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CERÂMICAS

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CERÂMICAS. As Cerâmicas compreendem todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas. . Cerâmica vem da palavra grega keramus que significa coisa queimada

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Presentation Transcript
cer micas
CERÂMICAS
  • As Cerâmicas compreendem todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas.
  • Cerâmica vem da palavra grega keramus que significa coisa queimada
  • Numa definição simplificada, materiais cerâmicos são compostos de elementos metálicos e não metálicos, com exceção do carbono. Podem ser simples ou complexos.
  • Exemplos: SiO2( sílica), Al2O3 (alumina), Mg3Si4O10(OH)2 (talco)
classifica o3
CLASSIFICAÇÃO
  • Convencionais
  • Estruturais
  • Vidros
  • Louças
  • Cimentos
  • Avançadas
  • Eletrônicos
  • Ópticos
  • Biomateriais
caracter sticas gerais
CARACTERÍSTICAS GERAIS
  • Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços;
  • Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e polímeros;
  • São menos densas que a maioria dos metais e suas ligas;
  • Os materiais usados na produção das cerâmicas são abundantes e mais baratos;
  • A ligação atômica em cerâmicas é do tipo mista: covalente + iônica.
propriedades t rmicas
PROPRIEDADES TÉRMICAS

As mais importantes propriedades térmicas dos materiais cerâmicos são:

capacidade calorífica (  )

coeficiente de expansão térmica (  )

condutividade térmica

átomos

Ligação Química

propriedades t rmicas6

Material

Capacidade calorífica (J/Kg.K)

Coeficiente linear de expansão térmica ((°C)-1x10-6)

Condutividade térmica (W/m.K)

Alumínio

900

23,6

247

Cobre

386

16,5

398

Alumina (Al2O3)

775

8,8

30,1

Sílica fundida (SiO2)

740

0,5

2,0

Vidro de cal de soda

840

9,0

1,7

Polietileno

2100

60-220

0,38

Poliestireno

1360

50-85

0,13

PROPRIEDADES TÉRMICAS
propriedades t rmicas aplica o
PROPRIEDADES TÉRMICAS -Aplicação

Uma interessante aplicação, que leva em conta as propriedades térmicas das cerâmicas, é o seu uso na indústria aeroespacial.

Temperatura °C

* Temperaturas de subida

Revestimento exterior com fibra amorfas de sílica de alta pureza.

Espessura: 1,27-8,89cm

propriedades el tricas
PROPRIEDADES ELÉTRICAS

As propriedades elétricas dos materiais cerâmicos são muito variadas. Podendo ser:

  • isolantes: Alumina, vidro de sílica (SiO2)
  • semicondutores: SiC, B4C
  • supercondutores: (La, Sr)2CuO4, TiBa2Ca3Cu4O11
propriedades mec nicas
PROPRIEDADES MECÂNICAS
  • Descreve a maneira como um material responde a aplicação de força, carga e impacto.
  • Os materiais cerâmicos são:
  • Duros
  • Resistentes ao desgaste
  • Resistentes à corrosão
  • Frágeis (não sofrem deformação plástica)
est veis
Estáveis
  • Estrutura Cristalina
  • Pode ser definida pela:
    • magnitude da carga elétrica de cada íon;
    • os tamanhos relativos dos cátions e ânions;
  • Cerâmicas estáveis : todos os ânions estão em contato com os cátions.

Instável

n mero de coordena o
Número de Coordenação
  • Para um número de coordenação específico há uma razão crítica rc/ra para a qual o contato entre os íons é mantido.

NC rc/ra geometria

NC rc/ra geometria

slide12

A relação rc/ra pode ser calculada por meio de uma análise geométrica simples:

NC = 3

slide13

Estrutura cristalina : Como determinar?

  • Técnica da translação (NC = 6 ou 8):
    • Corpo Centrado: 0 0 0; ½ ½ ½;
    • Face Centrada: 0 0 0; 0 ½ ½ ; ½ 0 ½ ; ½ ½ 0;
    • Base Centrada: 0 0 0; ½ ½ 0
  • Exemplo:

Cs

Br

Por exclusão: rede cúbica simples (CS)

slide14

Estrutura cristalina do tipo AX : Sal-gema

rc = rNa = 0,102 nm

ra = rCl = 0,181 nm

rc/ra = 0,56

NC = 6

Testando as translações: CFC

slide15

Estrutura cristalina do tipo AX : Cloreto de Césio

rc = rCs = 0,170 nm

ra = rCl = 0,181 nm

rc/ra = 0,94

NC = 8

Testando as translações: CS

slide16

Estrutura cristalina do tipo AX : Blenda de Zinco

rc = rZn = 0,074 nm

ra = rS = 0,184 nm

rc/ra = 0,40

NC = 4

Rede tetraédrica

slide17

Estrutura cristalina do tipo AmXp

rc = rCa = 0,100 nm

ra = rF = 0,133 nm

rc/ra = 0,40

NC = 4

rc/ra = 0,75

NC = 8

Testando as translações: CS

slide18

Cálculos da densidade da cerâmica

n´ = Número de unidades da fórmula /Cel.Unitária;

∑AC = Soma dos pesos atômicos de todos os cátions na unidade de fórmula;

∑AA= Soma dos pesos atômicos de todos os ânions na unidade de fórmula;

Vc = Volume da célula unitária;

NA = Número de Avogadro: 6,023x1023 unidades de fórmula/mol

slide19

Cerâmicas à base de silicato

  • Composta principalmente de Si e O;
  • Estrutura básica: SiO4 - tetraedro;
  • A ligação Si-O é bastante covalente, mas a estrutura básica tem carga -4: SiO4-4;
  • Várias estruturas de silicatos – diferentes maneiras dos blocos de SiO4-4 se combinarem;
  • A ligação atômica em cerâmicas é do tipo mista: covalente + iônica.
slide20

Sílica

  • Cada átomo de oxigênio é compartilhado por um tetraedro adjacente;
  • Pode ser cristalina ou amorfa, como na forma de vidros.
slide21

Vidros à base de sílica

  • A maioria desses vidros é produzida pela adição de óxidos (CaO e Na2O) à estrutura básica SiO4-4 – chamados modificadores da rede;
  • Estes óxidos quebram a cadeia de tetraedros e o resultado são vidros com ponto de fusão menor, mais fáceis de dar forma;
  • Alguns outros óxidos (TiO2 e Al2O3) substituem os silício e se tornam parte da rede – chamados óxidos intermediários.
slide22

Carbono

  • O Carbono não é uma cerâmica;
  • A grafita, uma de suas formas polimórficas, é alhures classificada como cerâmica;
  • A estrutura cristalina do diamante, outra forma polimórfica do C, é semelhante à da blenda de zinco.

diamante

grafite

buckminsterfullereno

Nanotubo de carbono

slide23

Exemplos de nanotubos

Junção em T de nanotubos

Nanotubes como reforço compósitos reforçados com fibras

Nano-engrenagens

slide24

Imperfeições em cerâmicas

  • Defeitos pontuais:
    • Defeito de Frenkel: par formado por uma lacuna de cátion e um cátion intersticial;
    • Defeito de Schottky: par formado por uma lacuna de cátion e outra de ânion.

Ambos não alteram a estequiometria do composto

slide25

Imperfeições em cerâmicas

  • Defeitos pontuais – não estequiométricos: ocorrem quando um íon pode assumir mais de uma valência.
  • Exemplo: No FeO o Fe tem geralmente valência +2. Se dois íons de Fe com valência +3 ocupam a rede, então teremos menos íons de Fe presentes e a estequiometria do material fica alterada.
slide26

Imperfeições em cerâmicas : Impurezas

  • Impurezas podem ser intersticiais ou substitucionais:
    • Impureza substitucional – substituição de íon com carga elétrica semelhante;
    • Impureza intersticial – o raio atômico da impureza deve ser pequeno em comparação ao do ânion;
  • Solubilidade de impurezas aumenta se os raios iônicos e as cargas da impureza e dos íons hospedeiros é semelhante;
  • A incorporação de uma impureza com carga elétrica diferente do íon hospedeiro gera defeitos pontuais.
slide27

Resistência à flexão

σ = M.c/I

σ = tensão

M = momento fletor máximo

I = momento de inércia da

secção reta transversal

c = distância entre a linha

neutra e a superfície do

corpo de prova

Secção retangular

Secção circular

slide28

Deformação plástica em cerâmicas

  • Cerâmicas Cristalinas:
    • O deslocamento de discordâncias é muito difícil – íons com mesma carga elétrica são colocados próximos uns dos outros – REPULSÂO;
    • No caso de cerâmicas onde a ligação covalente predomina o escorregamento também é difícil – LIGAÇÃO FORTE.
  • Cerâmicas Amorfas:
    • Não há uma estrutura cristalina regular –NÃO HÁ DISCORDÂNCIAS;
    • Materiais se deformam por ESCOAMENTO VISCOSO.
    • A resistência à deformação em um material não-cristalino é medida por intermédio de sua viscosidade.
slide29

Influência da porosidade

  • A ruptura de materiais cerâmicos resulta de falhas estruturais:
    • Fissuras superficiais geradas no acabamento da peça;
    • poros: reduzem resistência mecânica do material.

σrf = σ0 exp (-nP)

E = E0(1 – 1,9P + 0,9P2)

σ0 e n = constantes experimentais

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