silicato

2. CERÂMICOS CRISTALINOS A BASE DE SILICATOS Os cerâmicos cristalinos à base de Silicatos não são usados como materiais estruturais (não são considerados cerâmicos avançados)

3. Muitos materiais cerâmicos, principalmente do grupo dos tradicionais contém silicato, pois são abundantes e baratos A unidade básica dos silicatos é o tetraedro SiO4-4 no qual um átomo de silício é cercado por quatro oxigênios cada um com um elétron disponível para realizar ligações químicas Existem duas formas dessas ligações acontecerem: Com outros átomos metálicos Cada oxigênio pode compartilhar um par de elétrons com um segundo átomo de silício. Unidade básica dos silicatos

4. Ligações entre os tetraedros formando estruturas

5. No caso dos oxigênios se ligarem a outros silícios a estrutura pode crescer de forma análoga a polimerização • Estrutura em cadeia: • Os tetraedros são arranjados em cadeias simples ou duplas. • Exemplos: • Pirofilita: Al2Si4O10(OH)2principal componente da pedra sabão • Asbesto (amianto): Mg3Si2O5(OH)4 Conhecido material resistente ao calor, mas cancerígeno e por isso proibido em muitos países. • Ligações secundárias mantém essas cadeias unidas

6. Estrutura em camada: Os arranjos das unidades tetraédricas é segundo um plano. Ligações mais fracas que as existentes no tetraedro mantém as camadas unidas. Desta forma surgem propriedades distintas dos cerâmicos nos materiais com essa estrutura. Exemplos: Mica: KAl3Si3O10(OH)2 clivagem Argila Al2(Si2O5)(OH)4 caulin plasticidade Talco: Mg3Si4O10(OH)2 lubrificante Estrutura em camada da argila caulin ou caulinita

7. Estrutura em camada nos silicatos

8. Aspecto da mica: Silicato com estrutura em camadas

9. Com a adição de água as ligações fracas entre as camadas são rompidas, causando o escorregamento entre elas e a deformação observada na argila

10. Estruturas tridimensionais de silicato (sílica- SiO2) • Quando os tetraedros se unem de forma a todos os oxigênios estarem ligados à átomos de silício formam-se estruturas cristalinas tridimensionais. • Há três formas cristalinas da sílica: • Quartzo α,até 570ºC (ao lado) • Quatzo β, até 870ºC(ao lado) • Tridimita de 870ºC até 1470ºC • Cristobalita de 1470ºC até 1713ºC (estrutura ao lado)

11. Noções sobre vidros • O vidro é um silicato amorfo (não cristalino) Tem comportamento de um líquido mas possui ligações 50% covalentes e 50% iônicas, ao contrario da maioriados liquidos. • Na estrutura amorfa do vidro, podem-se ajustar facilmente outros átomos, como CaO Na2O. Esses átomos fazem ligações preferencialmente do tipo iônicas que são menos rígidas que as 50% covalentes, permitindo que sejam moldados à temperaturas mais baixas.

12. Efeito da temperatura sobre os vidros • 1-Ponto de fusão viscosidade 10 Pa-s (pascal segundo) vidro é fluído como líquido • 2-Ponto de trabalho 103 Pa-s O vidro é facilmente deformável nessa temperatura • 3-Ponto de amolecimento 4 x 106 Pa-s Mínima temperatura de manuseio do vidro • 4-Ponto de recozimento 1012 Pa-s T na qual a difusão atômica é suficiente para remover as tensões residuais • 5-Ponto de deformação 3 x 1013 Pa-s T menores causarão fraturas, transição para o estado vítrio • 1Pa.s = 10 Poise (1Pa.s=1Kg/m.s e 1P=1g/cm.s)

13. VIDROS (CERÂMICOS AMORFOS) Tipos de vidros

16. PROCESSAMENTO DE VIDROS

17. Processo para fabricação de chapa de vidro

18. Têmpera nos vidros • Faz-se um resfriamento rápido no vidro, normalmente com ar forçado, gerando tensões compressivas na parte externa e trativas na parte interna, deixando a peça de vidro mais resistente ao choque.

19. NOÇÕES DE CERÂMICAS TRADICIONAIS • A COMPOSIÇÃO GERAL DAS CERÂMICAS TRADICIONAIS: • Argila: Caulim ou caulinita Al2(Si2O5)(OH)4 • Sílica (quartzo SiO2): Material de enchimento de alto ponto de fusão e não reativo • Feldspato: Fluxo, forma um ligante vítrio de baixo ponto de fusão com a argila: • 3Tipos: potássico: KAlSi3O8 • sódico: NaAlSi3O8 • cálcico: CaAl2Si2O8

20. Aspecto micrográfico de uma porcelana

21. Processamento da cerâmica tradicional • Faz-se uma suspensão coloidal dos 3 silicatos em água que se chama barbotina • Essa suspensão é derramada em moldes de gesso que são permeáveis deixando uma camada de produtos junto ao molde, que é pré-aquecida por volta de 120ºC para remoção da água • Essa casca é retirada do molde (Resistência a verde) e aquecida entre 1200 e 1400 ºC (porcelanas) para adquirir resistência mecânica

22. Preparação da barbotina pesagem dos pós e mistura com água

23. Moldes de gesso

24. Peças de cerâmica tradicional após a colagem

25. Processo de secagem da argila antes da queima (sinterização)

26. Relação entre temperatura de queima e a resistência da cerâmica tradicional • Quanto maior a temperatura de queima entre 900ºC e 1400ºC maior a resistência durabilidade e a densidade (menor a porosidade) • T maiores que 1400ºC o corpo pode ficar muito mole e a peça entrar em colapso

27. Equipamentos empregados para extrusão de cerâmicos argilosos

28. Processamento da cerâmica tradicional a base de argila • São produtos da cerâmica tradicional onde a argila predomina. • São fabricados em geral por extrusão adquirindo resistência a verde • São secados em T de 110ºC e depois queimados a 900ºC.

29. Vitrificação: vidrados • É uma camada contínua de vidro aderente sobre a superfície de um corpo cerâmico. • O vidrado pode ser queimado simultaneamente com o corpo cerâmico (monoqueima) ou em uma segunda queima, depois de aplicado ao biscoito • O objetivo do vidrado é fornecer uma superfície dura não absorvente e de fácil limpeza.